DC/DC轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)低成本嗎?
你可以在任何一個(gè)PCB上找到DC/DC轉(zhuǎn)換器，這種PCB隨處可見。而各種各樣的程序使它們的設(shè)計(jì)越來越簡(jiǎn)單。只要有EMC的相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，任何廠商都可以設(shè)計(jì)自己所需的轉(zhuǎn)換器，并且成為大批量生產(chǎn)的可行性解決方案。如今的設(shè)計(jì)師都試圖規(guī)避模擬技術(shù)，使轉(zhuǎn)換器提供隔離，這樣他們就需要使用電磁組件，如鐵氧體，變壓器和扼流圈，而現(xiàn)成的模塊往往是更好的解決方案。尤其是近年來轉(zhuǎn)換器變得更具成本效益。
圖1：大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)：RECOM集中生產(chǎn)的“少種類-高產(chǎn)量”的新型E系列產(chǎn)品，可降低30%的成本。
要從一群制造商那選擇的產(chǎn)品，常常是用不同的產(chǎn)品顏色來辨別它們。新手通常是根據(jù)市面上熱門的新型產(chǎn)品，參照它們的pin腳，焊點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)，用這種方法來做“替代品”。但是當(dāng)“參照”的內(nèi)容包括了復(fù)制原有生產(chǎn)商的標(biāo)志和產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的時(shí)候，我們會(huì)對(duì)這種欺騙客戶的事情進(jìn)行明確處理。后文中會(huì)提及如何處理這種情況。
時(shí)間就是金錢
模塊化的轉(zhuǎn)換器可直接使用，它提供可靠的性能，而且可以加快開發(fā)過程，同時(shí)減少重新設(shè)計(jì)所需承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)。雖然DC/DC轉(zhuǎn)換器電路日趨簡(jiǎn)單，但它的布局顯得越來越關(guān)鍵，而且還有可能成為造成EMC問題的源頭。僅此一點(diǎn)就足以解釋為什么模塊的成本會(huì)略高一些了。“上市時(shí)間”是許多產(chǎn)品獲得利潤(rùn)的關(guān)鍵。
選擇模塊化轉(zhuǎn)換器就是希望能節(jié)省更多時(shí)間。因此，在選擇正確的產(chǎn)品時(shí)，建議檢查一下產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的性能。如果有“管裝和卷裝”，那就不需要耗費(fèi)時(shí)間做準(zhǔn)備工作了。產(chǎn)品的重量差異對(duì)于嵌入過程也有很重要的影響，較輕的元件可以更快更容易地在自動(dòng)化生產(chǎn)中使用。每一個(gè)部件的每一克，也許對(duì)于終端產(chǎn)品并不重要，但是卻能節(jié)省時(shí)間。因此，合約制造商會(huì)特別考慮SMD轉(zhuǎn)換器的重量也就不足為怪了。
使用成品模塊在物料管理方面也能顯示出它的優(yōu)勢(shì)。DC/DC轉(zhuǎn)換器采用的組件不會(huì)在物料清單里顯示出來，這樣就不需要采購(gòu)一些要預(yù)定的特殊元件。成品模塊和其他元器件一起，可以一次性“及時(shí)”地從經(jīng)銷商那采購(gòu)到。這也同樣節(jié)省了時(shí)間，也是模塊轉(zhuǎn)換器的另一有利性能。
批量生產(chǎn)降低價(jià)格
在25年前，客戶定制的轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)量相對(duì)較少，而現(xiàn)在已成為具有高品質(zhì)的量產(chǎn)化產(chǎn)品。
開發(fā)工程師們可以從行業(yè)領(lǐng)先的供應(yīng)商那里選擇產(chǎn)品，例如RECOM就擁有超過2萬多種不同的產(chǎn)品類別，幾乎所有的應(yīng)用都有一個(gè)與之匹配的轉(zhuǎn)換器。但這也有一個(gè)負(fù)面問題：種類繁多導(dǎo)致成本增加。
現(xiàn)在以我們介紹過的RECOM的RxS/D產(chǎn)品系列為例來看看多樣性這個(gè)問題。雖然1W是標(biāo)準(zhǔn)功率，但有起始于0.25W的額定功率有三個(gè)。這是因?yàn)槟茉葱?，即轉(zhuǎn)換器在滿載條件下達(dá)到其最佳效率。對(duì)于要求5V/50mA的應(yīng)用，最好是用一個(gè)0.25W的轉(zhuǎn)換器，而并不是1W，這樣就可以很好地在負(fù)載大大降低的情況下工作。
在單輸出或雙輸出下，每4個(gè)功率范圍就可以有5個(gè)輸入電壓和6個(gè)輸出電壓。每一種都提供1kVDC或3kVDC的隔離電壓，這樣就已經(jīng)產(chǎn)生了240個(gè)種類。制造商們都很清楚，這么多的產(chǎn)品種類就是意味著高昂的成本。任何制造商若希望用成品模塊取代謹(jǐn)慎的內(nèi)部開發(fā)，就必須專注于少量的品種，并大批量制造。“少種類-高產(chǎn)量”是必然趨勢(shì)。
