Почему внешние адаптеры переменного / постоянного тока почти всегда имеют одну шину питания?

Если у меня есть продукт, для которого требуется несколько внутренних линий напряжения, то почему мой внешний источник питания имеет смысл использовать только одну шину.

Например, если у меня есть продукт, требующий следующих рельсов питания постоянного тока внутри

• 5 В при 2 А, 10 Вт
• 3V3 @ 4A, 13 Вт
• 1V8 @ 4A, 7 Вт

и наличие внешнего адаптера переменного / постоянного тока, каковы причины для генерирования одного более высокого напряжения (например, 24 В постоянного тока при 1,25 А, 30 Вт) внутри адаптера, когда мне все еще необходимо снизить это напряжение с помощью 3 преобразователей постоянного тока в продукте? ?

Преимущества двухэтапного регулирования, которые я вижу, следующие: - Лучшее линейное регулирование благодаря двум ступеням фильтра. - Более низкая стоимость штекера / кабеля питания постоянного тока благодаря меньшему количеству проводников. - Более низкая стоимость штекера / кабеля питания постоянного тока и кабеля благодаря более низкому Номинальный ток - Лучшее регулирование линии / нагрузки благодаря сочетанию питания и нагрузки.
- Уменьшенная шумовая перекрестная связь из-за единственного напряжения в кабеле

Преимущества внешнего одноступенчатого регулирования, которые я вижу, следующие: - снижение стоимости BoM за счет удаления одной ступени регулятора; - повышение эффективности использования энергии при удалении одной ступени регулятора; - повышение тепловых характеристик за счет удаления одной ступени регулятора. - Все потери регулятора происходят за пределами продукт - Уменьшенный размер продукта из-за удаления регуляторов (внутри продукта)

Есть что-то еще, что я пропустил?

Если основными проектными ограничениями продукта являются размер и рассеивание тепла, то почему это не было бы логичным выбором?

Для этого есть много причин, и это не всегда очевидно.

Несколько лет назад источники питания имели обыкновение выводить несколько рельсов. Обычно +12, +5 и -12v, но другие изменения были распространены. Как правило, большая часть мощности была доступна на шине + 5В. + 12v имел второе по величине количество энергии. И -12В обычно было меньше всего.

Но когда цифровая логика начала работать от более низких напряжений, произошло несколько интересных вещей.

Самое главное, что ток пошел вверх. Не большой сюрприз, правда. 12 Вт на 12 В - это всего 1 ампер. Но 12 Вт на 1 В требует 12 ампер! Современные процессоры Intel могут потребовать более 50 ампер при напряжении около 1 вольт. Но с ростом тока падает напряжение в проводах и, таким образом, теряется мощность. Если источник питания расположен на конце кабеля длиной 1-2 фута, потери электроэнергии станут большими по сравнению с тем, если источник питания расположен рядом с нагрузкой. Кроме того, жесткое регулирование напряжения становится более проблематичным из-за индуктивного воздействия кабеля. Поэтому целесообразно сделать так, чтобы более высокое напряжение выходило из источника переменного / постоянного тока, а затем регулировать его до более низкого напряжения на нагрузке. Похоже, что индустрия использует + 12В в качестве более высокого напряжения распределения питания,

Другое дело, что количество плат питания, требуемых на печатной плате, стало большим. Недавно разработанная мной система имеет следующие направляющие: + 48В, +15, +12, +6, +3,3, +2,5, +1,8, +1,5, +1,2, +1,0 и -15В. Это одиннадцать силовых рельсов! Многие из них были для аналоговых схем, но шесть из них были только для цифровой логики. По мере разработки новых микросхем число силовых шин увеличивается, а напряжения снижаются.

То, что это сделало для индустрии источников питания переменного / постоянного тока, это то, что они стандартизируют источники питания с одной выходной шиной, и эта шина обычно составляет + 12 В, + 24 В или + 48 В - при этом + 12 В является наиболее распространенным на сегодняшний день. , Поскольку все начали использовать на своей печатной плате локальные преобразователи постоянного тока в постоянный ток, и большинство потребляли +12 В, это имеет смысл. Кроме того, в связи с объемами поставок, один источник питания +12 В гораздо легче получить и дешевле, чем любой другой источник питания.

Есть, конечно, и другие факторы, которые нельзя игнорировать. Однако сложно договориться о гораздо меньшем объяснении их влияния. Я просто кратко коснусь их ниже ...

Когда компании PS необходимо решить, какие рельсы производить, у них будет так много вариантов, что они могут также производить нестандартные поставки. Если только они не стандартизируют только пару общих напряжений с одним выходом.

Когда PS имеет несколько выходов, ток, подаваемый на каждый выход, обычно неверен. Раньше даже в источниках питания +5, +12 и -12 было то, что большая часть тока была на шине + 5В. Но сегодня он будет на шине +12 В из-за всех нижних точек подачи нагрузки. Добавьте варианты распределения мощности по разным шинам к уже огромным вариантам напряжения, и для простого 3-х выходного источника вы можете легко получить сотни или тысячи вариантов конфигурации источника питания.

