Alimentatori – Make or buy?

Il costo dei singoli elementi che compongono un alimentatore è elevato, rispetto al prezzo di acquisto di un dispositivo in commercio

Pubblicato il 19 novembre 2013

L’acquisto, ad esempio, di un alimentatore commerciale da 30 A e 5 V costa circa 5 volte meno rispetto a quanto costerebbe produrlo, e i dispositivi già assemblati possono avere anche 5 anni di garanzia. Quindi, in genere è sensato progettare solo ciò che non si può comprare. Tuttavia, a volte può essere necessario un alimentatore esclusivo e specifico.

Alcune aziende tentano di progettarli da sole. A volte ci riescono, ma devono sostenere spese ingenti e sprecare un prezioso time-to-market in quanto non possiedono il know-how per progettare sistemi alimentatori stabili e affidabili che possano essere prodotti in volumi elevati e funzionino per molto tempo. Spesso non sanno in quali casi progettarli e in quali acquistarli.

Quando acquistare

Molte volte viene detto di togliere dal sistema un componente da 40 dollari per ridurre i costi. Dopo tutto, si tratta solo di un alimentatore e un giovane ingegnere fresco di studi può progettarlo…giusto?

Spesso le aziende con competenze chiave diverse dall’elettronica di potenza non possiedono il background, le persone o le apparecchiature di test adeguati e non conoscono i problemi associati. Si tuffano in un ambito che non sono preparati a navigare.

L’errore è quello di presumere che gli alimentatori siano componenti semplici e che possano essere progettati da chiunque. Perché le aziende scelgono l’outsourcing a fornitori EMSI? Semplicemente perché costa meno e i risultati sono migliori rispetto all’assemblaggio al loro interno.

Si consideri inoltre che i clienti possono avere a loro volta interlocutori più esigenti. La qualità, l’affidabilità e i costi sono stati eliminati, così è possibile ridurre il costo totale se si acquistano componenti preassemblati.

Quando produrre

A volte non è possibile evitare di costruire un alimentatore.

Quando, allora, è sensato produrne uno?

  • Se non è possibile acquistare un prodotto che soddisfi le esigenze commerciali.
  • Se i requisiti di progettazione di un alimentatore possono essere soddisfatti con semiconduttori o componenti su chip disponibili sul mercato, ben supportati da uno staff di progettazione delle applicazioni e di strumenti di progettazione software.
  • È possibile accedere alle apparecchiature di test e si dispone dell’esperienza e del tempo necessari per un lavoro ben fatto.
  • C’è il tempo per farlo correttamente.
  • Se l’acquisto di un alimentatore è davvero troppo costoso per l’applicazione e il volume di produzione è tale da fare la differenza.

Sebbene siano disponibili risorse eccellenti, il migliore consiglio sull’uso di progetti di riferimento è di non attribuire la responsabilità del design ai fornitori di componenti senza che l’azienda si impegni in modo diretto. Il progettista e l’azienda sono i responsabili del prodotto o del sistema finale.

Non procedere senza prima eseguire test e valutazioni completi del progetto e verificare che questo funzioni nel tempo e alle varie temperature. Eseguire valutazioni e/o simulazioni dirette. Non affidarsi completamente al progetto di riferimento di un produttore di semiconduttori andando direttamente alla produzione in volume.

Indipendentemente dalla topologia o dalla tecnologia di controllo utilizzata, le aziende devono investire definitivamente in formazione, strumenti di progettazione, apparecchiature di test e software per convalidare il progetto affinché superi le aspettative dell’applicazione prevista.

Sono disponibili risorse molto valide, in molti casi a costo zero o con un investimento minimo di tempo e risorse. I fornitori possono offrire progetti di riferimento, schede di valutazione e software di progettazione, spesso gratuitamente. In molti casi metteranno anche a disposizione i file gerber da trasferire nel sistema, pronti per iniziare.

Considerazioni di progettazione se si sceglie la produzione

Prima di procedere alla costruzione di un alimentatore o di un sistema elettronico è bene rispondere ad alcune domande. Innanzi tutto, è importante considerare il tipo di convertitore di potenza necessario. Questo aspetto detta il livello di complessità dell’intero processo di progettazione, dei rischi e dei requisiti normativi.

