设计电路电源是购买或外包还是设计

2021-08-24

设计电路电源是购买或外包还是设计

作为工程师，我们一直在决定是购买还是建造。如果我们需要放大器或某种信号处理电路，我们会寻找具有高级功能、出色性能和合理价格的现成集成电路 (IC)。但是，如果没有明显的“购买”解决方案，我们会将我们的电路分成更小的部分，并在更本地化的级别上进行设计。但是，我们只会到此为止；我们不选择“制造”电阻、电容、晶体管、二极管或芯片；我们使用来自知名制造商的预制组件，这些组件通过公认的供应链销售，最好有第二个或多个替代来源。换句话说，我们在最低水平上“购买”，但是，如果我们可以在更高的水平上经济地购买，那么我们就会这样做。但是电源呢？

电源 - 初步考虑

电源没有什么不同，但可能会有一些特殊的考虑，因为在许多情况下，如果电源出现故障，那么我们的产品也会出现故障。当然，对于依赖中央微处理器或控制器的产品来说也是如此，但这些产品通常以数百万计的销售量得到充分证明。它们还非常精确地定义了它们的接口方式以及它们需要什么样的电压供应才能发挥其重要作用。随着电源，用电环境远不如某，并与我们产品中的所有其他组件相比，电源可能处理更大的电压和电流。换句话说，与我们设计的大多数其他部分相比，电源的压力更大。本文希望解决需要考虑的最相关问题，并在多个地方采用清单格式供您使用。

现货供应 (OTS) 电源

如果您能找到看起来满足您需求的 OTS 电源，那么您应该在选择使用它之前考虑以下问题的答案：

供电会可靠吗？

它会继续在预期的极端温度、输入电压和应用负载范围内运行吗？（也称为 8 角测试）

它是否有平均故障间隔时间 (MTBF) 数字来提供有关其使用寿命的线索？

MTBF 数字能否通过部件检查来证实？

电解电容是产品寿命的良好指标

功率二极管及其可能的峰值电路电流可以揭示缺点

连接器的质量可以给人一种温暖的感觉，即部件将可靠

OTS设计有没有可以研究的主控制器IC？

简而言之，OTS 供应的外观和感觉是否像是优质产品？

供应商是否有可靠性的书面证据？

数据表是否提供有关不同类型负载条件的信息？

是否提供客户反馈信息？

供应商能否提供全面的故障诊断设施？

它在性能和功能方面是否完全适合用途？

是否需要直流输出电平精度（包括任何漂移）？

直流输出纹波水平是否可以接受（可能是有关不同负载情况的信息）？

负载瞬态响应是否正常？

是否使用限流电路，是否需要折返限流？

你需要它有一个独立的二次过压crowbar电路吗？

是否提供辐射和传导电磁发射测试图表和信息？

通过和失败之间有多少净空？

做电磁兼容性（EMC）的测试结果覆盖一定范围的功率/负载场景？

该单元对线路瞬变和掉线的恢复能力如何？

在产品的预期生产寿命期间，该装置是否仍然可用？

是否供应商有着良好的口碑，并可以将其数据可以依靠？

可以信任供应商在几年内不会使他们的产品过时吗？

如果供应短缺，是否有替代供应商提供的类似单位可供切换？

满足未来需求所需的备用动力储备是多少？

这里需要进行一些猜测，但考虑仍然很重要

该单位是否拥有产品目标市场所需的所有监管批准？

例如，汽车、医疗或铁路产品等具有特定的监管批准要求

产品的计划/期望电路板面积/外壳体积内是否有足够的空间来安装它？

是否需要“模块”才能将其直接安装到主印刷电路板 (PCB) 上？

缺点——退货有问题

优势 - 外形更小，成本可能更低

该装置是否会干扰电路的其他部分（热量和噪音）？

是否需要进行进货电路测试（从而增加我们的总成本）？

OTS 装置的价格是否符合预算要求？

如果上述任何一项未达到您的预期，您可以考虑进入下一阶段。

更改产品设计以适应 OTS 电源

如果你不能找到一个OTS电源，你可能需要重新考虑你的方法：

是否可以更改产品设计以使购买 OTS 电源可行？

是否可以将一些电源功能下放到主产品 PCB 中？

例如，可以通过使用不同的运算放大器来消除负电源轨吗？

使用简单的线性稳压器能否更轻松地在本地生成某些电源轨？

电路性能能否从更多的负载点方法中受益？

减少单个电路互连的数量通常被认为是一种好处，因为可以提高整体可靠性，并且“连接子组件”更有可能作为 OTS 项目购买

是否应该使用定制设计的直截了当的单输出“前端”电源连接到直流稳压器子组件中？

空间限制可能不允许这样做

预算限制可能不允许这样做（另一个电缆子组件）

如果您可以做出有助于购买 OTS 供应的更改，那么您仍然需要返回并检查上一节中列出的所有 OTS 注意事项。如果您的期望仍未得到满足，您应该考虑某种形式的定制供应解决方案。

