![[UNIFIVE]AC/DC 變壓器&交換式電源供應器製造商](common/img/header-logo.svg){kind=logo}
POS終端機用客製化電源基板開發案例|與現有電源相容的設計･PFC･瞬斷時序
POS終端設備用電路板客製化電源的全客製開發案例。為取代其他公司現有的電路板電源,我們以確保機械、電氣、連接及運作等各方面的相容性為前提,確定了規格。本案例將整理並介紹需協調確認的重點,包括搭載PFC、承受印表機反覆峰值負載的能力、瞬間停電時的分階段停止程序,以及允許塗布防潮劑的電路板設計。
希望在不變更整機端的情況下替換現有電路板電源--致正在評估客製化電源的設計負責人
更換已上市設備的電源時,困難之處並不在於尋找替代電源,而在於如何定義"能夠與目前相同地運作".
並非輸出電壓與電流相符即可.連接器的接腳配置,控制訊號的交換方式,發生瞬間斷電時的停機程序,以及峰值負載承受能力,只要其中任何一項與現有產品不同,就必須修改整機端的軟體或電路板.由於現有產品一直運作正常,決定變更的一方必須承擔責任,因此往往會延後做出切換決策.
本案例是在將店鋪終端(POS終端)用的客製化電源(電路板型交換式電源)從其他公司的現有產品切換時,以與現有電源相容為前提條件,逐步確認規格的開發案例.設備安裝於戶外設置的機箱內,電源則裝設於機箱內部.以下將依照需要協調確認的各項議題進行說明.
客製化電源是配合客戶設備,針對形狀,容量及特性進行專用設計的電源.究竟只需改造標準品即可,還是有必要全新開發,其判斷界線取決於相容性需要達到何種程度.
1. 在著手前將"與現行產品相容"的具體內容文件化
客戶提出的前提條件只有一點,即"必須與現行電源供應器相容".若直接照字面理解這句話,在設計後期就會浮現認知上的落差.本公司會在估價前的階段,將相容對象分為以下四類進行確認.
| 相容對象 | 確認內容 |
|---|---|
| 機械相容性 | 電路板外形,安裝孔位置,元件高度限制,連接器的配置面 |
| 電氣相容性 | 輸出電壓的系統數量與額定值,峰值電流的承受能力,是否需要功率因數校正(PFC)電路 |
| 連接相容性 | 連接器型號與接腳配置,可接受替代品(同等品)的範圍 |
| 動作相容性 | 啟動/停止順序,控制訊號的邏輯與電壓,發生異常時的運作方式 |
本案已提供AC輸入, DC輸出及風扇用各連接器之現行產品型號與接腳配置一覽表. 同時也已確認"各連接器可使用同等品替代". 在零件供應不穩定的時期, 若設計時將型號固定為單一廠商的產品, 可能僅因採購因素便導致時程變動. 預先決定可接受同等品的範圍, 對於降低量產開始後的供應風險也相當有效.
容易被忽略的事項:連接器的安裝面(集中於正面或分配於正反兩面)有時不會記載於電氣規格書中. 然而, 由於這會直接影響纜線配置與組裝流程, 若日後變更, 便需要重新進行電路板佈局. 配置限制是首次需求訪談時應確認的項目.
2. 停機順序的規範--如何因應瞬間停電
本案中最需要仔細確認的是AC輸入中斷時的運作方式. 對於處理付款或紀錄的設備而言, 相較於電源中斷本身, 設備端未事先得知電源即將中斷才是問題所在.