Si dispone di apparecchiature di test adeguate? Sono necessari analizzatori della risposta di frequenza, carichi elettronici, tester per la sicurezza elettrica e altri strumenti speciali che semplicemente non sono disponibili. Si dispone del personale con l’esperienza e le competenze giuste per progettare alimentatori?

Tenere in considerazione i componenti magnetici, il layout della scheda a circuiti stampati e le tecniche di schermatura necessarie. Sarà necessario spegnere il navigatore e applicare competenze di layout manuali. Le tecniche di spaziatura di sicurezza nel layout devono soddisfare le direttive sulle dispersioni.

Iniziare chiedendosi se il progetto è offline o DC-DC. È isolato oppure no? È disponibile già pronto e offre prestazioni collaudate? Possono essere disponibili componenti con alimentatori integrati. A livelli di potenza inferiori, ad esempio, i componenti delle aziende produttrici di semiconduttori sono diventati altamente integrati e molti contengono l’induttore, formando ciò che comunemente viene chiamato PSIP (power supply in a package).

Se il progetto richiede l’isolamento, si dispone dell’esperienza e delle apparecchiature per eseguire il test di sicurezza elettrica sui progetti rispetto alle specifiche e alle norme internazionali? Si sa come progettare i componenti magnetici per avere le autorizzazioni e le approvazioni richieste dalle agenzie per la sicurezza? Considerare le ore di funzionamento; l’applicazione prevede il funzionamento affidabile 24×7? È sensato acquistare se sono richiesti il funzionamento offline ad alta potenza, l’isolamento e un’affidabilità dimostrata e i volumi non sono sufficienti a giustificare uno sforzo di produzione.

Il costo per ottenere le approvazioni delle agenzie per la sicurezza è elevato e la procedura richiede tempo. Se il prodotto viene fornito a livello internazionale, andranno previsti ampi intervalli di ingressi della tensione 85-265 VAC, 50-60 HZ e le approvazioni delle agenzie per l’accettazione in tutto il mondo; si è preparati ad affrontare le spese e i ritardi conseguenti? Nello staff ci sono esperti della sicurezza che conoscono i requisiti normativi e come eseguire i test? Considerare le emissioni EMI-RFI. Lo scambio degli alimentatori può generare molto rumore e altro, se questi dispositivi non sono adeguatamente progettati. Le agenzie normative non hanno il senso dell’umorismo, e nessuna solidarietà per i progetti scadenti.

Produrre con più strumenti e risorse

Se dopo aver considerato tutti gli aspetti si decide di fabbricare un alimentatore, è consigliabile coinvolgere subito i fornitori nel processo di definizione, selezione e progettazione. Prima si cerca supporto e assistenza, più tempo si avrà a disposizione per fare le cose in modo ordinato con maggiore flessibilità e più opzioni. La tempestività di un progetto perde flessibilità man mano che ci si avvicina al prototipo e alla fase di produzione.

Dato che l’efficienza energetica, le norme e altri aspetti diventano considerazioni a livello di sistema, tenere conto dell’elettronica di potenza all’inizio anziché alla fine del processo è fondamentale. Non scegliere il componente, la topologia o il circuito sbagliati solo per avere a magazzino delle unità. Nulla deve essere progettato in isolamento, esistono molte risorse disponibili che aiutano a implementare con successo un prodotto interno all’azienda nelle situazioni appropriate.

Se si decide di progettare un alimentatore, la buona notizia è che oggi il supporto è più ampio che mai. I nuovi sviluppi tecnologici di Mouser includono prodotti per molti livelli di potenza dei convertitori. Sono disponibili infinite risorse per assistere i progettisti nell’implementazione di un progetto interno riuscito in condizioni adeguate. Sia che si decida di acquistare o fabbricare, Mouser offre i prodotti di oltre 450 fornitori, risorse per qualsiasi livello di potenza e la propria assistenza.

Kevin Parmenter, Mouser Electronics



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