Entwicklungsbeispiel für ein kundenspezifisches Platinen-Netzteil für POS-Terminals | Kompatibles Design mit bestehenden Netzteilen, PFC, Kurzzeitunterbrechungs-Sequenz

Ein Beispiel für die vollständige kundenspezifische Entwicklung eines maßgeschneiderten Netzteils auf Leiterplatte für POS-Terminals. Beim Ersatz des bestehenden Leiterplatten-Netzteils eines anderen Herstellers wurden die Spezifikationen unter der Voraussetzung festgelegt, die Kompatibilität in mechanischer, elektrischer, Anschluss- und Funktionshinsicht sicherzustellen. Wir stellen die Abstimmungspunkte vor, die erforderlich waren, darunter die Integration von PFC, die Belastbarkeit gegenüber wiederkehrenden Spitzenlasten des Druckers, eine stufenweise Abschaltsequenz bei kurzzeitigen Stromausfällen sowie ein Leiterplattendesign, das das Auftragen von Feuchtigkeitsschutzbeschichtung ermöglicht.

Sie moechten die bestehende Leiterplatten-Stromversorgung ersetzen, ohne die Geraeteseite zu aendern -- An die zustaendigen Konstrukteure, die ein kundenspezifisches Netzteil in Erwaegung ziehen

Wenn die Stromversorgung eines bereits auf dem Markt befindlichen Geraets umgestellt werden soll, besteht die Schwierigkeit nicht darin, ein Ersatznetzteil zu finden. Entscheidend ist vielmehr, wie "es funktioniert wie bisher" definiert wird.

Es reicht nicht aus, dass Ausgangsspannung und Strom uebereinstimmen. Die Pinbelegung des Steckverbinders, der Austausch von Steuersignalen, das Abschaltverfahren bei kurzzeitigem Stromausfall, die Belastbarkeit bei Spitzenlast. Wenn auch nur einer dieser Punkte vom bestehenden Produkt abweicht, muessen Software oder Leiterplatte auf der Geraeteseite angepasst werden. Solange das bestehende Produkt problemlos im Einsatz ist, traegt die Seite, die die Aenderung beschliesst, die Verantwortung, weshalb die Entscheidung zur Umstellung haeufig aufgeschoben wird.

Dieses Beispiel beschreibt einen Entwicklungsfall, bei dem fuer ein kundenspezifisches Netzteil (Leiterplatten-Typ Schaltnetzteil) fuer POS-Terminals die Spezifikationen unter der Voraussetzung der Kompatibilitaet mit dem bestehenden Netzteil eines anderen Herstellers ausgearbeitet wurden. Das Geraet wird in ein fuer den Ausseneinsatz vorgesehenes Gehaeuse integriert, und das Netzteil ist im Inneren des Gehaeuses verbaut. Im Folgenden erlaeutern wir die Punkte, bei denen eine Abstimmung erforderlich war.

Ein kundenspezifisches Netzteil ist eine Stromversorgung, die in Form, Leistung und Eigenschaften speziell auf das Geraet des Kunden ausgelegt wird. Ob eine Modifikation eines Standardprodukts ausreicht oder eine Neuentwicklung erforderlich ist, haengt davon ab, in welchem Umfang Kompatibilitaet gefordert wird.

1. Den Inhalt von „Kompatibel mit dem aktuellen Produkt“ vor Projektbeginn dokumentieren

Die Voraussetzung des Kunden war ein einziger Punkt: „Die Kompatibilitaet mit dem aktuellen Netzteil ist zwingend erforderlich.“ Wenn man diese Aussage unveraendert uebernimmt, treten Missverstaendnisse in der spaeteren Phase der Entwicklung offen zutage. In unserem Unternehmen bestaetigen wir vor der Angebotserstellung die Zielbereiche der Kompatibilitaet, indem wir sie in die folgenden vier Kategorien unterteilen.

