Enerji, Şalt, Enerji Kalitesi, Pano, Trafo, Kablo, Motor, Kesintisiz Güç Kaynağı, Topraklama, Aydınlatma, Test-Ölçüm, Elektrik Proje-Taahhüt, Elektronik, dergi

DC-DC GÜÇ ÇEVİRİCİ MODÜLLER

Değişik faktörler gözönüne alınınca DC-DC çeviricilerin tasarımı veya alımı hiç bir zaman kolay olmamıştır. Maliyeti ucuz yeni nesil güç modülleri daha düşük güç uygulamalarının ihtiyacını karşılamaktadır.

Yeni ürününüz bir işlemci gerektirdiğinde tasarlamayı ve bu tasarım için milyarlarca transistör için alan bulmayamı çalışacaksınız? 100 mW lık dirençi SOIC-8 paketindemi alacaksınız? Bunlar uç örnekler olup fakat modül alıp yada değişik devre elemanları ile tasarım yapma kararının zorluğunu açıklarlar. Özellikle boyutları, dağıtımı, yalıtımı, EMC ve elektriksel performans speklerinin kombinasyonu düşünüldüğünde çeviricilerin kullanımı için karar vermek kolay değildir. Modül satınalma görüşü yüksek güç seviyelerinde daha kolaydır. Dağıtılmış güç uygulamaları için “teknoloji harikası” toplu çeviriciler, 600Wlık çıkış voltatjını küçük boyutta 14 katlı yüksek bakır içeren board ile başarırlar. Anakartta aynı performansı ayrık elementlerle tamamlamak oldukça zor olacaktır. Örnek olarak düşük güçlerde 1W ta data ara yüzlerini ayıran veya analog devreye -5V gibi op-amp rayı için spot voltajları üreten yalıtımlı çeviriciler için çok geniş bir pazar vardır. Günümüzde bu çeviriciler yüzey montaj veya pinli modüller olarak yüksek adetlerde 2$ alınabilinirler. Buna rağmen tasarımcılar bu çeviricileri bu adetler için basit güç teorisinden ve uygulama notlarından yararlanarak kendilerinin tasarlayıp ve tamamlayabileceklerini hissederler.

-On ayrı malzemenin kontrolü/yerleştirmesine karşılık bir modülün

-On adet ayrı malzemenin belkide beş değişik firmadan özel manyetik ile karmaşık alımına karşılık bir modül üreticisi

-Belki sekiz ayrı malzemenin özel manyetik ile depolama/kullanma/denetleme/seçimine karşılık bir modül

-Test maliyeti – Fonksiyon ve yalıtım

Direkt olmayan maliyet faktörleri:

-Tasarım alanının maliyeti- Ayrık malzemelerle yapılan tasarım küçük olamayacaktır

-Yüzeye montajlanan gömülü manyetikli modül çok düşük profilde olacaktır.

-Uzman güç elektroniği devre tasarımı, ürün kalite kontrolü maliyeti

-PCB tasarımı ve genel

-Mühendislik fırsat maliyeti

-Tasarım desteği maliyeti

-Şayet aracı kurum onayı için devam eden sertifika ve muayene maliyeti

-Kalite ve kontrol

Şayet transformer ve diğer manyetik elemanlar tasarımcı tarafından tasarlanıp üretilecekse yukarda bahsettiğimiz direk ve direkt olmayan faktörler bu parçaların bir çok tel tipleri ve göstergeleri, yalıtımı, donanımı ve çekirdekleri içinde uygulanacaktır. Yukarda bahsi geçen transformerin tasarımı içim 4mm çaplı çekirdek üzerinde 0.07 mm lik teli altı kere sargılanmasını ölçen özel tekniklere ve bunu sarmak için özel ekipmana ihtiyaç olacaktır. Elbette, şayet varsa bu manyetik malzemeler alınabilirler, fakat tamamlanmış DC-DC modül için pahalı olacaklardır. Belkide en az bileşen sayısına rağmen devre ve manyetik tasarımları önemsiz değildirler. 1W lık çeviricinin doğru çalışması bağımsız devrelerinin tasarımı transistörlerin kazanım ve doyma verilerinin seçimi ve bunlara ek olarak normal data kitabında görünen parametrelerde çalışmayan transformer ferit çekirdeğinin değişken doymasının doğru seçilmesine bağlıdır. Geçerli olarak, bitmiş tasarım yalıtımını korurken giriş ve çıkışlarında düşük gürültü , aşırı yük korumasına rağmen yük aralığında doğru çıkış sağlamalı ve yüksek verimli olmalıdır. 10 adet ayrık komponent ile doğruyu elde etmek için çok şeyi bir anda düşünmek gerekir! Hız, basit bir çevircinin çözümünü gerçekleştirmek için haftalarca süren tasarımı, dökümantasyonu , operasyonel ve çevresel koşullar için kalite yeterliliği için bir faktördür. Şayet çevirici güvenlik bariyeri oluşturursa, acenta değerlendirilmesinin maliyeti ve zamanlaması, denetimler ve yeniden sertifikalandırma için aylarca devam eden maliyetlerle binlerce dolarla ölçülür.

