电源成本分析：离散，模块化，完整

　　实现所需系统性能的一个重要要素是选择电源解决方案。开发人员可以从各种选项中进行选择，无论是他们自己的离散设计，使用DC/DC模块和一些外部组件还是完整的，现成的解决方案。由于市场上可用的转换器和电源大量，因此在大多数情况下都可以找到解决方案，并且对半定制或完全定制设计的需求正在减少。
　　一般的经验法则是，系统的总材料总成本的5％至10％用于电源。在成本分析中，离散电源的组件似乎是一般组件中的小项目，而DC/DC转换器或完整的电源始终位于列表的顶部。这是否意味着离散解决方案始终是成本效益的？本文将研究每个解决方案的利弊，以及为什么在大多数情况下，模块化或完整的解决方案方法更具成本效益。
　　离散设计
　　通过开发完全自定义的解决方案，可以实现的灵活性，并且可以提供各种用于不同拓扑的控制器芯片和变压器，以及参考设计。
　　乍一看，开发功率解决方案似乎并不是太困难了，在一定程度上，对于非分离的低功率转换器是正确的。但是，设计更高的功率或隔离转换器成为一个真正的挑战，因为它需要深入了解电力电子设备，高频切换，热管理，EMC行为和安全批准。许多公司在其发展部门不再拥有必要的知识和资源。
　　整个设计过程，包括资格测试和安全以及EMI批准，可能需要数月并产生高NRE成本。即使规格的较小更改也可能需要进行完整的重新设计。离散解决方案是组件成本至关重要的设备的可行选择，并且可以大量摊销大量的开发成本。
　　模块化解决方案

　　越来越多的设计师选择基于DC/ DC转换器模块的解决方案。模块化方法不需要对电力电子设备的深入了解，并且允许非常灵活的设计，同时节省了时间和金钱，并获得了开发和安全批准。设计可以在几周甚至几天内完成，并且通常可以通过简单地更改或添加模块来快速实施一刻的更改。安全批准和EMC合规性得到了极大的简化，因为这些模块在范围内拥有批准，符合市场特定的标准，并具有内置的过滤器和保护电路。对于设计，批准和特定的EMI要求，制造商提供了全面的文档以及易于实现的参考设计。

  提供在铁路市场中，模块化方法经常被使用，因为它可以以低的总成本启用高灵活性，并且这些模块有资格适应滚动库存应用中极端环境条件。在此示例中，需要从火车上的不同标称电压产生孤立的±5 V/5 W电源电压。解决方案还必须遵守各种铁路标准。该系统的数量以100-300个单位的数量出售，其项目的年度总量低于1500个系统。这些卷不能证明自己离散设计的高成本是合理的。他们要求模块化解决方案。一个很大的挑战是火车应用中的名义电压数量。

     经常为具有固定电压的特定火车项目生产系统，并且可以将适当的转换器安装在PCB上。

　　从P-DUKE中选择了RDL06，因为它在SIP-8包装中多可提供6 W功率，尺寸为21.8 mm x 9.6 mm x 11.2 mm，同时提供必要的安全批准和隔离电压。在设计阶段功率需求结束时，提高了8.5 w，但设计工程师能够在同一包装中使用10 W版本的转换器。这是一种插头解决方案，不需要任何PCB布局更改。

　提供在一些外部组件中，满足EN55023和EN50121-3-2的EMI要求以及EN61000-4-4的瞬态要求。图4显示了基于P-Duke的申请说明的完整电路。它还包括输入处的反极性保护。

　　图4。EMI  ，瞬态和反极性保护由一些外部组件实现。图像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供该模块在内部完全封装了有机硅，使其对EN61373和MIL-STD-810F中定义的冲击和振动具有极大的抵抗力。盆栽材料还将热量从内部组件转移到金属外壳。 P-Duke是个为这些产品引入单独的引脚的制造商。它使模块对冲击和振动具有更大的抵抗力，并且某些热量可以散发到PCB板上（图5）。此外，这些模块还提供远程/关闭的遥控器，并防止过电流和短路。

