外部AC / DCアダプターがほとんどの場合単一電源レールであるのはなぜですか？

内部で複数の電圧レールを必要とする製品がある場合、外部電源が単一のレールのみをソースするのはなぜ意味があるのですか？

たとえば、次のDC電源レールを内部で必要とする製品がある場合

• 5V @ 2A、10W
• 3V3 @ 4A、13W
• 1V8 @ 4A、7W

外部AC / DCアダプターがある場合、製品内の3つのDC / DCコンバーターを使用して電圧をさらに下げる必要がある場合に、アダプター内で単一の高い電圧（24VDC @ 1.25A、30W）を生成する理由は何ですか。 ？

2ステージレギュレーションのメリットは次のとおりです。-2つのフィルターステージによるラインレギュレーションの向上-導体が少ないためDC電源入力プラグ/ソケットとケーブルのコストが低い-DC電源入力プラグ/ソケットとケーブルのコストが低いため電流定格-供給と負荷が同じ場所にあるため、ライン/負荷レギュレーションが向上します。
-ケーブル内の単一電圧によるノイズクロスカップリングの低減

単一ステージの外部レギュレーションのメリットは、次のとおりです。-1つのレギュレータステージの削除によるBoMコストの削減-1つのレギュレータステージの削除による電力効率の向上-1つのレギュレータステージの削除による熱性能の向上-すべてのレギュレータの損失は、製品-（製品内の）レギュレーターの削除により製品サイズが縮小

他に見逃したことはありますか？

製品の主な設計上の制約がサイズと熱放散である場合、なぜこれが論理的な選択ではないのですか？

これには多くの理由があり、常に明白であるとは限りません。

数年前は、電源が複数のレールを出力することが一般的でした。通常は+ 12、+ 5、および-12vですが、他のバリエーションも一般的でした。通常、ほとんどの電力は+ 5vレールで利用できました。+ 12vの電力量は2番目に大きかった。そして、通常、-12vが最も少なかった。

しかし、デジタルロジックがより低い電圧で動作し始めると、いくつかの興味深いことが起こりました。

最大のものは、電流が上がったことです。大きな驚きはありません。12Vで12ワットはちょうど1アンペアです。しかし、1vで12ワットには12アンペアが必要です！最近のIntel CPUでは、1ボルト近くのどこかで50以上のアンペアが必要になる場合があります。しかし、電流が増加すると、ワイヤの電圧降下も増加するため、電力が浪費されます。電源が1〜2フィートのケーブルの端にある場合、電源が負荷のすぐ隣にある場合と比較して、電力損失が大きくなります。また、ケーブルの誘導効果により、電圧レギュレーションが厳しくなると問題がさらに大きくなります。したがって、適切なことは、AC / DC電源からより高い電圧を取り出し、それを負荷でより低い電圧に調整することです。業界は+ 12vをより高い配電電圧として使用しているようです。

もう1つは、PCBに必要な電源レールの数が多くなったことです。私が設計した最近のシステムには、+ 48v、+ 15、+ 12、+ 6、+ 3.3、+ 2.5、+ 1.8、+ 1.5、+ 1.2、+ 1.0、および-15vのレールがあります。それは11本のパワーレールです！それらの多くはアナログ回路用でしたが、そのうちの6つはデジタルロジックのみ用でした。そして、新しいチップが開発されるにつれて、電源レールの数は増加し、電圧は減少しています。

これがAC / DC電源業界に行ったことは、単一の出力レールを備えた電源で標準化されていること、そしてそのレールは通常+ 12v、+ 24v、または+ 48v--であり、+ 12vが最も一般的です。誰もがPCBでローカルDC / DCコンバーターを使い始め、ほとんどが+ 12vを取り入れたので、これは最も理にかなっています。また、大量の供給が行われているため、+ 12v出力の単一の供給は、他のどの供給よりも入手が容易で安価です。

もちろん、無視すべきではない他の要因があります。しかし、それらの影響を説明することにあまり同意しないことは困難です。以下で簡単に触れます...

PS会社が製造するレールを決定する必要がある場合、それらは非常に多くのバリエーションになり、カスタムサプライを構築する可能性があります。単一の出力を備えた一般的な電圧のカップルで標準化しない限り。

PSに複数の出力がある場合、各出力に供給される電流は通常間違っています。+ 5、+ 12、および-12の電源だけでも、ほとんどの電流は+ 5vレールを流れていました。しかし、今日はすべての下流の負荷供給ポイントのため、+ 12vレール上にあります。電力がさまざまなレールに分配される方法のバリエーションをすでに巨大な電圧オプションに追加します。単純な3出力電源の場合、電源の構成方法に数百または数千のバリエーションが簡単に生じる可能性があります。