In diesem Fall haben Sie uns eine Übersicht der aktuellen Modellnummern und Pinbelegungen für die jeweiligen Steckverbinder für AC-Eingang, DC-Ausgang und Lüfter zur Verfügung gestellt. Zusätzlich haben wir die Einschätzung erhalten, dass "für die einzelnen Steckverbinder auch gleichwertige Produkte verwendet werden können". In Zeiten instabiler Bauteilversorgung führt eine Konstruktion mit festgelegter Modellnummer eines einzigen Herstellers dazu, dass sich der Zeitplan allein aus Beschaffungsgründen verschiebt. Den zulässigen Rahmen für gleichwertige Produkte im Voraus festzulegen, ist auch im Hinblick auf die Reduzierung von Lieferkettenrisiken nach Beginn der Serienproduktion sinnvoll.

Leicht zu übersehender Punkt:Die Bestückungsseite der Steckverbinder (ob sie auf einer Seite konzentriert oder auf beide Seiten verteilt werden) wird in elektrischen Spezifikationen nicht immer erwähnt. Da dies jedoch direkt mit der Kabelführung und dem Montageprozess zusammenhängt, führt eine spätere Änderung zu einer Neugestaltung des Leiterplattenlayouts. Einschränkungen hinsichtlich der Platzierung sollten daher bereits im ersten Abstimmungsgespräch geklärt werden.

② Vereinbarung der Abschaltsequenz — Wie auf einen momentanen Stromausfall reagiert werden soll

In diesem Fall musste vor allem das Verhalten beim Ausfall des AC-Eingangs genau festgelegt werden. Bei Geräten, die Zahlungen oder Aufzeichnungen verarbeiten, ist nicht der Stromausfall selbst das Problem, sondern dass das System nicht im Voraus darüber informiert wird, dass es abgeschaltet wird.

Vom Kunden wurde folgendes stufenweises Verhalten vorgegeben.

Diese "Zeit zum Aufnehmen" und die "Zeit, in der nach Vorankuendigung die Ausgangsleistung aufrechterhalten wird" stehen in direktem Zusammenhang mit der Auslegung der Haltekapazitaet (Hold-up) auf der Netzteilseite. Da die Kapazitaet der Primaerkondensatoren, die Lastbedingungen auf der Sekundaerseite und die Reaktionszeit der Erkennungsschaltung zusammenpassen muessen, aendert sich die Bauteilkonfiguration bereits bei einer Verschiebung um wenige Millisekunden. Eine einzige Zeile in der Spezifikation wirkt sich sowohl auf die Kosten als auch auf die Leiterplattenflaeche aus.

Auch auf der Startseite wurde der Umgang mit dem Remote-Steuersignal festgelegt. Es wird zwischen einem System unterschieden, das gleichzeitig mit dem Anlegen von AC startet, und einem System, das erst nach Empfang eines Steuersignals von der Geraeteseite hochfaehrt. Die Hauptausgabe wird nur aktiviert, wenn das Steuersignal anliegt. Hinsichtlich des Spannungspegels des Signals wurde eine Eingangsspezifikation mit ausreichender Reserve unter Beruecksichtigung kuenftiger Abwaertskompatibilitaet festgelegt.

Zu bestaetigende Punkte: Ein Steuersignal wird erst dann zur Spezifikation, wenn drei Punkte festgelegt sind: "Von welcher Seite wird es ausgegeben (Netzteilseite oder Geraeteseite)", "Ist Active High oder Active Low", und "Wie hoch ist der Spannungspegel". In diesem Fall gab es auch Signale, bei denen die Logik noch nicht feststand, etwa das Drehzahlerkennungssignal des Kuehlventilators, da die Auswahl des Ventilatortyps noch nicht abgeschlossen war. In solchen Faellen wird vor Beginn entschieden, ob eine Schaltungskonfiguration vorgesehen wird, die beide Logiken unterstuetzt, oder ob der Zeitpunkt der Festlegung in den Terminplan aufgenommen wird.

