הנדסים כיום יחושו את הלחץ לעשות יותר בפחות זמן, להיות מומחים במקצועות רבים ולנצל את המשאבים שלהם בצורה יעילה יותר כדי למרב את הרווחים. סביבה זו משנה את הדרך בה מהנדסים מוצאים פתרונות לאתגרים הלוחצים ביותר שלהם, במיוחד כאשר מדובר בצורך הבלתי נמנע של הזנת הספק.
לרוב הארגונים כיום אין המשאבים הכספיים או ההנדסיים כדי להקדיש צוות פנימי לפיתוח ספקי כוח העונים במיוחד לצרכים של פרויקט מסוים. במקום זאת, על אחד ממהנדסי הפרויקט מוטל (או מופל, כמו שלפעמים קורה) למצוא את ספק הכוח העונה ליישום. אחת הבחירות המקובלות שניצבת בפני המהנדס במצב זה היא או לבחור את אורך הזמן הדרוש כדי לפתח ספק כוח מרכיבים דיסקרטיים או להשתמש במודול מתוכנן מראש מספק חיצוני. זוהי בהחלט לא דילמה חדשה עבור המהנדס, אולם, ככל שמחזורי התכנון מתקצרים ויישומים של כל התעשיות דורשים יותר הספק בפחות מקום, התשובה לשאלה ותיקה זו מוסיפה להתפתח.
צפיפות ההספק
אחת הפשרות הבולטות ביותר בין פתרונות ההספק הדיסקרטי והמודולים המתוכננים מראש היא המקום שהם צורכים וצפיפות ההספק הכרוך שהם מספקים. צפיפות ההספק היא מדידה של מספר הואטים של הספק המומרים ליחידת הנפח הנצרך, המכונה אופיינית כ-ואטים לאינטש מעוקב (W/in3). רוב התעשיות כיום מוסיפות לדרוש ציוד בעל הספק מחשוב גדול יותר, יכולות חישה ותכונות. אולם, המקום המוקדש לשם ביצוע משימות אלה אינו גדל ובמקרים רבים דורש הקטנה של המקום הנתפס. אולם, המקום המוקדש לביצוע משימות אלה אינו גדל ולעתים קרובות דורש הקטנה של המקום התפוס. דבר זה מוביל את הצורך בצפיפות גבוהה ופתרונות משולבים יותר; מערכת הספקת ההספק איננה יוצאת-דופן.
מודולי הספק מהמדף ממוטבים לעתים קרובות עבור מידות ויכולים לספק את המספר הגבוה ביותר של ואטים בנפח הקטן ביותר. לדוגמה, איור 1 מדגיש את סדרת ה-VOF-300 ספקי כוח ac-dc של CUI, המספקת צפיפות הספק של עד 14.7 W/in3 במארז מותקן על אושיה.
בקצה השני של הספקטרום הם ספקי הכוח המתוכננים ישירות על המעגל המודפס של המערכת בעל רכיבים דיסקרטיים. בפתרונות אלה, קיימות לעתים קרובות דרישות למקום בין פיתרון ההספק ושאר התפקידים של מעגלי המערכת. עם ספקי כוח הדורשים רכיבים גדולים ומגושמים, עשוי להיות קשה למרכז את כל הרכיבים בפיתרון אחד ברמת הכרטיס, וכתוצאה צפיפויות הספק הרבה יותר נמוכות. דבר זה נכון במיוחד כאשר יישומים מתוכננים בכוונה לחבר רכיבים אחד בצד אחד של המעגל. ללא היכולת להשתמש בצד הנגדי של מעגל המערכת, פיתרון ההספק הדיסקרטי ישאף להתפשט ולצרוך שטח ערכי במעגל.
איור 1 : ספק כוח במסגרת פתוחה המספק עד 314.7 w/in
בנסיבות אלה, כאשר המעגל המודפס של המערכת מוגבל לרכיבים הממוקמים בצד אחד, מודולי הספק מתוכננים מראש יכולים להציע חסכון משמעותי במקום; במיוחד כאשר קיים מקום אנכי ביישום כדי למקם את ציר ה-z שהוא השטח הניצב למשטח של המערכת. דבר זה מגדיל בהרבה את הערך של המודול המוכן-מראש, המיוטב לגודל ומספק פיתרון תקע-והפעעל. איור 2 מצביע על הקטנת של המעגל הנתפס על-ידי מעבר התכנון מפיתרון חד-צדדי דיסקרטי של הספקת הספק, לצד כפול של פיתרון הספקת ההספק, ולבסוף למודול הספק מתוכנן מראש המסוגל לנצל את המקום בציר ה-z מעל המעגל המודפס.
ייטוב התכנון
מהנדסים המתכננים ספקי כוח דיסקרטיים מרובים כל שנה עשויים לאהוב לבנות מערך של רכיבי “go to” מובן ובוטח. אולם, עבור רוב המהנדסים, המחשבה של תכנון ספקי כוח דיסקרטיים עשויה להיות די מפחידה ומכבידה למימוש בצורה מתאימה. לכן, מהנדסים רבים פונים לתכנוני ייחוס מספקי רכיבי הספק שונים כדי לזרז את התהליך. ספקי רכיבי הספק עושים כיכולתם כדי לסייע להגדיר רשימת רכש, להציג המלצות ומעשי תכנון טובים יותר, אולם כל יישום שונה ודורש לעתים קרובות מהמהנדס לסטות מתכנון הייחוס כדי לענות לביצועים, אילוצי מקום, דרישות תרמיות או EMI של היישום שלהם. דבר זה נושא את הסיכון של כניסה לקשיים; במונחים של עלות וזמן כמו גם ביצועים.
