Mengapa adaptor AC / DC eksternal hampir selalu menggunakan rel pasokan tunggal?

Jika saya memiliki produk yang memerlukan beberapa voltase rel secara internal, mengapa masuk akal untuk catu daya eksternal saya hanya sumber rail tunggal.

Misalnya, jika saya memiliki produk yang membutuhkan rel pasokan DC berikut secara internal

• 5V @ 2A, 10W
• 3V3 @ 4A, 13W
• 1V8 @ 4A, 7W

dan memiliki adaptor AC / DC eksternal, apa alasan untuk menghasilkan tegangan tunggal yang lebih tinggi (mis. 24VDC @ 1.25A, 30W) di dalam adaptor ketika saya masih perlu menurunkan tegangan menggunakan 3 konverter DC / DC dalam produk ?

Keuntungan yang saya lihat untuk regulasi dua tahap adalah, - Regulasi saluran yang lebih baik karena dua tahap filter - Biaya yang lebih rendah untuk steker / soket masuk daya DC dan kabel karena konduktor lebih sedikit - Biaya lebih rendah untuk steker masuk listrik / soket dan kabel karena peringkat saat ini - Regulasi saluran / beban yang lebih baik karena colokasi pasokan dan beban.
- Pengurangan cross-coupling noise karena tegangan tunggal pada kabel

Manfaat yang saya lihat untuk peraturan eksternal satu tahap adalah, - Biaya BoM lebih rendah karena penghapusan satu tahap regulator - Peningkatan efisiensi daya dari penghapusan satu tahap regulator - Peningkatan kinerja termal karena penghapusan satu tahap regulator - Semua kerugian regulator terjadi di luar produk - Mengurangi ukuran produk karena pelepasan regulator (di dalam produk)

Apakah ada hal lain yang saya lewatkan?

Jika kendala desain utama produk adalah ukuran dan pembuangan panas, mengapa ini tidak menjadi pilihan yang logis?

Ada banyak alasan untuk ini, dan itu tidak selalu jelas.

Bertahun-tahun yang lalu adalah hal yang umum bagi pasokan listrik untuk menghasilkan beberapa rel. Biasanya +12, +5, dan -12v, tetapi variasi lainnya umum. Biasanya, sebagian besar daya tersedia di +5v rail. + 12v memiliki jumlah kekuatan terbesar kedua. Dan -12v biasanya memiliki paling sedikit.

Tetapi ketika logika digital mulai berjalan dari tegangan yang lebih rendah, beberapa hal menarik terjadi.

Yang terbesar adalah arus naik. Tidak mengherankan, sungguh. 12 watt pada 12v hanya 1 amp. Tetapi 12 watt pada 1v membutuhkan 12 amp! CPU Intel modern mungkin membutuhkan 50+ amp di suatu tempat di dekat 1 volt. Tetapi saat arus naik, tegangan juga turun di kabel, dan dengan demikian daya terbuang. Jika catu daya terletak di ujung kabel 1-2 kaki maka kerugian daya Anda menjadi besar dibandingkan jika catu daya terletak tepat di sebelah beban. Selain itu, pengaturan tegangan yang ketat menjadi lebih bermasalah karena efek induktif kabel. Jadi hal yang tepat untuk dilakukan adalah memiliki tegangan yang lebih tinggi dari catu daya AC / DC dan kemudian mengaturnya ke tegangan yang lebih rendah pada beban. Industri tampaknya menggunakan + 12v karena tegangan distribusi daya yang lebih tinggi,

Hal lainnya adalah bahwa jumlah rel daya yang dibutuhkan pada PCB telah menjadi besar. Sistem terbaru yang saya rancang memiliki rel berikut: + 48v, +15, +12, +6, +3.3, +2.5, +1.8, +1.5, +1.2, +1.0, dan -15v. Itu sebelas power rails! Banyak di antaranya untuk sirkuit analog, tetapi enam di antaranya hanya untuk logika digital. Dan saat chip baru dikembangkan, jumlah power rail meningkat dan voltase berkurang.

