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没有专门电源团队的OEM为什么应考虑模块化可配置电源?

2020-11-27 10:44| 查看: 117| 评论: 1|原作者:

摘要: 随着电子设备的功能越来越多,结构越来越复杂,为其供电的电源系统也变得越来越复杂,而对于没有专门电源团队的原始设备制造商(OEM)而言,电源设计充满了设计和商业挑战。 关于电源 广义上讲,电源是将其 ...


随着电子设备的功能越来越多,结构越来越复杂,为其供电的电源系统也变得越来越复杂,而对于没有专门电源团队的原始设备制造商(OEM)而言,电源设计充满了设计和商业挑战。

关于电源


广义上讲,电源是将其他形式的能量转换成电能的装置,如水力、风力、海潮、水坝水压差、太阳能等可再生能源以及煤炭、石油等产生的电力来源。常见的电源是 380V 工业用电和民用的 110V-220V AC 电力,另外还有电池、充电宝、电源适配器等类型的 DC 电源。

任何电子产品都需要有电源,确切说是先用变压器把 AC 电源电压降到所需的低电压,然后由整流器把 AC 电压变成单一方向的 DC 电压;当然还需要滤波和隔离,以防止频率较高的电磁干扰电流通过,同时保证人身安全。

按照使用性质,电源有可分为独立电源、开关电源、定制电源、模块化(可配置)电源、充电电源等。

为什么需要模块化、可配置?


通常,我们有许多方法为给定电子设计提供所需的所有 DC 电源轨电压。例如使用一个现成的电源转换器就可以为电子系统提供一个与危险高压线路隔离的 DC 电压,再通过内部 DC-DC 转换器产生额外的电压轨。

DC-DC 转换器是分立元件组成的产品或预先设计的模块,可以直接安装在 PCB 或机箱内的某个地方。这样,就可以用一个现成的电源连接多路输出的转换器。在一些情况下,设计者可以选择使用多个电源转换器来产生部分或全部所需的系统电压。当这些选项难以实施,或不能充分满足设计要求时,设计者可以寻求定制电源设计。

但是,对于医疗设备(外科机器人、成像设备和激光设备)及工业自动化设备,如果从头开始设计定制电源,就会影响产品上市,使设备造价更高,还会因合规性和追求高功率密度而浪费宝贵的时间和资源。这时,模块化可配置电源可能是一种可行的选择。

Vicor 公司副总裁、功率元件总裁 Claudio Tuozzolo 表示,高性能模块化电源系统可实现比基础定制设计更高的灵活性和可扩展性。电源行业在配电架构、转换拓扑和封装技术方面的不断进步正在提升系统效率和密度,实现从墙式插座到负载点的电源转换和管理。


利用模块化方案实现从墙式插座到负载点的电源转换


何为模块化可配置电源?


其实,模块化可配置电源也是一种定制电源,只不过是电源厂商根据规模化市场需求的预测而生产的“积木”块。通常,模块化电源转换器由一个连接市电的 AC 前端和一些独立的 DC 模块组成。前端有 EMC 滤波、功率因数校正和隔离变压器。功率从前端传输到每个 DC 模块,再由这些模块处理功率并提供所需的稳压 DC 输出。

模块化电源制造商通常会提供一些不同的模块,这些模块可以插入 DC 插槽,每个模块覆盖不同的输出电压范围,其各自输出电压可调性非常宽泛,以实现最大的通用性。

模块化可配置电源优势何在?


首先是功能:模块化可配置电源具有明显的多功能性和应用灵活性。同一组模块可以调整和 / 或排列实现各种 I-V(电流 - 电压)特性。例如,当配置为单输出时,一个通用 600W 模块化电源应该能够在 120A 时提供 5VDC,在 5A 时提供 120VDC,或者在此范围实现任意 I-V 排列组合。

在灵活性方面,同一个平台可以重新配置,以提供几个不同的电压轨。如果每个模块都是隔离的,那么就在负电压可用性方面实现了更大的灵活性。与许多不可配置的多输出电源转换器不同,设计良好的模块化方案的每个输出模块都有自己的反馈回路,可以独立调节,因此不存在维持交叉调节的最小电流,一条电压轨上的扰动不会传播到其他轨。此外,模块化电源还有助于实现模块化系统设计。

