制造或购买电源?不要只考虑物料清单成本

2017年6月22日 作者:Aaron Yarnell

制造或购买电源?不要只考虑物料清单成本

降低成本和减小尺寸是所有原始设备制造商设计团队面对的关键问题。针对物料清单 (BOM),可以通过由内部人员设计电源等组件来节省成本。毕竟,现成的解决方案需要更高成本。如果需要大量终端产品,则这种情况似乎具有说服力。

另一方面,将电源尺寸最小化的难度较大。这要求内部团队核心能力以外的知识,可能需要成本更高、产品其他部分不需要的 PCB 组件(如附加层和较重的铜)。

提出内部设计和独立支持的其他方面更复杂,成本更高。可能需要特殊设备进行测试,如高质量电子负载。设计团队还必须确保满足 IEC 60950-1 等安全规范以及用于医疗设备的 IEC 60601-1 等特定市场规范。电源制造商协会 (PSMA)(CUI 是其成员)最近刚刚发布安全和合规数据库以解决这一问题,CUI 已发布适用安全标准、机构和标记的下载指南。电源功效还可大大影响产品对于生态设计法规的合规性,如欧盟对于 LED 照明、白色家电和机顶盒等产品的基本要求。此外,客户将需要可靠信息,如果产品提供保修,则应涵盖电源部件。

绝非易事

如果系统仅需要小型 AC-DC 电源DC-DC 转换器来提供较小功率,可直接集成至系统 PCB,这样势必会与系统电路其他部分争夺空间。变压器和电解电容器等部件相对较大且笨重,难以集中。如果整个 PCB 仅在一侧安装组件,则分立式电源解决方案将需要扩展并占据宝贵的 PCB 空间。

当然 PCB 的正确布局不仅可影响电源尺寸,还是最小化高频开关噪声、确保正确的散热管理、符合隔离距离等适用安全要求的关键。

为解决这些问题,参考指定电源组件供应商的设计,确保快速可靠的解决方案。电源组件供应商擅长熟练指定通用物料清单,提出建议和最佳设计实践,以满足各类系统的基本要求。但是,每种应用都有所不同,原始设备制造商团队指定的电源设计人员可能不得不偏离参考设计,以满足应用特定的性能需求、空间限制、散热或 EMI 要求。这样会增加项目的时间和成本,导致分立式电源依然无法达到预想的性能。

例如,新应用可能只需要两层 PCB 加 1 盎司铜,但是所选分立式电源解决方案的参考设计建议适用 4 层2 盎司铜。这一选择使整个应用电路板的 PCB 层数和铜的重量加倍,造成设计成本显著增加。此外,仔细再现制造商推荐的电源平面布局和分立组件走线需要花费较长时间。

现成设计的优点

相比之下,预先设计好的功率模块可使工程师拥有两者的优势,他们可采用最少的层数和最少量的铜设计系统 PCB,同时利用功率模块简化和优化功率转换需求。工程师现在不需要花费时间评估不同分立组件供应商的产品和参考设计、铺设功率层、保持反馈循环紧密和安静、保证电源开关不接近敏感的模拟电路,他们现在只需要选择适当尺寸的预先设计好的功率模块,这些功率模块已经过优化,占据最小的电路板空间,这样他们就能专注于设计相关的其他工作。

分立式和模块化电源解决方案占用的电路板空间示例
分立式和模块化电源解决方案占用的电路板空间示例

与定制内部电源不同,现成模块已根据国际安全和 EMI 标准进行了测试、质量检查和预认证。通过选择预认证功率模块,可加速终端应用的认证流程。还可随时使用可靠数据,由于是质保产品,因此该模块可减少原始设备制造商的客户支持总成本。

举例来说,CUI PBO-5 系列 5 瓦特 AC-DC 转换器为可用板上安装模块,可显著节省原始设备制造商的开发时间以及工程支持成本。这些单列直插式封装 (SIP) 模块可最大程度节省 PCB 空间,经过 UL 和 EC 认证,提供的安全功能包括 3 kVac 隔离电压、短路及过流保护。

CUI 的 5 W PBO 系列 AC-DC 功率模块利用 Z 轴,极大减少了电路板空间。
CUI 的 5 W PBO 系列 AC-DC 功率模块利用 Z 轴,极大减少了电路板空间。

尽管在某些情况下,电源设计的低复杂性以及预计的高产量可证明分立式电源设计的合理性,但是工程师在考虑性能、可靠性、上市时间、安全、认证及支持等关键因素后,仍然更趋向于预先设计好的功率模块解决方案。在内部为您的产品设计电源确实可能会从物料清单中节省几美元,但是会增加设计风险和开发时间。

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Aaron Yarnell

Aaron Yarnell

现场应用工程经理

作为电力设计工程师,Aaron Yarnell 拥有近 15 年的电子行业从业经验,其工作涉及范围广泛的产品技术,负责范围从产品设计和开发到现场应用支持、制造、技术写作等。经过 MBA 学习后,Aaron 对于其职责相关的业务领域有了更深入的了解。除了在专业方面的荣誉外,Aaron 还前往俄勒冈海岸,与家人、朋友度过美好时光,追逐梦想,合作完成有趣的项目。

 
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