Apa yang telah dilakukan ini pada industri catu daya AC / DC adalah bahwa mereka menstandarisasi pasokan dengan rel keluaran tunggal, dan rel itu biasanya +12v, + 24v, atau + 48v-- dengan + 12v yang paling umum sejauh ini. . Karena semua orang mulai melakukan konverter DC / DC lokal pada PCB mereka, dan kebanyakan mengambil + 12v, ini masuk akal. Juga, karena volume pasokan yang dibuat, satu pasokan keluar + 12v jauh lebih mudah untuk diperoleh dan lebih murah daripada persediaan lainnya.

Tentu saja ada faktor-faktor lain yang tidak boleh diabaikan. Namun, sulit untuk menyetujui apalagi menjelaskan dampaknya. Saya hanya akan menyentuh mereka di bawah ini sebentar ...

Ketika sebuah perusahaan PS harus memutuskan rel apa yang akan diproduksi mereka akan berakhir dengan begitu banyak variasi sehingga mereka mungkin juga membangun persediaan khusus. Kecuali jika mereka distandarisasi hanya pada beberapa voltase umum dengan satu output.

Ketika PS memang memiliki beberapa output, arus yang disediakan pada setiap output biasanya salah. Bahkan hanya pasokan +5, +12, dan -12 yang dulunya adalah sebagian besar arus berada di rel + 5v. Tapi hari ini akan berada di rel + 12v karena semua titik hilir pasokan beban. Tambahkan variasi tentang bagaimana daya didistribusikan ke rel yang berbeda ke opsi tegangan yang sudah sangat besar dan untuk pasokan output 3 sederhana Anda dapat dengan mudah berakhir dengan ratusan atau ribuan variasi tentang cara mengkonfigurasi pasokan.

Saat membangun persediaan, volume penting. Semakin banyak yang Anda hasilkan, semakin murah harganya. Jika Anda memiliki seratus variasi persediaan maka Anda telah membagi volume Anda untuk satu variasi dengan 100. Itu berarti bahwa biaya Anda telah naik secara signifikan. Tetapi jika Anda membangun 4 variasi maka volumenya bisa tetap tinggi dan biaya rendah.

Jika Anda memiliki kebutuhan khusus untuk apa yang akan menjadi produk volume tinggi, maka sudah umum untuk memiliki persediaan yang sepenuhnya khusus. Dalam hal ini, pasokan multi-output mungkin masuk akal.

Berbagai pasokan keluaran cenderung hanya mengatur satu rel, dan memungkinkan rel lainnya melacaknya dan memiliki spesifikasi regulasi yang lebih longgar. Ini mungkin tidak masalah bagi sebagian orang, tetapi untuk rel bertegangan rendah yang digunakan oleh logika digital modern ini bisa menjadi pembunuh.

Jadi begitulah: persediaan kereta api tunggal menjadi semakin populer karena kemajuan teknologi, hukum ohm, dan ekonomi.

Pembaruan: Saya berbicara tentang catu daya secara umum. Konsep dasar yang sama berlaku untuk persediaan internal atau eksternal.

Pertama, mengatur 24 V ke 5 V cukup banyak membutuhkan pengaturan switching, kalau tidak Anda akan membakar P = 19 · I watt. Terkadang Anda membutuhkan regulasi linier, yang akan menuntut penurunan tegangan yang jauh lebih kecil.

Adapun mengapa Anda tidak sering melihat catu daya dengan output 5, 3.3, dan 1.8 V, untuk memilih contoh Anda, ada banyak alasan:

• Nilai-nilai Anda adalah umum, tetapi bukan standar. Apa yang terjadi ketika orang lain ingin menambahkan rel 1,2 V, atau 1,5 V, atau ...?

