設計電路電源是購買(mǎi)或外包還是設計

2021-08-24

設計電路電源是購買(mǎi)或外包還是設計

作為工程師，我們一直在決定是購買(mǎi)還是建造。如果我們需要放大器或某種信號處理電路，我們會(huì )尋找具有高級功能、出色性能和合理價(jià)格的現成集成電路 (IC)。但是，如果沒(méi)有明顯的“購買(mǎi)”解決方案，我們會(huì )將我們的電路分成更小的部分，并在更本地化的級別上進(jìn)行設計。但是，我們只會(huì )到此為止；我們不選擇“制造”電阻、電容、晶體管、二極管或芯片；我們使用來(lái)自知名制造商的預制組件，這些組件通過(guò)公認的供應鏈銷(xiāo)售，最好有第二個(gè)或多個(gè)替代來(lái)源。換句話(huà)說(shuō)，我們在最低水平上“購買(mǎi)”，但是，如果我們可以在更高的水平上經(jīng)濟地購買(mǎi)，那么我們就會(huì )這樣做。但是電源呢？

電源 - 初步考慮

電源沒(méi)有什么不同，但可能會(huì )有一些特殊的考慮，因為在許多情況下，如果電源出現故障，那么我們的產(chǎn)品也會(huì )出現故障。當然，對于依賴(lài)中央微處理器或控制器的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)也是如此，但這些產(chǎn)品通常以數百萬(wàn)計的銷(xiāo)售量得到充分證明。它們還非常精確地定義了它們的接口方式以及它們需要什么樣的電壓供應才能發(fā)揮其重要作用。隨著(zhù)電源，用電環(huán)境遠不如某，并與我們產(chǎn)品中的所有其他組件相比，電源可能處理更大的電壓和電流。換句話(huà)說(shuō)，與我們設計的大多數其他部分相比，電源的壓力更大。本文希望解決需要考慮的最相關(guān)問(wèn)題，并在多個(gè)地方采用清單格式供您使用。

現貨供應 (OTS) 電源

如果您能找到看起來(lái)滿(mǎn)足您需求的 OTS 電源，那么您應該在選擇使用它之前考慮以下問(wèn)題的答案：

供電會(huì )可靠嗎？

它會(huì )繼續在預期的極端溫度、輸入電壓和應用負載范圍內運行嗎？（也稱(chēng)為 8 角測試）

它是否有平均故障間隔時(shí)間 (MTBF) 數字來(lái)提供有關(guān)其使用壽命的線(xiàn)索？

MTBF 數字能否通過(guò)部件檢查來(lái)證實(shí)？

電解電容是產(chǎn)品壽命的良好指標

功率二極管及其可能的峰值電路電流可以揭示缺點(diǎn)

連接器的質(zhì)量可以給人一種溫暖的感覺(jué)，即部件將可靠

OTS設計有沒(méi)有可以研究的主控制器IC？

簡(jiǎn)而言之，OTS 供應的外觀(guān)和感覺(jué)是否像是優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品？

