Sursa de alimentare este un element esențial în orice proiect electronic. Adesea, decizia de proiectare sau cumpărare a sursei de putere necesare aplicației este extrem de importantă. Cea mai eficientă și la îndemână abordare depinde de mai multe criterii și nu există o abordare unică potrivită oricărei aplicații.
Există trei opțiuni principale, deși sistemele mai complexe s-ar putea baza pe o combinație dintre toate cele trei. Prima opțiune este cea mai cunoscută inginerilor experimentați în proiectare electronică și anume circuitul de alimentare personalizat, deși aceasta va implica adesea o combinație de controlere de putere standard, de pe raft, împreună cu tranzistoare de putere discrete și componente pasive pentru filtrare și condiționare. A doua opțiune este un modul care înglobează combinația de componente găsite într-o soluție personalizată, disponibilă într-un singur ‚pachet’, cu pini externi pentru masă și conexiuni de intrare și ieșire la liniile de tensiune. Astfel de module sunt adesea complet încapsulate pentru protecția mediului și o lipire facilă. A treia opțiune cuprinde sursele de alimentare existente pe raft, acestea fiind produse de serie ce pot fi achiziționate în funcție de necesitățile proiectului: complet încapsulate sau deschise, (tip open-frame). Versiunea complet încapsulată este preferată pentru sistemele în care este necesar accesul utilizatorului, deoarece oferă cel mai mare nivel de siguranță.
Decizia de a utiliza o proiectare personalizată, module configurate sau surse de alimentare standard poate fi, de cele mai multe ori, o problemă de tradiție. „Este așa cum am procedat întotdeauna” nu este neapărat un răspuns greșit, ci poate fi o concluzie câștigată prin experiență și nu ar trebui să fie răsturnată ușor, dar este una care merită reconsiderată pentru un proiect nou, cu circumstanțe și tehnologii care evoluează către o abordare diferită.
Legislația, de exemplu, este o țintă în mișcare în întreaga lume, iar cei care se ocupă de acest aspect au consolidat treptat legile care acoperă siguranța alimentării cu energie și consumul de energie. Mecanismele bazate pe reguli tradiționale pentru obținerea certificării de siguranță pentru alimentarea cu energie a dispozitivelor medicale, de exemplu, s-au orientat către evaluări bazate pe riscuri care trebuie să fie susținute de dovezi. În mod similar, sursele de putere care erau potrivite pentru alimentarea cu energie a consumatorilor în urmă cu cinci ani, acum consumă prea multă energie în regim de așteptare pentru a mai fi acceptabile. Legislația necesită acum control și tehnici mai complexe în secțiunea de stabilizare, cu care inginerii proiectanți nu sunt foarte familiarizați, chiar dacă au ani buni de experiență în proiectarea arhitecturilor plăcilor electronice de putere.
Dacă un produs nou are nevoie de schimbări substanțiale în alimentarea cu energie electrică, poate avea sens pentru o echipă care este obișnuită să realizeze proiecte personalizate să treacă la o implementare bazată pe module configurabile sau la o sursă de alimentare PSU (Power Supply Unit), de serie. Producătorii de surse de alimentare externe sau complet integrate vor furniza uzual certificarea la standardele relevante. Modulele vor fi proiectate pentru a se conforma standardelor, dar sistemele finale în care vor funcționa vor avea nevoie de certificare.
Problema timpului până la lansarea pe piață poate duce la o concluzie similară. O sursă PSU gata proiectată va duce, în general, la cel mai rapid timp de comercializare – dacă aceasta se potrivește în carcasa sistemului. O sursă PSU personalizată de la un furnizor terț va mai necesita timp de proiectare, ajustare și integrare, ceea ce va crește timpul până la comercializare. În cazul în care personalizarea este importantă, modulele oferă o flexibilitate mai mare, dar vor duce la un ciclu de proiectare și integrare mai lung, în special acolo unde sunt necesare certificări. Pentru majoritatea echipelor de proiectare, ambele opțiuni vor fi mai rapide decât crearea unui circuit complet personalizat.
Cu toate acestea, în ceea ce privește dimensiunea, un circuit complet personalizat poate oferi cu ușurință cea mai bună opțiune. Un proiectant familiarizat cu cerințele sistemului poate construi sursa de alimentare în jurul celorlalte plăci de circuit. Acesta ar putea să nu fie cel mai eficient proiect posibil, în ceea ce privește performanța wați per centimetru cub, dar se poate conforma cu restul sistemului într-o manieră care să minimizeze volumul, fără a compromite fluxul de aer pentru răcire. Modulele sunt deseori create pentru a rezulta dimensiuni și costuri reduse, profitând frecvent de noile tehnici de încapsulare pentru reducerea volumului. Acestea devin alegeri excelente atunci când cerințele sistemului țintă corespund caracteristicilor modulelor disponibile.