考虑定制供应解决方案

如果您无法修改您的设计以适合 OTS 电源，您是否承接定制设计的电源？有几个 OTS 提供商将提供此服务，但您应该首先考虑以下几点：

就是花钱让供应商“开发解决方案”

这条路线限制了替代产品来源的可能性（不花更多钱）

它高度依赖供应商的持续经营

是否有可能“获得”设计的建造权？

供应商的价格几乎没有杠杆作用（因为它是单一来源）

电源是否会保持可靠（与 OTS 评论相同，见上文）？

电源是否仍然适合用途（与 OTS 评论相同）？

谁将真正拥有设计？这需要在流程开始时清除

谁可以更改设计？

如果发现某个特定组件有些脆弱，是否可以影响供应商进行更改？

供应商是否会提供所有设计/组件来源变更的通知？

您是否仍然拥有分析提议变更的内部能力，您是否了解这意味着什么？

可以进行简单的内部电路更改吗？

供应商协议是否允许这样做？

任何更改是否会违反产品保证？

设计是否可以针对某些市场进行调整，并且在内部进行而不是回到源头可能更具成本效益？

此解决方案（和开发成本）是否可能满足预算要求？

如果您的期望仍未得到满足，那么您应该考虑定制设计解决方案。

定制设计解决方案

使用外部设计专家

应该挑选谁，这个人/当事人是如何确定的？

外部设计承诺和开发成本是多少？

你有什么信心他们说他们知道和他们能做的是现实的？

可以依靠它们来提供良好的电源设计吗？

他们是否因此类工作而获得了良好的声誉？

这个阶段会增加整体产品开发的时间跨度吗？

是否定义了商定的里程碑并确定了原型可交付成果？

监管/批准/代理成本是否已知？外部设计师不太可能愿意保证这些成本，因此需要知道如何确保成本不会因外部设计师的错误而螺旋式失控？

外部生成的设计信息是否允许支持未来的更改？

这些文档是否与任何内部 ECAD 软件兼容？

外部设计师需要的输出文件是否已确定？

随着设计的发展，是否可以分析潜在的组件过时问题？

换句话说，与外部人员/派对一起工作有多容易？

随着设计的发展，是否可以分析潜在的单位成本？

这条路线是否可能产生满足预算要求的解决方案？

应该“管理”外部设计师的进度，并且从一开始就应该就他们采取的路线达成一致。这称为“项目管理”，通常，对于外部设计人员，这不如管理“内部”资源有效。下一节中列出的大部分要点也适用，因为无论您如何看待它，您（作为您产品的卖家）都对设计负有法律责任，除非您外包此功能，否则您“成为”设计当局。

使用内部资源设计解决方案？

是否提供芯片供应商参考设计？

这些天它们很常见，所以使用它们（至少作为起点）

参考设计也可以仿真吗？有模型吗？

有评估板吗？

这些也很常见，但如果不是，请根据参考设计构建原型

IC 供应商是否提供可以使用的在线工具？

这通常是可用但需要研究的东西

这将为产品开发增加多长时间？

是否有足够的内部设计资源可用（某些功能可以分包）？

模拟和电路设计专业知识？

仿真专业知识（电路、噪声和蒙特卡罗分析）？

磁性专业知识 - 如果需要，可以设计变压器吗？

PCB专业知识？

EMC 专业知识？

失效模式和影响分析 (FMEA) 技能？

可靠性和MTBF分析技巧？

是否提供内部设计设施？

您是否需要雇用在内部工作的人？

电子计算机辅助设计 (ECAD) 软件是否可用于原理图和 PCB 布局？

您需要购买/租用测试设备吗？

是否有适合浸泡测试和 8 角测试的环境室？

是否了解法律要求？

是否需要额外培训？

监管/批准/机构测试/认证成本是否已知？

内部质量体系是否足够？

是否完全定义了设计输入要求？

你知道如何验证设计吗？

您知道如何验证设计吗？

你能寻求第二个设计意见（通常是个好主意）吗？

是否已识别并考虑了所有故障模式？

您是否分析了潜在的组件过时情况？

哪些重要部分有第二来源，哪些没有？

这条路线是否可能产生满足预算要求的解决方案？

如果你已经到了这一步，你必须问自己这个问题；可预见的产品数量是否证明了内部设计及其与非经常性费用 (NRE) 和工程工作相关的所有内容的合理性？除了内部设计之外，没有其他方法可以解决这个问题吗？