При сборке материалов важен объем. Чем больше вы делаете, тем дешевле они могут быть. Если у вас есть сто вариантов поставки, то вы поделили свой объем для любого варианта на 100. Это означает, что ваши расходы значительно возросли. Но если вы построите 4 варианта, то объем может оставаться высоким, а стоимость - низкой.

Если у вас есть особая потребность в том, что будет продуктом большого объема, то, как правило, у вас есть полностью индивидуальные поставки. В этом случае может иметь смысл использование нескольких выходов.

Несколько выходных источников имеют тенденцию регулировать только одну шину и позволяют другим рельсам отслеживать эту и имеют более слабые характеристики регулирования. Для некоторых это может не иметь значения, но для низковольтных шин, используемых современной цифровой логикой, это может быть убийственно.

Итак, поехали: поставки по железной дороге становятся все более и более популярными благодаря технологическим достижениям, ом-закону и экономике.

Обновление: я говорил о блоках питания в целом. Те же основные понятия применяются как к внутренним, так и к внешним источникам.

Во-первых, для регулирования от 24 В до 5 В в значительной степени требуется регулировка переключения, иначе вы бы сожгли P = 19 · I Вт. Иногда требуется линейное регулирование, которое потребовало бы гораздо меньшего падения напряжения.

Что касается того, почему вы не часто видите источники питания с выходами 5, 3,3 и 1,8 В, например, есть много причин:

• Ваши ценности общие, но не совсем стандартные. Что происходит, когда кто-то еще хочет добавить шину 1,2 В, 1,5 В или ...?

  Если бы вы спроектировали линию электропитания, которая покрывала бы 10 наиболее распространенных напряжений в шине и предлагала все возможные комбинации, это было бы:

  • одиночная шина напряжения : 10 вариантов
  • любые две линии напряжения : 45 вариантов
  • любые три : 120 вариантов
  • любые четыре : 210 вариантов
  • любые пять : 252 выбора
  • любые шесть : 210 вариантов
  • любые семь : 120 вариантов
  • любые восемь : 45 вариантов
  • девять из 10 вариантов рельсов : 10 вариантов
  • все 10 вместе : 1 выбор

  Это 1023 варианта! (2 ^N -1, где N = 10 здесь.)

  Поставьте себя на место производителя.

  Ваша задача: создать более тысячи различных громоздких продуктов, отличающихся друг от друга способами, которые нелегко автоматизировать. Вы можете разработать программное обеспечение, которое будет принимать входные параметры и отображать макет платы и спецификацию, но, вероятно, дешевле заплатить какому-то плохому инженеру, чтобы разобраться в вариантах.

  Затем эти тысячи блоков питания должны поставляться, складироваться и перезаряжаться по цепочке поставок.

  Некоторые из них будут более популярны, чем другие, поэтому многие из них будут отсутствовать на складе, а когда будут в наличии, будут занимать много места на полках, поэтому они будут вдвое дороже, что еще больше снизит спрос, что приведет к увеличению затрат. , который...

  Некоторые комбинации напряжений на рейке будут настолько непопулярны, что ни один из дистрибьюторов не будет их снабжать, поэтому вы должны предлагать их только по запросу. Это фактически изготовление по индивидуальному заказу, а это означает, что вам придется брать с клиента больше, чем стоило бы им самим его построить.

  В конце концов, вы выходите из бизнеса.

  Вы можете значительно сократить количество товаров на складе, уменьшив N выше. С N = 5 вариантами рельсов вам нужно только спроектировать, построить, распространить и перегрузить 31 различную продукцию. Но теперь вы упускаете множество желаемых вариантов, так что вы едва ли лучше, чем большинство ваших конкурентов, которые поставляют только 1-3 комбинации железных дорог, но ваши затраты выше, и вы снова уходите из бизнеса.

• Вы говорите о том, чтобы сэкономить деньги, если на внешнем блоке питания были необходимые направляющие, но на самом деле вы не экономите деньги. Чтобы обеспечить желаемые рельсы, вы все равно должны иметь регуляторы. Они просто живут внутри блока питания.

  Если вы считаете, что это не имеет значения, сравните цены на регулируемые и нерегулируемые источники питания. Обычная нерегулируемая настенная бородавка стоит около 6 долларов, тогда как регулируемая версия может быть вдвое больше или больше.

• Если вы поместите регуляторы в источник питания, они будут далеки от точки нагрузки, поэтому вам придется бороться с перепадами ИК. Это может иметь большое значение при высоких токах, как это часто бывает при низких напряжениях. Гораздо лучше регулировать вблизи точки нагрузки.

Если бы я проектировал что-то, что требовало нескольких различных силовых шин, моя интуиция заставила бы меня питать все цепи питания от одного внешнего источника.

Основная причина в том, что это избавляет меня от проблем при проектировании трех или четырех блоков питания, питающих прототип. Есть и другие причины:

1. Могут быть проблемы с синхронизацией питания, которые необходимо контролировать в целевом продукте.
2. EMC - вероятно, намного проще спроектировать, чтобы соответствовать нормативам с одним входящим источником
3. Кабели и разъемы являются источником ненадежности, а наличие единого источника питания повышает надежность всей системы.

Вероятно, легче найти готовую настенную бородавку тоже.