　　图5。 其他箱子引脚使模块更加稳健，并允许热传递到PCB。图像由Bodo的Power Systems 提供到市场的时间
　　用50个或更多组件实现并批准足够的离散解决方案需要几个月？在几周内完成设计并根据特定火车项目中的电压购买，存储和放置三个不同的DC/DC转换器，这不是更容易吗？

　　P-Duke在范围内提供了的DC/DC模块投资组合之一，为不同的供应电压和功率水平提供了解决方案，不仅在铁路中，而且在医疗，工业或国防市场中，还提供了300 W。输入电压范围为2：1至12：1，冷却方法可以是对流，强制空气，附着的散热器和冷却板，这可以使密封和防水溶液实现（图6）。

　　图6。DC  /DC模块以不同的形式可用。图像由Bodo的Power Systems  提供模块化方法
　　DC/DC转换器的模块化方法提供了高度的灵活性，但是越来越多的工程师正在寻找可以快速实施的解决方案，而无需设计，测试或批准。多年来，在许多AC/DC应用中一直是标准的完整解决方案，在DC/DC应用程序中也越来越流行。他们结合了所有必要的功能和功能，拥有安全批准，并且是插件解决方案。

　　让我们再次查看火车市场中数字化不断发展的一个例子。改造现有系统并添加新功能需要标准，易于安装的电源，这些电源可从所有不同的火车电压中使用，并且可以存储以进行快速响应。 P-Duke的URCD家族是一个总体解决方案，可以处理从14 VDC到160 VDC的输入电压，提供所有标准输出电压，具有20 W的功率，具有所有相关的铁路标准标准，并且可以安装在机箱或DIN轨上。图7显示了该解决方案的框图。

　　图7。 乌尔德家族的框图，这是铁路应用的总解决方案。图像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供春季终端

　　弹簧端子也称为推销（图8），使电连接变得非常容易。安全标准需要一个已经包含在设备中的保险丝，当设备打开时，其限制为15 a，从而阻止了任何上游保险丝被绊倒（图9）。

　　图8。 可以使用弹簧连接器进行电连接。图像由Bodo的Power Systems  提供

    图9。 当设备打开时，Inrush电流限制为15A  。

　　反向保护

　　如果发生不正确的连接，内置的反向极性保护将设备与电源电压断开连接（图10）。与更简单的反极性保护解决方案不同，没有熔融爆炸，因此，在连接不正确的情况下，无需替换它们。

　　图10。 如果连接错误，则将设备与源断开。图像由Bodo的Power Systems提供EMI/EMC

　　EMC过滤器保证满足EN55032和EN50121-3-2级B，并满足高压瞬态要求。火车上的供应电压也可能会中断10毫秒（S2）或20毫秒（S3），在此期间，电源必须提供全部电力。 P-Duke的持有电路在铁路市场的某些模块中实施，并收取外部固定电容器。在供应中断的情况下，这些电容器为DC/DC转换器提供必要的能量。图11显示了供应中断的定义和乌尔德家族中实现的电路。

　　图11。 供应中断定义和P-Duke的解决方案。图像由Bodo的Power Systems  提供DC/DC转换器的工作量从14 V到160 V，涵盖了铁路和滚动库存应用中的所有标准电压。一个单一电源可在任何应用程序中快速安装系统。
　　总解决方案
　　总解决方案不需要额外的时间进行设计，测试，资格和批准。制造商提供了环境资格数据的数据，这也保证了在所有指定条件下的功能。 P-Duke提供一系列完整的AC/DC和DC/DC解决方案。对于AC/DC市场开放式框架，可提供功率水平的封闭和封装解决方案，可提供几瓦至500 W的功率（图12）。它们都与电源兼容，拥有国际安全批准，并且许多产品符合医疗应用中的严格要求。
    提供除了乌尔德（Urdc）家族外，P-Duke还提供了几种用于机箱的DC/DC解决方案和DIN轨安装，功率水平从15 W到300 W，单个或双输出电压从3.3 V到48 V，到48 V，以及各种输入伏特范围为8.5 V UP 160V。
　提供无论是模块化还是完整的解决方案，无论使用多种可用产品，都可以始终找到合适的，具有成本效益的电源，而不会产生高昂的开发和批准成本。