客戶指定採用以下階段性運作方式.
| 階段 | 電源供應器所需的運作 |
|---|---|
| 短時間瞬間停電 | 由電源供應器內部吸收, 維持輸出電壓. 同時不輸出異常通知訊號(不讓設備端察覺) |
| 超過規定時間的停電 | 輸出斷電預告訊號, 促使設備端切換至電池供電 |
| 預告後的緩衝時間 | 在切換完成前的固定時間內持續維持輸出電壓 |
| 緩衝時間結束後 | 停止所有輸出 |
這個"吸收時間"與"預告後維持輸出的時間",會直接影響電源端保持容量(hold-up)的設計.由於必須綜合一次側的電容容量,二次側的負載條件及檢測電路的反應時間來確保其成立,因此數值只要變動數毫秒,元件配置就會隨之改變.這是規格書中的一行內容便會同時影響成本與電路板面積的項目.
啟動方面亦同樣議定了遠端控制訊號的處理方式.將系統分為AC輸入後立即啟動的電路,以及接收到整機端的控制訊號後才啟動的電路,並採用只要未提供控制訊號,就不會輸出主電源的配置.至於訊號的電壓準位,則考量未來的向下相容性,採用了保留足夠餘裕的輸入規格.
需要確認的項目:控制訊號必須同時確定"由哪一端輸出(電源端或整機端)","有效狀態為High或Low","電壓準位為多少"這三點後,才能形成完整規格.本案中也有如冷卻風扇的轉速檢測訊號等,因風扇型號尚未確定而無法決定邏輯的訊號.在此情況下,應於開始作業前決定是採用可同時支援兩種邏輯的電路配置,或將規格確定時間納入時程安排.
3. 峰值電流並非取決於"最大值", 而是取決於"波形"
POS終端機配備收據印表機。由於每次列印時, 熱感印字頭和馬達都會消耗電流, 因此遠高於根據平均功耗所推算數值的峰值電流, 會以短週期反覆出現。
本案中客戶提供的並非數值, 而是使用實機印表機測量的電流波形。除了峰值之外, 還可從中判讀該峰值會以多大的占空比(Duty)持續。過電流保護應在何種條件下啟動, 必須將此反覆出現的條件納入考量後決定。
如果只看峰值來設定保護點, 會導致兩種問題。保護點設得太低, 電源會在正常列印時關閉; 設得太高, 則會漏掉原本應受到保護的異常狀況。本公司以現有電源的保護動作點及實測波形為基準, 設定為可承受具有同等Duty及峰值的過電流。
此外, 本公司也備有可因應此類反覆峰值負載的標準電源產品陣容。即使是全客製化產品, 也能直接運用從標準產品累積而來的電路設計與評估知識, 因此與從零開始研發相比, 可提高設計的可靠度。
4. 安裝環境的條件--塗布防潮劑與冷卻方式尚未確定
需求規格中記載了"室外安裝". 是否要求電路板電源本身具備防水, 防塵能力, 或由機殼提供保護, 將使設計產生很大的差異. 經確認後, 客戶回覆其方針是由機殼確保防水與防塵, 電源只需採用安裝於機殼內部的獨立電路板即可.
不過此時又增加了考量實際運作情況的條件. 由於可能會在電路板表面塗布防潮劑(塗層材料), 希望在設計階段預先排除會妨礙塗布的因素. 這項要求是基於市場經驗提出的, 因為室外安裝的設備即使已透過機殼採取防護措施, 實際運作時仍可能僅針對電源部分追加防潮處理.
若以塗布防潮劑為前提, 則需要預先考量具有可動部分的零件, 用於調整的半固定電阻, 散熱路徑的確保等事項. 如果在開始量產後才決定塗布, 可能必須從零件選擇階段重新進行. 能夠在"可能會塗布"的階段就取得相關資訊, 對於避免設計返工非常有效.
關於冷卻方式, 當時設備端仍在評估是否搭載風扇. 因此客戶提出的條件是, 熱設計必須在無風扇的情況下也能正常運作. 如果以強制風冷為前提最佳化零件配置, 一旦改為無風扇配置, 溫度裕度就會不足. 在冷卻方式尚未確定的階段, 必須以條件較嚴苛的情況進行設計.