③ Der Spitzenstrom wird nicht durch den "Maximalwert", sondern durch die "Wellenform" bestimmt

POS-Terminals sind mit einem Belegdrucker ausgestattet. Bei jedem Druckvorgang ziehen der Thermokopf und die Motoren Strom, sodass Spitzen auftreten, die die aus der durchschnittlichen Leistungsaufnahme erwarteten Werte deutlich überschreiten und sich in kurzen Intervallen wiederholen.

In diesem Fall stellte uns der Kunde keine Zahlenwerte, sondern die an einem realen Drucker gemessene Stromwellenform zur Verfügung. Neben dem Spitzenwert lässt sich daraus auch ablesen, mit welchem Verhältnis (Duty) diese Spitze anhält. Wo der Überstromschutz greifen soll, muss unter Berücksichtigung dieser Wiederholbedingungen festgelegt werden.

Wird der Schutzpunkt nur anhand des Spitzenwerts festgelegt, können zwei Fehler auftreten. Setzt man den Schutzpunkt zu niedrig an, schaltet sich die Stromversorgung beim normalen Druckvorgang ab; setzt man ihn zu hoch an, werden eigentlich schutzbedürftige Anomalien übersehen. Auf Grundlage sowohl des Schutzansprechpunkts des bestehenden Netzteils als auch der gemessenen Wellenform haben wir eine Einstellung gewählt, die einem Überstrom mit gleichwertigem Duty und Spitzenwert standhält.

Darüber hinaus bieten wir Netzteile, die auf solche wiederkehrenden Spitzenlasten ausgelegt sind, auch als Standard-Line-up an. Selbst bei einer vollständigen kundenspezifischen Entwicklung können wir die in unseren Standardprodukten gesammelten Erkenntnisse aus Schaltungsdesign und Evaluierung direkt nutzen, wodurch sich im Vergleich zu einer Entwicklung von Grund auf die Auslegungssicherheit erhöhen lässt.

Liste der AC-Adapter mit Spitzenlastunterstützung anzeigen

④ Bedingungen der Implementierungsumgebung - Auftragen eines Feuchtigkeitsschutzmittels und ungeklärtes Kühlsystem

In den Anforderungsspezifikationen war "Außeninstallation" angegeben. Je nachdem, ob von der Leiterplatten-Stromversorgung selbst Wasser- und Staubschutz verlangt wird oder ob dieser vom Gehäuse übernommen wird, ändert sich das Design erheblich. Nach Rückfrage wurde mitgeteilt, dass der Wasser- und Staubschutz vom Gehäuse sichergestellt wird und die Stromversorgung als einzelne Leiterplatte innerhalb des Gehäuses implementiert werden soll.

Allerdings wurde hier eine zusätzliche Bedingung unter Berücksichtigung des tatsächlichen Betriebs ergänzt. Da die Möglichkeit besteht, ein Feuchtigkeitsschutzmittel (Beschichtungsmaterial) auf die Leiterplattenoberfläche aufzutragen, sollen potenzielle Hindernisse dafür bereits in der Entwurfsphase ausgeschlossen werden. Bei Geräten für den Außeneinsatz kommt es aufgrund von Markterfahrungen vor, dass trotz Maßnahmen am Gehäuse letztlich nur der Stromversorgungsteil zusätzlich feuchtigkeitsgeschützt wird.

Wenn das Auftragen eines Feuchtigkeitsschutzmittels vorausgesetzt wird, müssen Punkte wie Bauteile mit beweglichen Teilen, einstellbare Trimmpotentiometer oder die Sicherstellung von Wärmeabfuhrwegen im Voraus berücksichtigt werden. Wird die Beschichtung erst nach Beginn der Serienproduktion beschlossen, kann dies dazu führen, dass die Bauteilauswahl von Grund auf überarbeitet werden muss. Dass dies bereits im Stadium "möglicherweise wird beschichtet" mitgeteilt wurde, war wirksam, um spätere Rückschritte zu vermeiden.