供應商是否有可靠性的書(shū)面證據？

數據表是否提供有關(guān)不同類(lèi)型負載條件的信息？

是否提供客戶(hù)反饋信息？

供應商能否提供全面的故障診斷設施？

它在性能和功能方面是否完全適合用途？

是否需要直流輸出電平精度（包括任何漂移）？

直流輸出紋波水平是否可以接受（可能是有關(guān)不同負載情況的信息）？

負載瞬態(tài)響應是否正常？

是否使用限流電路，是否需要折返限流？

你需要它有一個(gè)獨立的二次過(guò)壓crowbar電路嗎？

是否提供輻射和傳導電磁發(fā)射測試圖表和信息？

通過(guò)和失敗之間有多少凈空？

做電磁兼容性（EMC）的測試結果覆蓋一定范圍的功率/負載場(chǎng)景？

該單元對線(xiàn)路瞬變和掉線(xiàn)的恢復能力如何？

在產(chǎn)品的預期生產(chǎn)壽命期間，該裝置是否仍然可用？

是否供應商有著(zhù)良好的口碑，并可以將其數據可以依靠？

可以信任供應商在幾年內不會(huì )使他們的產(chǎn)品過(guò)時(shí)嗎？

如果供應短缺，是否有替代供應商提供的類(lèi)似單位可供切換？

滿(mǎn)足未來(lái)需求所需的備用動(dòng)力儲備是多少？

這里需要進(jìn)行一些猜測，但考慮仍然很重要

該單位是否擁有產(chǎn)品目標市場(chǎng)所需的所有監管批準？

例如，汽車(chē)、醫療或鐵路產(chǎn)品等具有特定的監管批準要求

產(chǎn)品的計劃/期望電路板面積/外殼體積內是否有足夠的空間來(lái)安裝它？

是否需要“模塊”才能將其直接安裝到主印刷電路板 (PCB) 上？

缺點(diǎn)——退貨有問(wèn)題

優(yōu)勢 - 外形更小，成本可能更低

該裝置是否會(huì )干擾電路的其他部分（熱量和噪音）？

是否需要進(jìn)行進(jìn)貨電路測試（從而增加我們的總成本）？

OTS 裝置的價(jià)格是否符合預算要求？

如果上述任何一項未達到您的預期，您可以考慮進(jìn)入下一階段。

更改產(chǎn)品設計以適應 OTS 電源

如果你不能找到一個(gè)OTS電源，你可能需要重新考慮你的方法：

是否可以更改產(chǎn)品設計以使購買(mǎi) OTS 電源可行？

是否可以將一些電源功能下放到主產(chǎn)品 PCB 中？

例如，可以通過(guò)使用不同的運算放大器來(lái)消除負電源軌嗎？

使用簡(jiǎn)單的線(xiàn)性穩壓器能否更輕松地在本地生成某些電源軌？

電路性能能否從更多的負載點(diǎn)方法中受益？

減少單個(gè)電路互連的數量通常被認為是一種好處，因為可以提高整體可靠性，并且“連接子組件”更有可能作為 OTS 項目購買(mǎi)

是否應該使用定制設計的直截了當的單輸出“前端”電源連接到直流穩壓器子組件中？

空間限制可能不允許這樣做

預算限制可能不允許這樣做（另一個(gè)電纜子組件）

如果您可以做出有助于購買(mǎi) OTS 供應的更改，那么您仍然需要返回并檢查上一節中列出的所有 OTS 注意事項。如果您的期望仍未得到滿(mǎn)足，您應該考慮某種形式的定制供應解決方案。

考慮定制供應解決方案

如果您無(wú)法修改您的設計以適合 OTS 電源，您是否承接定制設計的電源？有幾個(gè) OTS 提供商將提供此服務(wù)，但您應該首先考慮以下幾點(diǎn)：

就是花錢(qián)讓供應商“開(kāi)發(fā)解決方案”

這條路線(xiàn)限制了替代產(chǎn)品來(lái)源的可能性（不花更多錢(qián)）

它高度依賴(lài)供應商的持續經(jīng)營(yíng)