לדוגמה, יישום חדש עשוי לדרוש מעגל מודפס בעל שתי שכבות עם 1 oz נחושת, אולם תכנון הייחוס הנבחר עבור פיתרון ההספק הדיסקרטי ממליץ על 4 שכבות של 2 oz נחושת. קיימת האופציה להכפיל את כבות המעגלים ולהכפיל את משקל הנחושת של כל כרטיס היישום, אך הדבר נעשה על-ידי עלות משמעותית לתכנון. בנוסף, עדיין קיים עומס הזמן לערוך בזהירות את להספק ולייטב עקיבות עבור הרכיבים הדיסקרטיים בהתאם להמלצות הספק.
מודולי הספק מוכנים, בניגוד, מאפשרים למהנדסים לזכות בטוב בין שני העולמות; הם יכולים לתכנן את מעגל התכנון תוך שימוש במספר המזערי של שכבות והכמות המזערית של נחושת תוך שימוש בהשפעת מודול ההספק כדי לפשט ולייטב את צורכי המרת ההספק. במקום לבזבז כמויות זמן גדולות כדי לעקוב אחרי כל ספקי הרכיבים הדיסקרטיים הנחת מישורי ההספק, לשמור על לולאת משוב חזקה ושקטה ולהישאר קשוב להרחקת צמתי המתג ממעגלים אנלוגיים רגישים, המהנדסים יכולים לבחור פשוט מודול בגודל מתאים מתוכנן מראש ולמקד את מאמציהם על משימות אחרות הכרוכות עם התכנון שלהם.
מקרה לעניין הוא סדרת PBO-5 של ממירי ac-dc 5 ואט המוצגת להלן. מודולים קומפקטיים אלה מספקים פתרונות ישירים מותקנים בכרטיס כדי להמיר את הספק קו ה-ac לפס dc עבור מעגלים חשמליים שונים (הזמינים במתחי מוצא מ-3.3 עד 24 וולט (dc. מודולי PBO אלה הם מאושרים על-ידי UL ו-CE, מציעים מתח בידוד של 3 קילו-וולט ac, ומספקים הגנה בפני קצר ועל-זרם, הכל במארז SP אולטרא-קומפקטי.
איור 2: דוגמא של המקום בכרטיס הנתפס ע”י פתרונות דיסקרטיים ומודולריים
אמות התכנון
בדיקת האיכות ואימות התכנון של ספק כוח הם גורמים נוספים שמהנדס צריך להביא בחשבון כאשר הוא בוחר בין פיתרון דיסקרטי או מודולרי. ביצוע של כל בדיקות האימות הנחוצות עבור תכנון דיסקרטי הוא משימה לא פשוטה אשר תצרוך זמן ומאמץ רבים. מהנדס יכול לבלות שבועות בתכנון וניפוי התכנון, והעלות ופרק הזמן של הפרויקט יגדלו עם כל סחרור נוסף שעשוי להידרש. בניגוד לכך, מודולים על המדף שנבדקו מראש, אומתו מראש ולעתים אושרו מראש עבור תקני ההבטחה וה-EMI הישימים שמערכת ההספק תידרש לקיים. על-ידי בחירה של מודול הספק מאושר מראש, תהליך האשרור של היישום הסופי עשוי לעתים קרובות להיות מזורז.
שיקול נוסף כאשר מתכננים פיתרון דיסקרטי מתרכז בעובדה שכמעט בכל המקרים, האמינות ההיסטורית ונתוני הביצועים לא יהיו כנראה זמינים לשם ניתוח מדידות דוגמת תשואה וקצב תקלות. דבר זה מוסיף, בתורו, שכבה נוספת של סיכון בתהליך התכנון. מודולים, מאידך,באים עם היסטוריה של איכות ברורה שניתן להשיג ממשווק ספק הכוח, תוך מתן אפשרות למהנדסים לבנות פיתרון הספק מתוכנן מראש לפני הצבתו בתוך היישום.
איור 3: סדרת PBO SIP ad-dc 5 ואט יוטבה כדי להשפיע על ציר ה-Z.
תוך צמצום רב של המקום בכרטיס.
סיכום
לשם הגינות, נומר שמודולים מתוכננים מראש יהיו כמעט תמיד יקרים יותר מאשר מימושים דיסקרטיים כאשר מביטים רק ברשימת הקניות. לכן ארגונים רבים המפתחים יישומים בנפח גדול מציבים את הצוותים שלהם בפני פיתרון זה. תלוי בגורמים כבון דרישות עלות החומרים כמטרה ויכולות בתוך הבית, פתרון דיסקרטי עשוי להיות ההתאמה אידיאלית. אולם, כאשר מנתחים את עלות התכנון חובה להתחשב בכל המשאבים הכרוכים, כולל זמן התכנון, זמן ההדמיה והכלים לכך, זמן העריכה ודרישות המעגל המארח, זמן ההערכה ועלויות הון הציוד בנוסף לעלות החומרים בלבד. לגבי חברות רבות, כאשר פרויקטים מנותחים מרמה יותר גבוהה זו, השימוש במודולי הספק מוכנים לשימוש מאפשר לפרויקטים לעבור לייצור בזמן קצר יותר, עם פחות סיכון, פחות דאגות ופחות עלויות פרויקט כוללות. הם עשויים לא להיות התשובה עבור כל יישום, אולם מהסיבות המצוינות לעיל, מודולי הספק מוסיפים לזכות להעדפה במספר הולך וגדל של תכנונים.