供給を構築するとき、量は重要です。あなたが作るほど、彼らはより安くなることができます。サプライのバリエーションが100個ある場合、1つのバリエーションのボリュームを100で割ったことになります。これは、コストが大幅に増加したことを意味します。ただし、4つのバリエーションを作成する場合、ボリュームは高く維持され、コストは低くなります。

大量生産品となる特定のニーズがある場合は、完全にカスタム供給するのが一般的です。この場合、多出力電源が有効です。

複数の出力電源は1つのレールのみを調整する傾向があり、他のレールがその1つを追跡できるようにし、より緩い調整仕様にします。これは一部の人にとっては問題ではないかもしれませんが、現代のデジタルロジックで使用されている低電圧レールの場合、これはキラーになる可能性があります。

さあ、これで終わりです。シングルレール電源は、技術の進歩、オームの法則、および経済性により、ますます人気が高まっています。

更新：私は電源装置全般について話していました。同じ基本概念が内部電源と外部電源の両方に適用されます。

まず、24 Vから5 Vに安定化するには、スイッチング調整が必要です。場合によっては、はるかに小さな電圧降下を要求する線形調整が必要です。

5、3.3、および1.8 V出力の電源があまり見られない理由については、例を挙げれば、多くの理由があります。

• 値は一般的ですが、厳密には標準ではありません。他の誰かが1.2 Vレールまたは1.5 Vレールを追加したい場合はどうなりますか？

  最も一般的な10のレール電圧をカバーし、可能なすべての組み合わせを提供する電源ラインを設計する場合は、次のようになります。

  • シングル電圧レール：10の選択肢
  • 任意の2つの電圧レール：45の選択肢
  • 任意の3つ：120の選択肢
  • 任意の4つ：210の選択肢
  • 任意の5：252の選択肢
  • 任意6：210の選択肢
  • 任意の7：120の選択肢
  • 任意の 8：45の選択肢
  • 10レールオプションの 9：10の選択肢
  • 全部で10個：1つの選択肢

  それは1,023の選択肢です！（2 ^N -1、ここではN = 10）

  メーカーの立場に身を置く。

  あなたの課題：簡単に自動化できない方法が異なる1000を超える大きな製品を作りましょう。入力パラメーターを取り、ボードレイアウトとBOMを吐き出すソフトウェアを設計することもできますが、オプションを検討するために、いくつかの貧しいエンジニアに支払う方がおそらく安上がりです。

  これらの千以上の電源装置は、サプライチェーンによって出荷、ストック、再出荷される必要があります。

  一部の商品は他の商品よりも人気があるため、多くの場合在庫切れになり、在庫があると棚スペースが大量に消費されるため、2倍の費用がかかり、需要がさらに減少し、コストが増加します。 、それは...

  レール電圧の一部の組み合わせは非常に人気がないため、どの配電業者もそれらを在庫に入れないため、オンデマンドでのみ提供する必要があります。これは事実上カスタム製造です。つまり、顧客が自分で製造するのにかかるコストよりも多くの費用を顧客に請求する必要があります。

  結局、あなたは廃業します。

  上記のNを減らすと、在庫するアイテムの数を大幅に減らすことができます。ではN = 5レールの選択肢、あなただけの31個の異なる製品を設計、構築、配布、および再船する必要があります。しかし、今では多くの望ましい選択肢を逃しているため、1から3のレールの組み合わせのみを出荷する競合他社の大部分よりもほとんど利益はありませんが、コストが高くなるため、再びビジネスから撤退します。

• オフボード電源に必要なレールがあれば、お金を節約することについて話しますが、実際にはお金を節約するわけではありません。目的のレールを提供するには、レギュレーターが必要です。彼らは今、電源の中に住んでいます。

  これが問題ではないと思われる場合は、規制されている電源と規制されていない電源の価格を比較してください。規制されていない一般的な壁いぼは約6ドルかかりますが、規制されたバージョンでは2倍以上になる可能性があります。

• レギュレータを電源内に配置すると、負荷の点から遠くなり、IRドロップに対処する必要があります。これは、電流が高くなると大きな問題になる可能性があります。電圧が低くなるとよく発生します。負荷ポイントの近くで調整する方がはるかに優れています。

複数の異なる電源レールを必要とするものを設計している場合、直感的にすべての電源回路を1つの外部電源から給電するように駆動されます。

主な理由は、プロトタイプに給電する3つまたは4つの電源装置を設計する際の手間を省くためです。他の理由もあります：-

1. ターゲット製品内で制御する必要がある電源タイミングの問題がある可能性があります
2. EMC-おそらく、1つの供給電源で規制を満たすように設計する方がはるかに簡単
3. ケーブルとコネクタは信頼性の低下の原因であり、単一の電源を使用すると、システム全体としての信頼性が向上します。

既製の壁いぼを見つけるのもおそらく簡単です。