目录
1.环境勘察
2.收集信息,制定英明决策
3.内部宣传
4.总结和后续信息
5.参考文献
1.环境勘察
在上一篇有关“自行生产还是购买?”[1] 主题的白皮书中,我们从全新全面的视角来看待这个系统设计师和电路板工程师必须解决的常见难题。
我们确立了许多需要考虑的因素(技术、物流、业务等),使设计师能够发起各自的因素评估流程,制定最合时宜的计划。我们还介绍了在尝试简化应用设计所涉及的各种因素时需要考虑和权衡的利弊。
在本白皮书中,我们将更深入地集中讨论开发前评估过程中的具体因素及其成功率。具体来说,我们将重点评估外部电源供应商资源,确定您的组织/团队是否易于变通,能接受您的方法,并就如何通过团队支持推动该方法提出建议。
其中一个考虑因素是电源供应商的模块化产品组合 – 选择一个电源供应商的网站,查看他们有哪些产品可能符合(尽可能接近)您的要求。请记住,这样做的主要目的不是希望能找到符合您所有设计要求的完美商用现货 (COTS)。
当然,偶尔也可能找到,但在大多数情况下,您更应关注供应商的能力。
您可以通过产品清单、产品空间及涵盖的行业市场的相关讨论,甚至可以通过针对实际问题且经过论证的真实案例研究或历史背景信息,对供应商能力进行调查。
供应商展示此类内容的形式多种多样,包括但不限于数据表(也称为规格说明书或规格表)、认证、应用笔记、白皮书、网络研讨会、产品/营销概览文档、设计指南、评估模块等。
如果考虑更深一层,那么除了资本支出 (CAPEX) 资源之外,可能还要考虑人力资源。团队的经验水平如何?团队合作了多久?他们在您的解决方案所属的应用领域工作了多久?
这类问题看似微不足道,但在实际当中,人们会发现,在决定“自行生产还是购买”时,以及选择外部供应商时,这些细枝末节往往关系重大。
这对全定制或半定制开发尤为适用,但对 COTS 解决方案同样不容忽视。原因很简单,您购买一个完全设计好的合格产品并不意味着:
1.该产品专为您的具体应用而设计,完全适合您的应用。
2.您将获得将其正确集成到系统中所需的支持/资源。
3.您将获得充分解决质量/可靠性和/或现场故障问题所需的支持/资源。
下面我们看到的示例是来自领先电源公司网站的产品矩阵列表,这是一种非常常见的方式,可以快速获取供应商产品“鸟瞰图”,并比较众多电源解决方案的关键规格。列表中通常设有一些过滤选项,以帮助缩小搜索范围。
一个排列合理、信息丰富、易于导航并且能帮助您快速定位所查找内容的网站,可以作为您在挑选电源供应商时的初步非正式指标。
图 1:电源供应商产品选型工具网站截图(由 RECOM Power [2] 提供)
产品数据表应易于查阅,无需逐页点击和/或提交大量信息等繁琐步骤。数据表最好附带大量的设计示例、应用笔记、目标应用中的使用方法以及其他方便的设计工具(例如,计算器和模拟器)。
如果您只能通过其中一项来评估供应商(甚至在与他们沟通之前),应选择数据表。如果仔细查阅数据表,您可以获知在与该开发伙伴合作时,您需要哪类供应商,或者至少可以获得一些相关提示。
下表总结了一些常见的数据表细项以及一些隐含信息(直接或间接)。
数据表细项 |
可能的阐述 |
线路/负载调节,纹波和噪声 |
- 电源的最低要求应在规格表中说明,其中包含最小值/标称值/最大值。理想情况下,表中还应包括相关测试条件(如环境温度)。
- 一份全面的文档将包括多种曲线/波形,以展示整个工作范围内的详尽的线路/负载/温度性能。
- 优势:曲线具有与典型应用/环境使用(0-100% 负载)相一致的线路/负载范围,或者至少是整个工作温度范围。
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效率 |
- 这通常被认为是最重要的指标之一。电源的最低要求应在规格表中说明,其中包含最小值/标称值/最大值。理想情况下,表中还应包括相关测试条件(如每个指定点的加载过程)。
- 一份全面的文档将包括少量常见电压输入和输出场景的多种曲线/波形,以展示整个负载范围内的性能。
- 优势:曲线具有与典型的应用/环境使用相一致的线路/负载范围,并且不会尝试隔断任何负载范围(尤其是在 0-20% 的范围内)。多模式曲线通常表示电源支持多种工作模式(例如,<10% 负载转换点的脉冲跳跃模式,多相解决方案等)。
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工作/开关,频率 |
- 电源的最低要求应在规格表中说明,其中包含最小值/标称值/最大值。理想情况下,表中还应包括相关测试条件(如环境温度)。
- 一份全面的文档将明确频率是否固定/可变,并提供曲线/波形,以展示整个工作范围内的性能(特别是在频率可变的情况下)。
- 优势:任何与频率相关的特性都包括在内,无论是基于负载的频率变化(例如,谐振拓扑),还是减轻 EMI 的措施(例如,扩频时钟)。如果无法确定开关电源是否支持固定或可变的开关频率,或者供应商在被询问时无法回应,那么这就是一个明显的警示信号。
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保护电路 |
- 考虑到潜在保护功能的数量,会有很大差异(或没有)。电源的最低要求应在规格表中说明,其中包含最小值/标称值/最大值。理想情况下,表中还应包含相关测试条件(如适当)。此类规格说明中应包括故障/比较器阈值、响应时间(包括任何适当滞后)和所采取的措施(例如,锁存、非锁存和打嗝模式)。
- 一份全面的文档将通过描述、公式和功能框图定义电路保护方法。