Auch hinsichtlich der Kühlung befand sich das Geräteseitig noch in der Prüfung, ob ein Lüfter verbaut wird oder nicht. Daher wurde vom Kunden als Bedingung vorgegeben, ein thermisches Design zu realisieren, das auch ohne Lüfter funktioniert. Wenn die Bauteilanordnung unter der Voraussetzung einer Zwangskühlung optimiert wird, fehlt bei einer späteren Umstellung auf eine lüfterlose Konfiguration die Temperaturreserve. In einer Phase, in der das Kühlsystem noch nicht festgelegt ist, ist es erforderlich, unter den strengeren Bedingungen zu entwerfen.

5. Zeitplan und Ansatz zu den Anfangskosten

Bei der Entwicklung kundenspezifischer Netzteile kann der Zeitplan nicht unter der Voraussetzung erstellt werden, dass der Prototyp in einem einzigen Durchlauf abgeschlossen wird. Unser Unternehmen geht dabei in den folgenden Phasen vor.

Wenn wir unseren Kunden einen Zeitplan vorlegen, unterscheiden wir nicht nur die Dauer bis zum Abschluss der Entwicklung, sondern informieren getrennt über den Zeitpunkt, zu dem wir Muster bereitstellen können und den Zeitpunkt, zu dem wir mit der Beschaffung der Bauteile beginnen können. Wenn man vom Starttermin der Serienproduktion zurückrechnet, ist in der Praxis Letzteres ausschlaggebend. Wenn die Beschaffungszeit der Bauteile absehbar ist, kann im Voraus geplant werden, in welcher Phase eine unverbindliche Mitteilung erforderlich ist, um den Termin einzuhalten.

Die Anfangskosten werden inklusive der voraussichtlich für die Entwicklung erforderlichen Aufwendungen, wie Leiterplattenformen, Folien und Vorrichtungen, angeboten. Bei einer Methode, bei der einzelne Posten nachträglich addiert werden, können sich die Beträge während des internen Genehmigungsprozesses ändern, wodurch die Entscheidung selbst ins Stocken gerät. Sollten im Verlauf der Entwicklung zusätzliche Kosten erforderlich werden, besprechen wir diese zum jeweiligen Zeitpunkt individuell.

Umgang mit Wechselkursen: Wenn mehrere Beschaffungsquellen verglichen werden, sind die Vergleichsmaßstäbe nicht einheitlich, wenn die Angebotswährungen aus Yen und Fremdwährungen gemischt sind. Auf Wunsch erstellen wir Angebote auch in Fremdwährung. Bitte sprechen Sie uns in der Vergleichsphase darauf an.

Zusammenfassung der Entwicklungsbeispiele

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Seit unserer Gründung im Jahr 1989 übernehmen wir als Hersteller von AC-Adaptern und Schaltnetzteilen alles von der Entwicklung über die Produktion bis hin zum After-Sales-Support nach der Serienfertigung im eigenen Haus. Im Bereich kundenspezifischer Netzteile unterstützen wir Anfragen von 3W bis 1.5kW, auch in kleinen Stückzahlen. Da wir auch Open-Frame-Netzteile als Leiterplattentyp im Standardportfolio führen, können wir Sie bereits bei der Klärung unterstützen, ob eine Anpassung eines Standardprodukts ausreicht oder eine Neuentwicklung erforderlich ist.

Auch wenn die Spezifikationen noch nicht final festgelegt sind, können wir bei Bereitstellung von Unterlagen zum aktuellen Produkt die Kompatibilitätsanforderungen analysieren und Ihnen passende Vorschläge unterbreiten.

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*Dieser Fall wird im Rahmen der vom Kunden erteilten Genehmigung veroeffentlicht. Unternehmensname, Produktname, Modellnummer, Menge, Preis und konkrete numerische Spezifikationen werden nicht offengelegt.
*Die angegebenen Inhalte entsprechen dem Stand zum Zeitpunkt der Pruefung; die tatsaechlichen Spezifikationen und Termine variieren je nach Projekt.