RECOM在其臺(tái)灣的工廠已經(jīng)有兩條SMT生產(chǎn)線投入生產(chǎn)，能夠高效益地生產(chǎn)出10萬或者更大量的所選定的產(chǎn)品，主要以額定功率為1W的5V/5V產(chǎn)品為主。產(chǎn)品可以覆蓋到很多應(yīng)用，在工作溫度+85°C下，無需降額。從而在一些常規(guī)應(yīng)用中不需要使用經(jīng)認(rèn)證的高達(dá)+100°C的“高等級(jí)溫度”元件這樣的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。其結(jié)果是：這些E類產(chǎn)品成本降低達(dá)30%之多。以新產(chǎn)品R1SE0505為例，它的售價(jià)約為?,50/10000個(gè)，備有管裝和卷裝。“E系列產(chǎn)品”也會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品一樣經(jīng)受同樣嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)，例如，質(zhì)量檢測(cè)上不會(huì)降低檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。保修期和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品一樣都享有3年保證。
在低成本的批量生產(chǎn)的同時(shí)，還有各種各樣的組合:3.3V，5V，12V，15V，24V輸入和3.3V，5V，9V，12V，15V，24V輸出。雙輸出型號(hào)可以使輸出電壓增加一倍，高達(dá)48V。這些轉(zhuǎn)換器提供1kVDC和3kVDC 的隔離電壓。
圖2:當(dāng)RxS/D系列提供超過240種型號(hào)時(shí)，“低成本”R1SE僅提供5V輸入,5V輸出
內(nèi)部的電磁兼容設(shè)計(jì)符合EN 55022 A類標(biāo)準(zhǔn)，不需要任何外部組件。該轉(zhuǎn)換器由于重量低至1克，因此具有很好的抗振動(dòng)性能，并且能通過自動(dòng)裝配設(shè)備快速而精確地進(jìn)行裝配。
RoHS 6/6 和全封閉式模塊的問題
無鉛焊料會(huì)在245°C時(shí)熔化，且粘性較低。這個(gè)轉(zhuǎn)變是符合RoHS 6/6的，PCB焊接溫度相比之前要高出10%，時(shí)間也是之前4倍。而在蒸汽焊接的情況下，幾秒內(nèi)就可達(dá)到最高焊接溫度。
在符合RoHS 6/6之前，你可以假設(shè)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部仍然是保持相對(duì)的”低溫”，而現(xiàn)在轉(zhuǎn)換器模塊完全是被“煮熟”了。在此過程中變壓器的線圈繞阻大幅擴(kuò)張，本來焊接得很好的接觸點(diǎn)現(xiàn)在也很容易在轉(zhuǎn)換器內(nèi)斷裂了。封閉式轉(zhuǎn)換器在這樣的焊接溫度下很容易開裂，這對(duì)于顧客和制造商來說都是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
圖3：蒸汽焊接不僅要求溫度比245°C高 10%，還需要花更長(zhǎng)的時(shí)間。隨著強(qiáng)制冷卻，給模塊化DC/DC轉(zhuǎn)換器提供了極高的熱應(yīng)力。
RECOM很早就意識(shí)到，單單簡(jiǎn)單的修改是不夠的。轉(zhuǎn)換器的完整設(shè)計(jì)需要一個(gè)新的概念。這樣設(shè)計(jì)的焊接點(diǎn)在回流焊接的過程中會(huì)被自動(dòng)焊接，并且沒有松動(dòng)。外殼、線路板和變壓器的重新設(shè)計(jì)導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)封裝可能會(huì)被淘汰，而外殼為具有不同溫度系數(shù)的元件提供了足夠的膨脹空間。
變化是勢(shì)在必行的。因此研發(fā)出了一種由兩部分組成的外殼，這與市場(chǎng)上的產(chǎn)品相比是一個(gè)明顯的區(qū)分標(biāo)志。當(dāng)把兩個(gè)部分連接在一起成為聯(lián)鎖裝置，包裹住所有的內(nèi)部元件，那么接下來進(jìn)行的焊接工序就可以把轉(zhuǎn)換器倒“掛”過來。這些新的轉(zhuǎn)換器100%無鉛，而與之相反，有些其他廠商的產(chǎn)品它們只是被列為“符合RoHS 6/6”，但有可能含有鉛焊料。
謹(jǐn)防假冒偽劣產(chǎn)品
如上所述，不同制造商的所有產(chǎn)品都有相似的外形和功能，這對(duì)于客戶來說是一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。甚至有時(shí)候即使內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，這些相同的DC/DC轉(zhuǎn)換器通過不同銷售渠道投放市場(chǎng)時(shí)也會(huì)采用不同的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)。這完全是合法的，既促進(jìn)了競(jìng)爭(zhēng)，又在價(jià)格談判方面深受客戶歡迎。在山寨工廠——這主要來自中國(guó)——我們有時(shí)會(huì)看到一些明顯越界的產(chǎn)品。當(dāng)客戶清楚地看到他們所購(gòu)買的是一個(gè)山寨版，這也許會(huì)被接受。如果客戶知道他們買的不是原廠產(chǎn)品，廠商就會(huì)被警告。但如果完全是提供“假貨”，并有原廠的商標(biāo)，零件編號(hào)或許可標(biāo)志等，這就會(huì)有潛在的危險(xiǎn)。例如在大規(guī)模生產(chǎn)的機(jī)床上用了這些廠家的產(chǎn)品，就會(huì)立即導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。即便是在原廠產(chǎn)品上經(jīng)過廣泛測(cè)試后，沒有發(fā)現(xiàn)問題，原始設(shè)備制造商也要承擔(dān)所有的風(fēng)險(xiǎn)。
好的產(chǎn)品總是會(huì)被仿制。但是好的質(zhì)量不可能會(huì)太便宜，因此如果有人提供便宜的產(chǎn)品，顧客們就要警惕了。如果您懷疑自己購(gòu)買的產(chǎn)品非原裝貨，RECOM可以在自己的實(shí)驗(yàn)室為客戶提供免費(fèi)測(cè)試。
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