Однако иногда требуется совершенно уникальный и специализированный источник питания. Многие компании пытаются разработать его самостоятельно. Некоторым это удаётся, но многие несут значительные расходы и теряют ценное время на выходе на рынок, потому что просто не знают, как проектировать системы питания, которые были бы стабильными, надёжными, пригодными для массового производства и длительной работы. Зачастую они не знают, когда следует проектировать систему самостоятельно, а когда лучше купить необходимые компоненты.
Когда покупать:
Часто вам говорят: «Уберите этот компонент за 40 долларов из сетевой системы, чтобы снизить затраты». В конце концов, это всего лишь блок питания, и любой начинающий инженер может его изготовить, верно? Зачастую организациям, чьи основные компетенции выходят за рамки силовой электроники, не хватает подготовки, персонала или испытательного оборудования, и они не осведомлены о связанных с этим проблемах. Они с головой погружаются в область, к которой не готовы. Ошибка заключается в предположении, что блоки питания — это простые компоненты, которые может спроектировать любой. Почему некоторые компании передают производство на аутсорсинг поставщикам EMSI? Проще говоря, это обходится им дешевле, и они могут сделать работу лучше, чем то, что делается внутри компании. Также следует помнить, что у их клиентов могут быть более требовательные заказчики, чем у вас. Качество, надежность и стоимость были улучшены в процессе производства, и поэтому общую стоимость можно снизить, приобретая предварительно собранные блоки питания.
Когда стоит собирать
блок питания самостоятельно? Иногда избежать необходимости собирать блок питания самостоятельно не представляется возможным. В каких случаях имеет смысл собирать блок питания самостоятельно?
• Если вы не можете приобрести то, что соответствует потребностям вашего бизнеса.
• Если разработка собственного источника питания может быть решена с помощью доступных полупроводников или компонентов силовых модулей на кристалле, при хорошей поддержке инженеров-разработчиков и программных средств проектирования.
• Если у вас есть доступ к соответствующему испытательному оборудованию, опыт и время для правильного выполнения работы.
• Если есть время, чтобы все сделать правильно.
• Если покупка источника питания действительно слишком дорога для данного приложения, и вы собираетесь создать нечто, что существенно изменит ситуацию.
Несмотря на наличие отличных ресурсов, лучший совет относительно использования эталонных проектов заключается в том, что не следует возлагать ответственность за проектирование исключительно на поставщиков компонентов без предварительной внутренней работы. В конечном итоге ответственность за конечную систему или продукт несут разработчик и компания-производитель. Не следует продолжать работу без проведения достаточного тестирования и оценки проекта, а также без обеспечения его работоспособности в заданных условиях времени и температуры. Проведите практическую оценку продукта и/или моделирование. Не полагайтесь исключительно на эталонный проект поставщика полупроводников и не переходите непосредственно к серийному производству.
Независимо от используемой технологии или топологии управления, компаниям следует инвестировать в обучение, инструменты проектирования, испытательное оборудование и программное обеспечение для проверки проекта и превзойти ожидания, предъявляемые предполагаемым применением. Доступны отличные ресурсы, часто бесплатные или требующие минимальных затрат времени и ресурсов. Поставщики могут предоставить эталонные проекты, оценочные таблицы и программное обеспечение для проектирования, часто бесплатно. Во многих случаях они также предоставляют файлы Gerber, которые можно импортировать в вашу собственную систему, и они готовы к работе.
Вопросы проектирования, если вы «собираете» собственный
источник питания: Прежде чем создавать собственный источник питания или систему силовой электроники, следует задать себе несколько вопросов. Во-первых, важно определить, какой тип преобразователя питания вам необходим. Это определяет уровень сложности всего процесса проектирования, связанные с ним риски и нормативные требования. Есть ли у вас необходимое измерительное оборудование? Потребуются анализаторы частотной характеристики, электронные нагрузки, тестеры электробезопасности и другое специализированное оборудование, и у многих оно просто отсутствует в наличии. Есть ли у вас опытные сотрудники с соответствующими навыками для проектирования источников питания? Учитывайте магнетизм, проектирование печатных плат, заземление и необходимые методы экранирования. Автоматический трассировщик должен быть выключен, и потребуются навыки ручного проектирования. В конструкцию необходимо включить методы безопасного разделения для соблюдения норм утечки.