- 优势:展示特定条件下动作的曲线/波形(识别所述条件)、所采取措施的详细解释(例如,软件和硬件的状态机流程图),甚至可能还有关于替代应用/用途的一些想法/建议。优质文档还将提供潜在的故障模式以及此类故障的风险/影响。在这方面,供应商通常非常注意规避风险,并且不愿透露潜在故障情况,但是当被追问“如果我这样做会怎么样?”或“如果我短接 X 和 Y 导致转换器损坏,是否包含在保修范围内?”或类似的问题时,全面答案很快就会出现。
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输入/输出电容(包括滤波) |
- 电源的最低要求应在规格表中说明,其中包含最小值/标称值/最大值,但是由于电容器的多种用途,此处存在很大差异。实现回路稳定性可能需要最小和/或最大电容量,但纹波规格可能依赖于内部和外部因素(即,内部 EMC 扼流圈,由于外部瞬态导致纹波减少)。还应列出相关纹波/寿命规格要求。
- 一份全面的文档将包含专门讨论输入和/或输出电容要求的章节。为了符合 EMC 要求,可以通过指定滤波器或仅指定合规标准来实现。
- 优势:针对电容的详细计算/要求,关于不同类型电容的讨论/输入,以及阻抗曲线(大优势)。优质文档还将在电容类型、尺寸和其他评级之间进行一些权衡,以便优化高度/占位面积/可靠性/成本。
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安全/隔离(包括认证) |
- 考虑到应用/工业特定安全标准的多样性,可能存在很大差异。至少应声明对特定标准的合规情况,以及合规程度(通常有许多合规级别)。对于电源,至少应符合 EMC 以及与安全间距/隔离相关的功能标准的最低要求。请特别注意地区/行业要求。
- 对于要求/声明隔离的电源,其最低要求应在规格表中说明,并明确最大隔离级别和耐受时间。理想情况下,应参考隔离测试参数/等级(包括电阻和电容)和/或标准。
- 一份全面的文档将分享测试数据,或者至少提供一些可以找到此类数据的参考/链接/联系方式。
- 优势:对于隔离电压值(比如 3 kV),如果未指定使用交流还是直流,或者未说明使用时长,就没有意义。同样,数据表中提到符合某一特定标准,但未说明涉及哪个版本或修订版,也没有什么帮助。在声明符合标准或规范时,“旨在满足”和“经过认证”之间也存在很大区别。高质量的数据表将提供来自合规测试的测量数据,特别是在针对不同的合规级别(例如,A 级和 B 级的 EMI 曲线,传导发射和辐射发射)时,要表明符合要求的程度。优质文档还将提供关于如何优化/保持符合标准(根据适用应用/行业)的指导(主要与布局相关)。对于任何勉强合格数据的相关问题,团队的回答一定能提供宝贵的学习经验。
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质量/可靠性数据 |
- 考虑到确定合规所涉及的标准/指南的数量,可能存在很大差异。最低标准通常是规定符合某一标准(例如,MIL-HDBK-217F、IPC-9592)。通常会指定平均故障间隔时间 (MTBF) 规格。请注意,通过选择不同的环境条件,可以非常轻松地操控 MTBF 计算,因此不要只根据 MTBF 小时数选择产品。
- 一份全面的文档将包含测试等级(通常是冲击、振动和电源线抗扰度的最高等级)以及测试设置的详细信息。对计算和演示的 MTBF 均提供了具体数字。
- 优势:优质文档将分享来自测试的详细数据,但这种情况很少见。另一方面,质量/可靠性资源的访问权限和/或讨论结果的能力,以及为减少测试失败而进行更改的能力,可能是最有成效的补充。如下所述,在此处提供热数据非常有用。
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机械数据(不包括热问题) |
- 电源的机械数据至少应包括机械尺寸、重量和材料合规声明(例如,RoHS、WEEE)以及阻燃等级(例如,UL94)。
- 一份全面的文档将提供一个机械图,其中包括电源的等距视图和所有输入/输出连接(电气或其他)的标识。应为任何可安装元器件提供推荐的封装外形和焊接剖面信息。
- 优势:优质文档将包含所有连接器的完整引脚排列信息,适合定向的数据(例如,引脚 1 标记),以及机械公差信息。文档中还将包含包装细节(尺寸和存储信息)。
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热数据(不包括波形系数因素) |
- 电源的最低要求应在规格表中说明,其中包括工作和非工作(例如保存期)环境支持的温度范围的最小值/标称值/最大值。通常附带最大相对湿度 (RH) 规格。
- 一份全面的文档将包含热降额曲线,说明在支持温度范围的极限情况下,如何限制(但仍然可行)输出。
- 优势:优质文档将包含主系统 PCA 两侧的热剖面图(通常是红外相机热图),以识别特定元器件热点,并再次对比不同的负载水平和气流分布图和/或冷却解决方案。
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表 1:电源数据表信息及说明
由于数据表中缺失的内容也能让您获得大量信息,所以一定要询问为何会提供或不提供某些信息。尽管这些问题有时会令人尴尬,但可以快速帮您了解到产品的性能如何,是否有任何细微差别,或值得关注的原因(包括供应问题和现场错误),供应商的条理性如何,沟通透明度如何,以及团队内部的沟通情况如何。
在对多个供应商进行此类分析并开始进行市场调查时,请务必依从分析所产生的数据。市场上是否存在许多与您要寻找的解决方案相同或相似的方案?这背后的理由可能很充分,可以为您提供一些提示…