是否有可能“獲得”設計的建造權？

供應商的價(jià)格幾乎沒(méi)有杠桿作用（因為它是單一來(lái)源）

電源是否會(huì )保持可靠（與 OTS 評論相同，見(jiàn)上文）？

電源是否仍然適合用途（與 OTS 評論相同）？

誰(shuí)將真正擁有設計？這需要在流程開(kāi)始時(shí)清除

誰(shuí)可以更改設計？

如果發(fā)現某個(gè)特定組件有些脆弱，是否可以影響供應商進(jìn)行更改？

供應商是否會(huì )提供所有設計/組件來(lái)源變更的通知？

您是否仍然擁有分析提議變更的內部能力，您是否了解這意味著(zhù)什么？

可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的內部電路更改嗎？

供應商協(xié)議是否允許這樣做？

任何更改是否會(huì )違反產(chǎn)品保證？

設計是否可以針對某些市場(chǎng)進(jìn)行調整，并且在內部進(jìn)行而不是回到源頭可能更具成本效益？

此解決方案（和開(kāi)發(fā)成本）是否可能滿(mǎn)足預算要求？

如果您的期望仍未得到滿(mǎn)足，那么您應該考慮定制設計解決方案。

定制設計解決方案

使用外部設計專(zhuān)家

應該挑選誰(shuí)，這個(gè)人/當事人是如何確定的？

外部設計承諾和開(kāi)發(fā)成本是多少？

你有什么信心他們說(shuō)他們知道和他們能做的是現實(shí)的？

可以依靠它們來(lái)提供良好的電源設計嗎？

他們是否因此類(lèi)工作而獲得了良好的聲譽(yù)？

這個(gè)階段會(huì )增加整體產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間跨度嗎？

是否定義了商定的里程碑并確定了原型可交付成果？

監管/批準/代理成本是否已知？外部設計師不太可能愿意保證這些成本，因此需要知道如何確保成本不會(huì )因外部設計師的錯誤而螺旋式失控？

外部生成的設計信息是否允許支持未來(lái)的更改？

這些文檔是否與任何內部 ECAD 軟件兼容？

外部設計師需要的輸出文件是否已確定？

隨著(zhù)設計的發(fā)展，是否可以分析潛在的組件過(guò)時(shí)問(wèn)題？

換句話(huà)說(shuō)，與外部人員/派對一起工作有多容易？

隨著(zhù)設計的發(fā)展，是否可以分析潛在的單位成本？

這條路線(xiàn)是否可能產(chǎn)生滿(mǎn)足預算要求的解決方案？

應該“管理”外部設計師的進(jìn)度，并且從一開(kāi)始就應該就他們采取的路線(xiàn)達成一致。這稱(chēng)為“項目管理”，通常，對于外部設計人員，這不如管理“內部”資源有效。下一節中列出的大部分要點(diǎn)也適用，因為無(wú)論您如何看待它，您（作為您產(chǎn)品的賣(mài)家）都對設計負有法律責任，除非您外包此功能，否則您“成為”設計當局。

使用內部資源設計解決方案？

是否提供芯片供應商參考設計？

這些天它們很常見(jiàn)，所以使用它們（至少作為起點(diǎn)）

參考設計也可以仿真嗎？有模型嗎？

有評估板嗎？

這些也很常見(jiàn)，但如果不是，請根據參考設計構建原型

IC 供應商是否提供可以使用的在線(xiàn)工具？

這通常是可用但需要研究的東西

這將為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)增加多長(cháng)時(shí)間？

是否有足夠的內部設計資源可用（某些功能可以分包）？

模擬和電路設計專(zhuān)業(yè)知識？

仿真專(zhuān)業(yè)知識（電路、噪聲和蒙特卡羅分析）？

磁性專(zhuān)業(yè)知識 - 如果需要，可以設計變壓器嗎？

PCB專(zhuān)業(yè)知識？

EMC 專(zhuān)業(yè)知識？

失效模式和影響分析 (FMEA) 技能？

可靠性和MTBF分析技巧？

是否提供內部設計設施？

您是否需要雇用在內部工作的人？

電子計算機輔助設計 (ECAD) 軟件是否可用于原理圖和 PCB 布局？

您需要購買(mǎi)/租用測試設備嗎？

是否有適合浸泡測試和 8 角測試的環(huán)境室？

是否了解法律要求？

是否需要額外培訓？

監管/批準/機構測試/認證成本是否已知？

內部質(zhì)量體系是否足夠？

是否完全定義了設計輸入要求？

你知道如何驗證設計嗎？

您知道如何驗證設計嗎？

你能尋求第二個(gè)設計意見(jiàn)（通常是個(gè)好主意）嗎？

是否已識別并考慮了所有故障模式？

您是否分析了潛在的組件過(guò)時(shí)情況？

哪些重要部分有第二來(lái)源，哪些沒(méi)有？

這條路線(xiàn)是否可能產(chǎn)生滿(mǎn)足預算要求的解決方案？

如果你已經(jīng)到了這一步，你必須問(wèn)自己這個(gè)問(wèn)題；可預見(jiàn)的產(chǎn)品數量是否證明了內部設計及其與非經(jīng)常性費用 (NRE) 和工程工作相關(guān)的所有內容的合理性？除了內部設計之外，沒(méi)有其他方法可以解決這個(gè)問(wèn)題嗎？

我們提到這一點(diǎn)是因為進(jìn)行電源設計并不是一個(gè)廉價(jià)的過(guò)程。有很多隱藏的成本；監管/審批/代理成本是比較突出的領(lǐng)域。

隱性成本

做出購買(mǎi)而不是建造的錯誤決定

這可能是最不可能發(fā)生的情況，但是當您沒(méi)有正確地將產(chǎn)品的技術(shù)要求與所考慮的電源保持一致時(shí)，它可能并且將會(huì )發(fā)生。如果您誤解了您的市場(chǎng)并發(fā)現電源不適合在某些國家/地區使用，也會(huì )發(fā)生這種情況。這些國家/地區的交流電源可能會(huì )出現相當大的中斷，并且在很長(cháng)一段時(shí)間內都在低于“通用”公認的 85 伏特和 47 赫茲交流電下限的情況下運行。某些地區的三相電源可能會(huì )出現嚴重的不平衡，以至于對于所使用的單相電源，可能會(huì )長(cháng)時(shí)間存在超過(guò) 265 伏的交流電。

