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修改标准品、半定制和全定制的设计:RECOM的做法

修改标准品、半定制和全定制的设计:RECOM的做法

2022/5/27 17:47:33

RECOM拥有业内最全的电源转换器产品组合的原因是我们的标准产品延伸出大量不同的型号。如果我们以经典的DIP24封装5W隔离稳压DC/DC转换器REC5系列为例,规格书显示它有五种输入电压范围和九个输出电压,包括单输出和双输出。它提供2kV至6kV三种不同隔离电压和三种引脚选项,引脚兼容因此可以替代竞争产品,同时也有远程开关引脚的版本。此外,板载引脚可选择通孔或SMT,外壳材料可以是塑料或金属。最后,该系列提供管装或卷装。总体而言,光是这一个DC/DC转换器系列的标准品就高达两千多种!

修改标准品的电源转换器

如此广泛的目录产品组合看似涵盖了所有可能的要求,但有时客户的特别要求仍不包括在这些选择之中。举例不同的引脚长度(缩短或加长),或5.7V输出电压而不是常见的 5V以便可以在输出电路中安装一个 OR-ing 二极管。这类的要求很容易实现,属于「修改标准品」的范畴。

要了解为何修改输出电压如此简单,就要先了解调节DC/DC或AC/DC转换器的输出电压最常见的方法:使用精密可编程参考IC的输出并联稳压器(图 1 )。

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图1:简化的并联稳压器电路(电路中Vset 为 ef(1+(R1/R2)) + Voptodiode)

在每个开关周期,输出电压都会上升直到超过并联稳压器的设定电压Vset,此时光耦合器通电并复位周期。虽然非常简单,但该电路可以针对负载和线路电压变化准确的调节输出电压。开关工作周期和输出电压由变压器的匝数比、Vref电压(通常为1.22V)和两个编程电阻器R1和R2共同决定。修改此转换器以提供5.7V而不是5.0V将需要设定其他的R1或R2值以得到不同的程编分压比。这是一种只需极少甚至无须额外成本即可执行的简单修改。RECOM拥有自己的SMD组装线,因此生产一批修改输出电压的转换器仅需更改生产SOP和激光打印标签。

我们还可以通过选择器件值来符合客户的特定要求而不是依赖标准转换器。我们以非稳压 DC/DC 转换器为例,输出电压取决于负载和输入电压。通常我们调整器件值以使标称输入电压和 80% 负载一起提供标称输出电压,如输出电压容差包络图所示(图 2)。

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图2:非稳压转换器电压容差图(R1SX系列)

这种标准配置满足了非稳压DC/DC转换器最常见的输出电压容差要求,通常在略低于满载的情况下运行。结果是满载时输出电压较低,低负载时输出电压较高。如果客户要求低负载输出电压上升小于+7%,我们可以修改器件值将输出电压保持在+5%以下,让Vnom电压是在70%负载而不是80%提供,有效地将容差包络线往下降。缺点是满载时输出电压较低,但在此特定应用中可能不是最重要的。

然而,通过优化器件值以更好地配合最终应用的要求,输出电压的修改程度是有限的。标称输出电压取决于变压器的匝数比,因此如果所需的输出电压偏离标准太远,则可能需要调整变压器的匝数比。这不仅需要定制变压器部件,安全标准还需要重新经过认证。现在,我们把目光从修改标准品转到「半定制」的设计上。

半定制电源转换器

电源转换器的半定制和修改标准之间的界限并非都很明显,因此一个实用判定的方式是安全认证是否需要重新申请。如果修改会影响安全关键器件或隔离,例如变更了变压器结构、光耦合器或 Y 电容器、爬电距离或电气间隙距离,几乎一定要有新认证流程。然而,安全测试报告通常允许输出电压和电流额定值有±10%的变化来通融生产中的容差,从而保留一定的弹性。输入电压额定值也至少有±20%的容差或者更多。如果修改可以在这些容差区间以内就可能不需要重新申请安全认证。如果原始安全测试报告列出了某些器件或灌封材料的「替代结构」的话也同样适用。我们有客户的应用无法使用硅胶灌封材料,因为硅胶可能会放气而影响其他部件,或者在火灾中会产生烟,虽然硅胶是一种具有高导热性和附着力的优秀封装材料,那我们可以为这些客户提供环氧树脂灌封作为替换。

可能会让人意想不到的是标签设计和文字其实被认为是安全文件的一部分并由认证机构谨慎控制。我们会定期收到定制标签设计的请求,例如使用客户自己的品牌名称和器件号而非RECOM的标准标签。即使这两个部件实际上是完全相同的,但我们需要申请带有新标签、部件号和客户标志的副本证书,才能制造修改部件并确保安全认证是有效的。我们在处理此类请求方面拥有丰富的经验,因此我们努力减少繁文缛节,使整个过程尽可能的简单又快速。