Bütün bu genel maliyetler ve gecikmeler basit, güvenilir modül alımı ile karşılaştırılmalıdır. Aynı zamanda fırsat maliyetinden tasarruf etmek sizin kurumunuzun zamanını başka bir yerde çekirdek işlerinizde kullanmanızı sağlar ve çabukça pazara mal sağlamanıza erken satışlara neden olabilir. Şirketinizin bazı hacimde DC-DC çevirici üreticisi olmaya gücü yeter, tasarımı kendisine saklayıp ve tasarım maliyetlerini gelirden düşebilir. Ancak, 1W çevirici modül tasarımları yap/al hacim geçiş noktasını zorlar. Yap ve al arasındaki fark eşdeğer eski ürünlerden daha iyi performans avantajları ve çok daha düşük maliyetleri ile bir kaç cent mertebesine gelmiştir, belki de geçiş noktasına beş kat veya daha çok yaklasıyorlardır. Örnek için bazı rakamları bir araya getirebilim, diyelimki tüm tasarımın ayrık komponentlerle uygulanması haftada sekiz kişi olsun.

Bu hesabımıza tasarım mühendisi, destek teknisyeni, çizim ofisi, üretim mühendisi, komponent mühendisi, kalite mühendisi, EMC mühendisi, müdürler ve başka fonksiyonları yerine getiren gruplar dahil olacaktır. Averaj işçilik maaşını saati 50$ ise bir kerelik bütün masraf yaklaşık 15,500$ bulur. Danışmanlık, prototip, yazılım aletleri ve tek kullanımlıklarla bu maliyet 20,000$’a yaklaşır. Şayet ayrık tasarımın direk maliyeti 1$ ise, BOM içeriğini, yerleştirilmesini, malzemenin alınmasını, kullanımını, testini ve desteklenmesini gözönüne alırsak 2$ DC-DC modülün alımına karşı kazanımı yaklaşık 20,000 adet ünitenin üretilmesinden sonra karlı olacaktır. Şayet alınan malzemenin maliyeti 1.30$ ise, hesap kapatma miktarı yaklaşık 70,000 ünitedir. Ayrık tasarımlarda tahmin edilemeyen ekstra 15 cents hesap kapatma miktarını iki katına çıkarır. Bu hesapların hepsi fırsat maliyetini, hızlıca pazara erişim kazancını ve modüllerin verdiği garanti olan “kullan ve unut” faktörlerini gözönüne almadan yapılmıştır. Son zamanlarda düşük maliyetli ürünler önceki nesillere göre önemli performans iyileştirmeleri sunmaktadırlar. Örnek olarak Murata güç çözümlerinden NXE serisi patent bekleyen tamamen tekrarlanabilen performans verebilen gömülü manyetik çözümü, ve küçük profilleri ile tipik ayrık ve rakip firma malzemelerine göre ek avantajlar sunmaktadırlar. NXE serisi Muratanın tescilli ‘inspectable land grid array’ (iLGA) paketi ayrıca 1W Endüstri standardı ürünlerle aynı alanı pin uyumu ile mevcut DC-DC çevirici modül kullanıcılarının iyileştirilme ve aynı zamanda kazanç uygulanmasından yararlanmalarını sağlar. Küçük güçlerde belkide “yapmak veya almak” kararı şimdi daha kolaydır, ve gelecek günlerde ürün tasarımcıları ayrık malzemelerle DC-DC çeviriciler tasarlamayacaklar.