Начните с вопроса: это автономный или DC-DC преобразователь? Он изолированный или неизолированный? Доступен ли он на рынке с доказанной производительностью? Возможно, есть компоненты с интегрированными материалами. На более низких уровнях мощности компоненты от полупроводниковых компаний теперь имеют высокую степень интеграции; многие даже содержат индуктор внутри корпуса, образуя то, что обычно называют PSIP или модулем питания. Если конструкция требует изоляции, есть ли у вас опыт и оборудование для проведения испытаний на электробезопасность, соответствующих мировым спецификациям и стандартам безопасности? Знаете ли вы, как проектировать магнетизм с учетом необходимых разрешений и согласований с органами по безопасности? Учитывайте время работы — будет ли это круглосуточное высоконадежное приложение? Покупка может иметь смысл, если требуются высокомощные автономные изолированные компоненты, необходима доказанная надежность «из коробки», а объемы недостаточны для самостоятельной сборки.
Получение разрешений на безопасность — дорогостоящий и трудоемкий процесс. Если продукция будет поставляться за границу, ей потребуется широкий диапазон входного напряжения от 85 до 265 В переменного тока, 50-60 Гц, и для ее использования во всем мире потребуются соответствующие разрешения. Готовы ли вы к этим затратам и задержкам? Есть ли у вас в штате специалисты по безопасности, знакомые с нормативными требованиями и процедурами тестирования? Учитывайте электромагнитные и радиочастотные помехи (EMI-RFI). Импульсные источники питания могут генерировать много шума, особенно если они неправильно спроектированы. Регулирующие органы не проявляют ни чувства юмора, ни сочувствия к плохо спроектированным импульсным источникам питания.
Производство осуществляется с использованием большего количества инструментов и ресурсов, чем когда-либо прежде.
Если после рассмотрения этих вопросов вы решите производить свой источник питания самостоятельно, настоятельно рекомендуется как можно раньше привлекать поставщиков к процессу определения, выбора и проектирования. Чем раньше вы обратитесь за поддержкой и помощью, тем больше времени у вас будет для организованной работы, большей гибкости и большего количества вариантов. График проекта теряет гибкость по мере приближения к этапу прототипирования и производства.
В условиях, когда требования к энергоэффективности все чаще рассматриваются на системном уровне, крайне важно уделить внимание силовой электронике на самом начальном этапе процесса. Не выбирайте неправильные компоненты, топологию или схему только для того, чтобы иметь готовые блоки, собранные с неисправностями. Ничто не должно проектироваться в вакууме; существует множество ресурсов, которые помогут вам успешно реализовать вашу разработку в нужных условиях. Если вы проектируете собственный источник питания, хорошая новость заключается в том, что сейчас существует больше поддержки, чем когда-либо. Новые технологические разработки, доступные от Mouser, включают продукты для многих уровней преобразователей мощности. Существует множество ресурсов, которые помогут вам успешно реализовать вашу собственную разработку в нужных условиях. Независимо от того, покупаете вы или собираете, Mouser предлагает продукцию от более чем 450 поставщиков с ресурсами, доступными для любого уровня мощности, и готов помочь.
Кевин обладает более чем 25-летним опытом работы в электронной и полупроводниковой промышленности, занимая должности, связанные с полупроводниковой продукцией, в компаниях Freescale Semiconductor, Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor и Motorola Semiconductor. Он также имеет обширный опыт работы инженером-конструктором в области медицинской и военной электроники.
Автор:
Кевин Парментер, внештатный автор, Mouser Electronics