天真地相信供應商的聲譽(yù)：

當您真的應該問(wèn)這個(gè)問(wèn)題時(shí)，沒(méi)有閱讀細節并假設規范看起來(lái)不錯：供應商 A 的數據表沒(méi)有告訴您供應商 B 的數據表確實(shí)告訴您的是什么？

進(jìn)行數據表比較，并制定評分矩陣

成為一名偵探并調查

在您承諾使用 OTS 產(chǎn)品之前，請第二個(gè)人審查您的技術(shù)推理

執行您自己的內部測試以驗證您的最佳候選產(chǎn)品的數據表

低估了你的要求。如果您發(fā)現之前可接受的紋波電壓會(huì )導致產(chǎn)品性能下降，則可能很難在額外的濾波中強行插入。此外，OTS 供應商可能不會(huì )有興趣幫助您糾正這些問(wèn)題。

在當天晚些時(shí)候發(fā)現您實(shí)際上需要一個(gè)獨立的輸出過(guò)壓保護電路（又名撬棍電路）可能會(huì )令人尷尬和尷尬?；蛘?，在已經(jīng)做出 OTS 決定的情況下，發(fā)現來(lái)自被移除負載的反沖瞬變會(huì )導致輸出電壓毛刺損壞您珍貴（且昂貴）的硅，這并不好。

做出錯誤的決定是建造而不是購買(mǎi)

這就是事情可能會(huì )出現嚴重錯誤的地方，例如，在估算代理/批準成本或私人 EMC 測試成本時(shí)，幾乎總是會(huì )出錯。您之前可能因為成本而決定建造；我們不要忘記這一點(diǎn)。我們也不要忘記，出于成本考慮，您選擇不向定制電源供應商提供資金（它可以為您提供具有可接受的性能、文檔和支持的產(chǎn)品）。金錢(qián)通常是這個(gè)決定背后的驅動(dòng)力。

您選擇了技術(shù)上更具挑戰性的路線(xiàn)，如果您的設計未能通過(guò)代理或私人測試，您將不得不在解決問(wèn)題后再次花費相同的錢(qián)進(jìn)行重新測試。如果在一天結束時(shí)，機構和私人測試的成本比您最初估計的高出三倍，這是否會(huì )使走“自己設計”路線(xiàn)看起來(lái)是一個(gè)錯誤的決定？換句話(huà)說(shuō)，在選擇設計路線(xiàn)時(shí)，請確保您有一個(gè)非常好的案例來(lái)證明它的合理性。

在采用設計路線(xiàn)時(shí)，還有很多其他隱藏成本。最明顯和最常被踐踏的是時(shí)間尺度；到達你想去的地方幾乎總是比你最初估計的要花更長(cháng)的時(shí)間。你不會(huì )孤單；這是一個(gè)司空見(jiàn)慣的問(wèn)題。但是，如果您的構建決定是基于滿(mǎn)足緊迫的時(shí)間表（因此開(kāi)發(fā)成本低），您可能會(huì )選擇重新考慮該決定。

不像你想象的那樣成為設計專(zhuān)家也是一個(gè)問(wèn)題。低估性能目標的可實(shí)現程度，然后不得不聘請合同設計人員來(lái)熟練地完成工作并非聞所未聞——這會(huì )增加成本。

沒(méi)有正確檢查設計中的關(guān)鍵組件可能比預期更早地過(guò)時(shí)也是行業(yè)中經(jīng)常出現的問(wèn)題。在進(jìn)行設計時(shí)，盡量確保任何關(guān)鍵的單一來(lái)源組件都可以輕松更換（當然，只需少量額外的設計工作），而無(wú)需進(jìn)行大規模的重新設計。當然，說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難，但如果您有條不紊地著(zhù)手設計并為額定功率選擇“正確”的電路拓撲，事情就會(huì )變得更容易。

將此與最初是反激式拓撲但演變（由于需求變化）的設計相比，正向轉換器本來(lái)是更好的初始選擇。您可能很幸運，原始的反激式控制器芯片可以被推向例如 200 瓦。但是，如果該芯片過(guò)時(shí)，則可能很難找到替代方案——這可能意味著(zhù)將設計重新設計為需要完全不同電路的不同拓撲結構。您幾乎要從頭開(kāi)始，這需要您讓整個(gè)產(chǎn)品再次通過(guò)所有昂貴的認證和測試。