  Jika Anda merancang saluran catu daya yang mencakup 10 voltase rel paling umum dan menawarkan semua kemungkinan kombinasi, itu akan menjadi:

  • rel tegangan tunggal : 10 pilihan
  • ada dua rel tegangan : 45 pilihan
  • tiga : 120 pilihan
  • ada empat : 210 pilihan
  • ada lima : 252 pilihan
  • ada enam : 210 pilihan
  • ada tujuh : 120 pilihan
  • delapan : 45 pilihan
  • sembilan dari 10 opsi kereta : 10 pilihan
  • semua 10 bersama : 1 pilihan

  Itu 1.023 pilihan! (2 ^N -1, di mana N = 10 di sini.)

  Tempatkan diri Anda pada posisi pabrikan.

  Tantangan Anda: buat lebih dari seribu produk besar yang berbeda dengan cara yang tidak mudah otomatis. Anda dapat merancang perangkat lunak yang akan mengambil parameter input dan mengeluarkan tata letak papan dan BOM, tetapi mungkin lebih murah untuk membayar beberapa insinyur miskin untuk mengerjakan opsi.

  Catu daya plus ribuan itu kemudian harus dikirim, diisi, dan dikirim kembali oleh rantai pasokan.

  Beberapa akan lebih populer daripada yang lain, begitu banyak akan kehabisan stok di kali, dan ketika dalam stok, akan mengambil banyak ruang rak, sehingga mereka akan menjadi dua kali lipat mahal, yang selanjutnya menurunkan permintaan, yang menaikkan biaya , yang ...

  Beberapa kombinasi voltase kereta akan sangat tidak populer sehingga tidak ada distributor yang menyediakannya, jadi Anda harus menawarkannya hanya berdasarkan permintaan. Itu adalah pembuatan kustom yang efektif, yang berarti Anda harus menagih pelanggan lebih dari biaya yang harus dikeluarkan untuk membangunnya sendiri.

  Pada akhirnya, Anda keluar dari bisnis.

  Anda dapat mengurangi jumlah item menjadi stok besar dengan mengurangi N di atas. Dengan N = 5 pilihan rel, Anda hanya perlu merancang, membangun, mendistribusikan, dan mengirim kembali 31 produk yang berbeda. Tetapi sekarang Anda kehilangan banyak pilihan yang diinginkan, jadi Anda hampir tidak lebih baik daripada sebagian besar pesaing Anda, yang hanya mengirimkan 1-3 kombinasi kereta api, tetapi biaya Anda lebih tinggi sehingga Anda keluar dari bisnis lagi.

• Anda berbicara tentang menghemat uang jika catu daya off-board memiliki rel yang diperlukan, tetapi Anda tidak benar-benar menghemat uang. Untuk menyediakan rel yang diinginkan, Anda masih harus memiliki regulator. Mereka tinggal di dalam catu daya sekarang.

  Jika Anda pikir ini tidak masalah, bandingkan harga catu daya yang diatur vs yang tidak diregulasi. Kutil dinding yang tidak diatur harganya sekitar $ 6, sedangkan versi yang diatur mungkin dua kali lipat, atau lebih.

• Jika Anda meletakkan regulator di dalam catu daya, mereka jauh dari titik beban, jadi Anda harus turun IR untuk bersaing. Ini bisa menjadi masalah besar ketika arus tinggi, seperti yang sering terjadi ketika tegangan rendah. Jauh lebih baik untuk mengatur di dekat titik beban.

Jika saya mendesain sesuatu yang membutuhkan beberapa power rails yang berbeda, intuisi saya akan mendorong saya untuk mendapatkan semua rangkaian daya dari satu sumber eksternal.

Alasan utamanya adalah karena itu menyelamatkan saya dari masalah, selama desain memiliki tiga atau empat catu daya yang memasok prototipe. Ada alasan lain juga: -

1. Mungkin ada masalah pengaturan waktu yang harus dikontrol dalam produk target
2. EMC - mungkin jauh lebih mudah dirancang untuk memenuhi peraturan dengan satu pasokan masuk
3. Kabel dan konektor adalah sumber yang tidak dapat diandalkan dan memiliki satu pasokan meningkatkan keandalan yang diambil sebagai keseluruhan sistem.

Mungkin lebih mudah menemukan kutil di dinding juga.