Pot exista situații în care modulele în sine sunt individual extrem de compacte, dar combinația necesară pentru aplicația dorită conduce la capacități și lini de alimentare neutilizate, care vor crește în final dimensiunea și costul general al soluției. Totuși, există multe opțiuni de module disponibile, acum, prin distribuitori precum Farnell, care vă ajută să alegeți combinațiile de module care se potrivesc perfect unei aplicații țintă, mai ușor ca niciodată. În ciuda numărului tot mai mare de opțiuni de module de alimentare, dacă un proiect țintă are cerințe speciale, echipa de proiectare ar trebui să facă un compromis în ceea ce privește dimensiunea sau combinația de module cu designul personalizat pentru liniile de alimentare speciale.
La fel ca și în cazul producătorilor de module, furnizorii de surse de tensiune PSU de serie pot crea produse extrem de compacte bazate pe tehnologii de producție optimizate. În consecință, aceștia oferă de multe ori modele care asigură densități mari de putere atunci când sunt exprimate în watt per centimetru cub. Cu toate acestea, sursele de alimentare standard, de pe raft, vor trebui să fie frecvent supra-specificate într-o oarecare măsură pentru a putea adapta un produs de catalog la puterea maximă de utilizare a aplicației țintă. Rezultatul poate fi un factor de formă mai mare decât cel dorit.
Flexibilitatea proiectării poate fi un criteriu important pentru echipele care lucrează la familiile de produse. Aceasta este o situație în care abordările bazate pe module pot avea sens, deoarece este relativ ușor să schimbați modulele printr-o reproiectare minimală în jurul circuitelor din preajmă. Totuși, sursele de alimentare (PSU) de serie – deși disponibile adesea în variante constructive mai mari sau mai mici – este posibil să nu se potrivească factorului de formă cerut de aplicație. Când se folosește o soluție de proiectare personalizată, echipa va trebui să găsească timp pentru a proiecta fiecare variantă, ceea ce poate încetini calendarul proiectului.
În ceea ce privește costurile, există diferențieri clare între costurile de dezvoltare și cele oferite de soluțiile standard.
Costul unei surse de alimentare (PSU) de serie va fi în general mai mare decât în cazul modelelor bazate pe module sau pe proiectare personalizată. Dar soluția standard gata pentru utilizare are avantajul unui cost de dezvoltare mic sau deloc, ceea ce poate fi foarte important pentru proiectele cu volum redus. În cazul în care prețurile unitare vor influența prea mult aplicația țintă, opțiunea de proiectare personalizată este probabil cea care oferă cel mai mare avantaj, deși suportă cele mai mari costuri de dezvoltare.
Deși circuitele personalizate implică cel mai lung timp de dezvoltare, producătorii au dezvoltat o serie de instrumente de asistență care simplifică mult selecția și proiectarea PCB-ului surselor de alimentare adecvate. Un exemplu este Instrumentul de proiectare DC-DC EE-Sim dezvoltat de Maxim Integrated. Prin intermediul blocurilor intuitive, inginerul își poate introduce cerințele specifice aplicației și poate obține o schemă a circuitului, rezultatele simulării circuitului și o listă de materiale pentru a sprijini implementarea.
De asemenea, este demn de remarcat că nu prea mai există diferențieri clare între tipurile de soluții de alimentare. Furnizori, precum ar fi TDK-Lambda, folosesc tehnici de proiectare modulară pentru a oferi confortul surselor PSU serie, cu flexibilitatea și performanța modulelor extrem de ajustate. La celălalt capăt al spectrului, furnizorii de componente profită de integrarea la nivel de capsulă pentru a oferi arhitecturi de putere extrem de complexe găsite anterior doar în convertoarele DC/DC complet încapsulate.
Rezultatul este o gamă largă de opțiuni pe care echipele de proiectare le pot lua în calcul atunci când aleg cea mai bună strategie de alimentare cu putere pentru proiectul lor. Fiecare proiect trebuie judecat după propriile sale capabilități, folosind criteriile descrise mai sus. O analiza atentă a cerințelor va dezvălui care punct de-a lungul curbei – de la dispozitivul de serie până la cel complet personalizat – corespunde cel mai bine nevoilor aplicației.
Author:
Cliff Ortmeyer, Director Global – Marketing Tehnic, Farnell
https://ro.farnell.com