Die Wahl der Stromarchitektur für CPE-Anwendungen wirft oft die Frage auf, ob man eine 5V- oder eine 12V-Gleichspannung für Niedrigleistungsanwendungen (≤15W) verwenden sollte. In diesem Artikel werden wir die Vor- und Nachteile sowie die Treiber hinter jedem Ansatz untersuchen.
Anwendung vs. Ausgangsspannung
CPE-Gateways, Router und leistungsstärkere Set-Top-Boxen verwenden in der Regel 12V-Netzteile. Bei energieeffizienten IP-STBs, wie beispielsweise OTT-Dongles, wird jedoch oft 5V verwendet, damit sie über ein Standard-USB-Kabel mit Strom versorgt werden können.
Vorteile einer 12V-Architektur
Mit einer 12V-Gleichspannung ist die Leistungsdissipation des Netzteils geringer, ebenso wie die Kosten für die Verwaltung der thermischen Lösung.
Eine höhere Effizienz wird durch den geringeren Vorwärtsspannungsabfall erreicht, der beispielsweise bei einer Schottky-Diode oder durch den Drain-Source-Innenwiderstand bei Verwendung eines synchronen Gleichrichters entwickelt wird. Der Leistungsverlust im DC-Kabel und Steckverbinder ist auch aufgrund der geringeren Ausgangsströme bei gegebener Leistung niedriger.
Von einem Kosten- und thermischen Gesichtspunkt aus profitieren Gehäusegröße, Bauteilbewertungen, Wärmeableitung, E-Kappen-Lebensdauer und Spannungsabfall im DC-Kabel alle von geringeren Ausgangsströmen aufgrund der höheren Ausgangsspannung bei gegebener Leistung – das Ohmsche Gesetz gilt!
Obwohl die Effizienz und Kosten der Stromversorgung bei einer 12V-Architektur optimiert erscheinen mögen, müssen wir auch die Gesamtkosten der Stromversorgung für eine bestimmte Anwendung berücksichtigen. Dazu müssen wir auch die Effizienz und Kosten der zusätzlichen Spannungsregelung im CPE-Gerät selbst berücksichtigen.
Vorteile und Herausforderungen einer 5V-Architektur
Die Verwendung einer 5V-Gleichspannungsarchitektur kann in kompakten IP-Set-Top-Boxen und OTT-Dongles sehr vorteilhaft sein, da keine Teile benötigt werden, die eine Spannung höher als 5V erfordern. Dadurch wird das Design der DC-DC-Schaltung vereinfacht.
Die Taktzeit der internen DC-DC-Wandler kann auch optimiert werden, was zu sehr hoher Effizienz und geringer Bauteilanzahl führt. Dies hält das Design kompakt und minimiert die Wärmeentwicklung.
Eine 5V-Ausgangsspannung wird am häufigsten verwendet, wenn die Endanwendung über einen USB-Anschluss mit Strom versorgt werden muss, z. B. über einen Mini-/Micro-B- oder Typ-C-Stecker. Alternativ kann bei Platzmangel das DC-Kabel und der USB-Stecker entfernt und durch eine Buchse im Gehäuse ersetzt werden, wie bei Telefonladegeräten.
Bei der Verwendung von 5V-DC mit Videogeräten besteht eine Herausforderung darin, dass der HDMI-Anschluss gemäß dem HDMI-Standard eine 5V-Ausgangsspannung haben muss. In der Regel gibt es einen Spannungsabfall zwischen der DC-Eingangsspannung und dem HDMI-Ausgang, der einen Aufwärtswandler erfordert, um sicherzustellen, dass am HDMI-Ausgangsport 5V vorhanden sind.
Fazit
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Leistungsebene und der Anwendungsbereich den größten Einfluss auf die Auswahl der optimalen Gleichspannung der Stromversorgung haben. Obwohl 12V auf den ersten Blick kostengünstiger und effizienter zu sein scheint als 5V, sollte sorgfältig abgewogen werden, wie man die Leistungsdissipation, Spannungsabfälle und Kosteneinsparungen zwischen der externen Stromversorgung und dem CPE-Gerät selbst ausgleicht. NetBit verfügt über die Expertise, um Hardware-Architekten und Produktmanager bei der Suche nach optimierten Lösungen zu unterstützen.