5. 時程與初期費用的考量方式
客製化電源的開發無法以一次試作便完成為前提來安排時程。本公司會依照以下階段推進。
| 階段 | 主要內容 |
|---|---|
| EVT(設計驗證) | 電路圖與電路板佈局、變壓器安排、首次試作、電氣特性與EMI調整 |
| DVT(設計驗證・第二階段) | 佈局修正、第二次試作、重新評估、技術報告 |
| 客戶樣品核准 | 樣品製作與提交、根據評估結果進行修正、設計開發審查 |
| PVT(量產驗證) | 依量產條件進行試作、內部驗證測試 |
| 結構設計・模具 | 製作結構圖、禁佈區域圖與外形圖、模具製作、結構驗證、由品質保證部門進行驗證 |
向客戶提出時程時, 我們不僅會告知開發完成所需的期間, 還會分別說明可提供樣品的時間與可開始安排零組件的時間. 這是因為從量產開始日往回推算時, 實際產生影響的是後者. 如果能掌握零組件的採購期程, 就能事先規劃最晚需在哪個階段取得預先通知, 才能趕上時程.
關於初期費用, 我們提出的金額會包含電路板模具, 菲林, 治具等預計開發所需的費用. 若採用事後逐項追加的方式, 金額可能會在公司內部簽核過程中變動, 導致決策本身停滯. 若在開發過程中需要追加費用, 我們會在當下另行與您協商.
關於匯率的處理:比較評估多個採購來源時, 如果報價同時混有日圓與外幣, 比較基準便無法統一. 本公司可依照您的需求提供外幣報價. 請在比較評估階段與我們洽詢.
開發案例總結
| 用途 | 適用於門市終端設備(POS終端設備)的電路板型交換式電源供應器 |
| 對應類別 | 全客製化電源供應器(替換其他公司製造的現有電源供應器) |
| 前提條件 | 確保與現有電源供應器的相容性(機械,電氣,連接,運作) |
| 主要規格要求 | 多路輸出,搭載功率因數校正(PFC)電路,承受重複峰值負載的能力,瞬間停電時的分階段停止程序,透過遠端控制訊號進行輸出控制,冷卻風扇轉速偵測輸入 |
| 安裝條件 | 安裝於戶外設置機殼內部,允許塗覆防潮劑的設計,無風扇亦可運作的散熱設計,連接器集中配置於表面 |
| 零件採購 | 主要連接器允許使用同等規格產品 |
| 開發流程 | EVT,DVT,客戶樣品核准,PVT,結構設計/模具,驗證 |
您是否也有類似的困擾?
| 希望在不變更設備端設計的情況下替換現有的電路板電源 |
| 印表機或馬達反覆產生峰值負載,導致電源斷電 |
| 希望依照設備端的規格,設定瞬間停電時的通知及停止順序 |
| 現有電源的製造商已停止提供支援,且找不到替代產品 |
| 連接器的採購不穩定,希望針對改用同等規格產品一併進行諮詢 |
| 無法判斷標準產品是否能夠因應,或是否需要客製化電源 |
| 正在尋找可承接小批量訂單的客製化電源製造商 |
本公司自1989年創立以來,身為AC/DC 變壓器及交換式電源供應器製造商,從設計,製造到量產後的售後支援,皆由本公司自行負責。客製化電源的輸出功率涵蓋3W至1.5kW,並接受小批量訂單的諮詢。由於本公司也備有標準產品陣容的電路板型開放式電源供應器,因此可從判斷能否透過修改標準產品因應,或是否需要全新設計開始提供協助。
即使規格尚未確定,只要提供現有產品的相關資料,我們即可整理相容性方面的重點並提出建議。
> 查看客製化電源的服務範圍及流程
> 查看全客製化電源的開發案例一覽
> 查看開放式交換電源供應器(電路板型)一覽
※本案例經客戶許可後刊載。企業名稱、產品名稱、型號、數量、價格及具體數值規格均不公開。
※所載內容為評估時的資訊，實際規格與時程因個別案件而異。