我们提到这一点是因为进行电源设计并不是一个廉价的过程。有很多隐藏的成本；监管/审批/代理成本是比较突出的领域。

隐性成本

做出购买而不是建造的错误决定

这可能是最不可能发生的情况，但是当您没有正确地将产品的技术要求与所考虑的电源保持一致时，它可能并且将会发生。如果您误解了您的市场并发现电源不适合在某些国家/地区使用，也会发生这种情况。这些国家/地区的交流电源可能会出现相当大的中断，并且在很长一段时间内都在低于“通用”公认的 85 伏特和 47 赫兹交流电下限的情况下运行。某些地区的三相电源可能会出现严重的不平衡，以至于对于所使用的单相电源，可能会长时间存在超过 265 伏的交流电。

天真地相信供应商的声誉：

当您真的应该问这个问题时，没有阅读细节并假设规范看起来不错：供应商 A 的数据表没有告诉您供应商 B 的数据表确实告诉您的是什么？

进行数据表比较，并制定评分矩阵

成为一名侦探并调查

在您承诺使用 OTS 产品之前，请第二个人审查您的技术推理

执行您自己的内部测试以验证您的最佳候选产品的数据表

低估了你的要求。如果您发现之前可接受的纹波电压会导致产品性能下降，则可能很难在额外的滤波中强行插入。此外，OTS 供应商可能不会有兴趣帮助您纠正这些问题。

在当天晚些时候发现您实际上需要一个独立的输出过压保护电路（又名撬棍电路）可能会令人尴尬和尴尬。或者，在已经做出 OTS 决定的情况下，发现来自被移除负载的反冲瞬变会导致输出电压毛刺损坏您珍贵（且昂贵）的硅，这并不好。

做出错误的决定是建造而不是购买

这就是事情可能会出现严重错误的地方，例如，在估算代理/批准成本或私人 EMC 测试成本时，几乎总是会出错。您之前可能因为成本而决定建造；我们不要忘记这一点。我们也不要忘记，出于成本考虑，您选择不向定制电源供应商提供资金（它可以为您提供具有可接受的性能、文档和支持的产品）。金钱通常是这个决定背后的驱动力。

您选择了技术上更具挑战性的路线，如果您的设计未能通过代理或私人测试，您将不得不在解决问题后再次花费相同的钱进行重新测试。如果在一天结束时，机构和私人测试的成本比您最初估计的高出三倍，这是否会使走“自己设计”路线看起来是一个错误的决定？换句话说，在选择设计路线时，请确保您有一个非常好的案例来证明它的合理性。

在采用设计路线时，还有很多其他隐藏成本。最明显和最常被践踏的是时间尺度；到达你想去的地方几乎总是比你最初估计的要花更长的时间。你不会孤单；这是一个司空见惯的问题。但是，如果您的构建决定是基于满足紧迫的时间表（因此开发成本低），您可能会选择重新考虑该决定。

不像你想象的那样成为设计专家也是一个问题。低估性能目标的可实现程度，然后不得不聘请合同设计人员来熟练地完成工作并非闻所未闻——这会增加成本。

没有正确检查设计中的关键组件可能比预期更早地过时也是行业中经常出现的问题。在进行设计时，尽量确保任何关键的单一来源组件都可以轻松更换（当然，只需少量额外的设计工作），而无需进行大规模的重新设计。当然，说起来容易做起来难，但如果您有条不紊地着手设计并为额定功率选择“正确”的电路拓扑，事情就会变得更容易。

将此与最初是反激式拓扑但演变（由于需求变化）的设计相比，正向转换器本来是更好的初始选择。您可能很幸运，原始的反激式控制器芯片可以被推向例如 200 瓦。但是，如果该芯片过时，则可能很难找到替代方案——这可能意味着将设计重新设计为需要完全不同电路的不同拓扑结构。您几乎要从头开始，这需要您让整个产品再次通过所有昂贵的认证和测试。