其次是成本:现在,电子设备的功能越来越密集,成本越来越受限,在设计过程中必须及早考虑系统功率要求及电源的物理空间。传统电源有一些固有的缺点,如 NRE(一次性工程成本)和代理商费用高;需要 MOQ(最小订购量)和冗长的开发、认证周期。模块化可配置电源已通过各种机构认证,即买即用,可降低机构测试成本,缩短监管审查流程,加快产品上市。虽然其单位成本稍高,但通常是合理的,特别是一些小批量应用,模块化可配置电源的成本优势更为明显。

第三是开发难度:电源的开发会因为设备功能的变化而受到影响,已开发的电源转换器可能因为功能的增减而功率不够或利用率不足。使用模块化解决方案可以使电源转换器在整个开发周期中适应设计,而不必更改机械设计、电源供应商或合规性考虑事项。如果子电路电压发生变化,设计者只需调整模块的设定值。如果最终产品需要比估计更多的电量,设计者可以增加另一个模块,反之亦然。

第四是功率密度:模块化电源可以优化整个电源系统的总转换效率,散热量更少,实现更小的产品尺寸,因此,比非模块化解决方案获得更高的功率密度。此外,由于一次侧功能是以单个连接市电的电源实现的,比多个连接市电的电源的功率密度更高。

第五是合规性:电源转换器是危险的高压电源和 SELV(安全低压)电路之间的安全屏障,需经安全机构的严格审查。许多合规性项目可能受到电源转换设计的严重影响。此外,更高的能源效率需要采用开关模式 AC-DC 和 DC-DC 转换器,从电磁兼容角度看,电源应该是电子产品中噪声最大的部件之一。与现成转换器或是自主设计的配电系统相比,模块化方案经过专门设计和测试,符合严格的安全和 EMC 要求,因此设计良好的模块化电源减少了整个电源系统的辐射,确保其本身不会直接导致不合规。即使出现系统级不合规,OEM只找一家供应商即可解决问题。

怎样选择模块化可配置电源?


Claudio Tuozzolo 表示,用户对提高性能和功能的需求在不断增长,他们需要减少电源系统面积并降低功耗,同时还要面对缩短设计时间和使用更少资源的挑战。因此,需要克服传统的、分立式、基于组件的电源系统设计的局限性,转向先进的解决方案——可扩展、高效的 DC-DC 转换。

而选择模块化电源组件的系统工程师通过组合模块,可以设计出一个完整的电源系统,解决空间和效率方面的难题,并几乎消除了传统或定制设计方法经常出现的最后一刻意外和延迟的可能性。

TT Electronics 产品管理与工程副总裁 Barry Peters 指出,事实上,一些OEM 没有专门的电源团队,电源厂商可能会说服他们使用多个现成的电源,为其设备内的不同子系统供电。这种方法会使每个电源的泄漏电流总和超标。许多现成的 AC-DC 转换器只适合作为系统中唯一的主电源,泄漏电流裕度不足以连接更多附加单元。

在选择模块化可配置电源时,从型号即可看出电源的功能,例如 XXX+要比型号 XXX 功能多,XXX- 的价格更实惠。根据所需功能,可以对模块化电源转换器的数量进行增减。通常,占了大部分成本的 AC 前端可以实现规模经济性,而不同产品版本的机械设计可以因使用同一个 AC 前端而简化。

市场上有许多模块化可配置电源方案,其中许多产品还提供针对每个模块 I-V 特性的远程可编程性,以及遥感特性和独立的抑制信号。一些模块化转换器在现场可配置方面提供了更多的通用性和便利性,这意味着 OEM 可以自行插拔这些模块。

选择模块化可配置电源的方法很简单,在厂商的官网通常都有“产品快速查找工具”或“在线电源配置器”,可根据用户需要的电源功率、输出电压和电流、轨数等参数显示一种选择的模型,并从数千种 DC-DC、AC-DC 产品、上万种可配置的电源组合中自动优化最合适的模块,配置器就会生成最经济高效的解决方案来满足用户需求,并且提供各种可供选择的信号、泄漏电流和待机电压,以及供用户下单的短代码;有的还可以通过反向器件查找快速找到器件信息。


在线电源配置很简单


我们来看看一些典型的模块化可配置电源。

·TT Electronics 的模块化可配置产品有密封式、开放式、U-Channel 等几种。

NEVO+1200S 可配置电源是同类产品中最小、完全配置后重量仅为 1.2kg 的 6 英寸 x 6 英寸 x 1.61 英寸封装,可提供高达 1200W 功率,是尺寸、重量、低待机功耗和一次侧抑制是关键因素的高要求工业应用的电源解决方案。