一旦我们进入半定制电源转换器的领域,我们可以提供比单纯调整规格还大的弹性,例如使用不同的 PCB 布线来改变转换器的形状,或改变引脚排列来代替已过时的竞争产品。这些变化不一定是物理上的;我们已经制作了半定制转换器,这些转换器使用更高额定值的器件来加宽工作温度范围,或使用更硬的环氧树脂以满足特定的环境条件。所有的修改均以标准设计为基础,因此虽然半定制产品需要满足客户对形状、尺寸或功能的要求,但它仍然可以在我们的标准生产线上快速且低成本生产并缩短上市时间。

半定制电源转换器实例

2010年一家美国竞争对手突然停止生产一系列的开关稳压器,这让他们现有的客户群陷入了困境。其中一位客户找到我们,询问是否可以修改我们的R-78系列标准品来以符合停产产品的引脚和功能,即使格式与我们现有的设计完全不同。仅在12周之内我们就发布了具有三种不同的开放式SMD引脚的R-78T系列,与停产器件的引脚兼容。我们能够如此迅速地做出反应的原因是我们不需要从零开始,因为我们在设计和制造开关稳压器模块方面拥有丰富的经验,可以在此基础上达成半定制设计。

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图3:R-78T 系列的三种格式(/AC、/AL和/FC)

最近我们收到了一个需求,将20W板载AC/DC模块作为 EV 充电站的辅助电源。由于充电站采用硬接线连接到电源,因此它被归类为OVC III(过电压类别III)并且必须满足额外的过电压浪涌、隔离额定值、爬电距离和电气间隙的安全要求。我们制造出半定制产品RAC20-K/X6,修改了PCB布线和变压器结构以满足IEC 62477-1和OVC III的要求,采用4kVAC/1分钟的额定增强隔离,而不是标准的3kVAC/1分钟等级。这项成功是在不改变尺寸、引脚排列或其他重要规格(例如宽输入电压范围、宽工作温度范围和<40mW空载功耗)的情况下实现半定制设计。

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图4:通过IEC 62477-1 OVC III认证的半定制 RAC20-K/X6

如果有很多其他客户也需要类似的半定制设计,那这些半定制品可以成为我们产品组合中现成的标准品。

全定制电源转换器

全定制的电源转换器跟修改标准或半定制的情况不同因为它不是以现有的产品为基础,不过在适当的情况下仍可使用经过验证和测试的构建块和既有的生产设施。要开展实施全定制电源转换器项目的基本前提是没有现有产品可以满足需求,然后双方都可以接受成本(研发、测试和生产),以及项目数量足以支撑资源投资的合理性。

定制电源转换器项目标准阶段如图 5 所示:

 

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图5:定制电源转换器项目阶段

项目提案:客户的初步要求,详细说明定制电源转换器的技术要求(功能规格、性能要求、技术标准和物理尺寸)以及财务因素(预算、预期数量、目标成本等)。

项目评估:分析技术要求(适用性、可制造性、资源可用性等)。项目是否可行?

项目计划:项目计划详细说明了在每个阶段需要实现的项目进度、资源分配和里程碑。

原型:构建原型以验证是否符合功能规范。在这个阶段改变规格是十分常见的。RECOM 明白即使最初的定制电源转换器的要求清楚且明确,规范仍可能需要更新或进一步修改,通常是为了因应市场的变化。这是很正常的。只要客户和 RECOM 设计团队之间的沟通渠道是开放的,我们的目标就是要像我们的客户一样有同等的应变能力。

在初始原型获得批准后,下一个阶段就是预生产的原型(至少 50 个)以便进行性能和压力测试并取得有效的统计数据。

DVT/PVT:设计验证测试和生产验证测试对于项目的成功至关重要。RECOM 需要提供规格书和测试文档以让客户对定制设计有高度的信心,确保在所有预期的操作和故障条件下可靠地运行。为此,RECOM 拥有一个有联网测试站的自动化测试实验室,可以进行快速测试和评估,无论是电气测试、气候室环境测试、可靠性测试(电气和热应力测试、安全操作区域测试、长期浸泡测试、冲击和振动等)或生产公差测试。

生产和认证计划:一旦 DVT 测试进行到启动设计冻结时就可以开始生产计划,需要从主要和次要来源购买必要的器件,订购定制外壳、印刷和包装,然后将可生产的原型发到测试机构进行批准(UL、IEC、EN、CB 报告等)。

生产:建立一条产线来制造、测试并将最终产品运送给客户。

变更管理:如前所述,变更是生活中要面对的现实因此需要进行管理。平均每三年技术标准会更新一次,有时候需要修改定制设计以符合新法规。关键器件可用性的改变可能需要通过产品变更通知 (PCN) 通知客户并取得客户的同意。产品生命周期 () 文档会在产品的整个生命周期内得到维护,直到客户最终做出结束生命周期的决定。

结论

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图6:修改标准品、半定制和全定制电源转换器的优缺点总结

从这个简短的介绍中可以看出,RECOM 电源转换器能够以修改标准品、半定制或全定制产品等多种方式提供给客户。每个种类都有优缺点(图 6),因此最简单方法是直接联系我们,我们可以提供建议并与您一起确定最佳的解决方案。

为此,RECOM设定了四个定制申请专用的电子邮件地址。RECOM 人员会与您进一步联系以了解并讨论您的具体要求。联系请点击:https://recom-power.com/contact

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王静
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