模块化可配置电源已有各种认证


   
每个配置单元由一个输入模块和多达 8 个输出模块组成,可以实现任何输出组合,以创建最多 16 个独立输出的电源解决方案。其标准功能包括智能风扇控制、宽输出电压调节能力和一次侧远程开 / 关,待机功耗小于 3W。该系列具有完整的 IEC/UL60950 安全认证,符合 EN61000 抗扰度、EN55022-B EMC 标准。

·TDK 的 QM 系列 AC-DC 电源是首款额定值为 1200W 至 1500W,符合医疗 MoPP 绝缘等级的模块化系列产品,与市场上相应功率级别的电源相比,其噪声更低。QM 系列经过医疗和工业安全认证,适合包括 BF 级医疗设备、测试和测量、广播、通信及可再生能源在内的各种应用。


模块化可配置电源非常通用


QM 系列效率高达 91%,可减少内部热损耗,从而支持使用低速冷却风扇,因此在室温条件下噪声仅为 44.3dBA,在 50℃条件下噪声仅为 45.3dBA,可提升患者及用户体验。与采用传统高速风扇的电源相比,该系列电源可减少灰尘和污染物进入,从而实现更高的可靠性。

·Artesyn Embedded Power(雅特生科技)的 12kW 电源模块支持 iHP 数字可配置大功率电源系统,可以取代 4 个独立式模块,大幅降低所需成本。新的 3 插槽 50V/12kW 电源模块可以少用一个插槽,腾出来作为插入其他输出模块之用,而且所需成本也大幅减少。

用户可利用其一系列标准电源模块组建可配置的智能型大功率电源系统,并根据个别应用的实际需要自行设定独特的输出配置,以满足特殊要求。


自行配置远程电源模块节省使用支出


该模块适用于配备一个较大功率输出和另外多个输出的设备,不同的输出组合可利用现有由 0.12V 至 300V 的 iHP 模块自行配置,输出功率的配置有数之不尽的组合方式可供选择。

iHP 系列除了适用于多种医疗设备和工业设备,许多园艺农圃的照明系统也采用其作为远程电源,为整个农圃的 LED 照明系统供电。这样就无需分别采用多个独立式 LED 驱动器,不但有助于节省安装费,还可减少电费支出。

·Vicor(怀格)的 MegaPAC? 系列用户和现场可配置电源系列集成了 DC-DC 转换器和附件组件,具有广泛的输入 / 输出、功率水平选择,甚至定制电源的优点,它由标准和模块化积木组装而成,因此不需要 NRE 即可快速交付。

MegaPAC DC-DC 转换器允许用户立即配置高效电源。虽然尺寸很小(6.0 x 11.7 x 3.4 英寸),但它可提供高达 1600W 的输出功率和多达 16 个隔离输出。通过选择和插入多达 8 个滑入式输出组件即可配置一个完整的电源,这些组件称为 ConverterPAC?,其包含一个或两个Vicor DC-DC 转换器,可提供多种输出和功率水平。最终可以用标准和模块化的构建块组装成一个提供定制电源优势的电源。


完全用户配置并轻松升级的“定制电源”


整个 MegaPAC 电源系列完全由用户配置,如果输出要求发生变化,需要更大的功率或不同的输出电压,也很容易升级:只需松开一个螺丝,将 ConverterPAC 更换为另一个所需电压额定值的加长 ConverterPAC。为了增加灵活性,相同长度的转换器可并联连接以增加输出功率(升压转换器),或串联以获得更高的电压(总输出电压不超过 400V)。

这样来总结


对于没有专门电源团队的 OEM,要赢得设计优势,可以考虑模块化可配置电源。这样就能在可预测的组件和系统功能和可靠性、快速设计周期、简单的系统可(重新)配置性和可扩展性,同时在实现系统运行效率、功率密度和经济性等方面领先一步。

值得一提的是,目前国内的许多电源模块厂商也都推出了模块化可配置电源,在性价比方面不比国外产品逊色,而且不同厂家专注不同领域,如通信、工业、军工、电动汽车等电源细分市场,用户可以根据自己的需要和成本考量采购不同的电源。


『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』
『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』
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最新评论

引用 wu6886 2020-11-27 13:52
看看!!!!!!!!!!!!!!!

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