בתחום הצבאי קיימת דרישה תמידית לעליה בצפיפות ההספק, בביצועים, בנצילות ובאמינות, ומנגד למארזים ולעלויות קטנים יותר. התעשייה בתחום עוברת לטכנולוגיות ירוקות עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר וממערכות בתקן צבאי מלא למערכות מסחריות. מעל לכל, הגודל והמשקל הופכים להיות המניע העיקרי בתחום.
כלי רכב קרביים
המגמה העיקרית כיום היא חשמול כלי רכב ואוטומציה של חלקם. חלק גדול מהמערכות ההידראוליות מוחלפות בחשמליות ולאלה נדרשות מערכות הספק. פלטפורמות קיימות, משודרגות עם אלקטרוניקה ולמעשה כל הפלטפורמות החדשות מכילות מערכות הספק רבות מתמיד של אלקטרוניקה.
פלטפורמות חדשות רבות מנצלות את טכנולוגיית ההספק שפותחה עבור תוכנית FCS. למשל, רכב הקרב החטיבתי של הצבא (GCV) יכול להשתמש בבקרים למנועי סרוו שפותחו עבור כל כלי הרכב בתוכנית. בקרים אלו משמשים לכמה פונקציות שונות, בהן הנעת הצריח והצבתו, מערכת הטיפול בתחמושת, מניפות ומשאבות ברכב ופתיחה אוטומטית של דלתות ופתחים.
הבקרים החדשים עברו בדיקות באבי טיפוס של כלי רכב לתוכנית FCS, במיוחד בתותח לירי מחוץ לקו הראיה (NLOS–C), שהוא כלי הרכב המוביל בתוכנית FCS מבחינת לוחות הזמנים. כלי רכב קרביים רבים יותר משתמשים בטכנולוגיית מתח גבוה הדורשת גישה שונה לאלקטרוניקה. טכנולוגיית המתח הנמוך (28 וולט) משתמשת בדרך כלל ברכיבי MOSFET ולעומתה משתמשת טכנולוגיית המתח הגבוה (610 וולט) ברכיבי IGBT. יתרונות המתח הגבוה כוללים צפיפות הספק והעברת הספק גבוהות יותר ונצילות מוגברת.
מגמה זו, שבה מציידים את כלי הרכב הקרביים ביותר מערכות אלקטרוניקה לרכב, תמשיך ככל הנראה, עובדה שתוסיף גם מערכות הספק אלקטרוניות שבתחומן מתחוללת מהפיכה: החברות יוצאות לשוק בקביעות עם התקני הספק והתקני בקרה הקשורים למערכות הספק אלקטרוניות.
מחומצה ועופרת אל הליתיום
בכלי רכב קרביים וברכב טקטי רך משולבים מצברים המשמשים להפעלה עצמאית של התקנים, כדוגמת מערכות כיבוי אש ומפעילים להנעת דלתות. מקורות הכוח למערכות אלו ולמערכות רדיו, GPS ויישומים נישאים אחרים לכוחות לוחמים ביבשה היו בעבר מצברי עופרת והיום משמשים עבורם מצברי זרחת ליתיום–ברזל.
ההבדלים בין מצברים אלו לסוללות תחמוצת ליתיום–קובאלט, המשמשות כמעט בכל מחשב נייד ובכל טלפון סלולרי, טמונים ביכולת אספקת הזרם ובטווח טמפרטורות העבודה – שניהם גדולים יותר במצברי הזרחה. יכולת הזרם מאפשרת יצירת מצברי זרחה שווי ערך למצברי עופרת אבל קטנים מעט יותר, קלים הרבה יותר ורגישים הרבה פחות לבעיות של אוורור ונזילות. בתעשייה צופים שבשנים הקרובות יהיו שיפורים בקיבולת הכוללת של מצברים עם עליה בדרישה למצברי זרחת ליתיום–ברזל כשיצרני OEM יחפשו חלופות לטכנולוגיית העופרת.
ניהול הספקים
מערכות ניהול הספקים זוכות לתשומת לב בדומה לספקי הכוח. כוחות המארינס של ארה”ב מתוכננים להעריך בקיץ הקרוב מערכות ניהול הספקים לרכב במטרה לשפר את ביצועי הכוחות על ידי הגדלת אספקת החשמל לכוחות היבשה. מערכת ניהול הספקים שנמצאת כיום בפיתוח ותותקן ברכב השטח הצבאי האמר (HMMWV), תגדיל ביותר מפי שלושה את תפוקת החשמל שלו ותאפשר אספקת חשמל לתמיכה במתקנים כגון חפ”ק, ובתי חולים שדה. המערכת תאפשר גם לספק חשמל בחרום במקרים של אסונות טבע. שילוב של מערכות ברכב האמר ירחיב בו את יכולת ההפקה הרציפה של חשמל נייד ל–30 קילו–וואט לצורך תמיכה ביחידות משלוח של כוחות המארינס.
המערכת המשולבת מפיקה חשמל ומנהלת אותו לשימוש בכלי הרכב וכמקור חשמל לשימוש חיצוני, מבטלת את הצורך במחוללי חשמל נגררים ומשפרת את הניידות של רכב ההאמר. פתרון הניהול משמש גם לניהול אביזרים ברכב המופעלים בחשמל כדוגמת משאבות מים, מאווררי מנוע, משאבות להגה כוח ומיזוג אוויר.
תגובה ראשונה
יישומים אחרים לכלי רכב צבאיים מתבססים יותר ויותר על רכיבים אזרחיים מהמדף. שילוב של ממירים ממתח ישר למתח ישר עם ממירים ממתח חילופין למתח ישר, מאפשר הקטנה של 25 אחוז בגודל המארז. מערכת זו שולבה במקלטים ניידים טקטיים המשמשים כוחות לתגובה ראשונה והיא נבחרה בזכות מפרטי העמידה בהלמים וברעידות ובזכות טווח טמפרטורות העבודה הרחב שלה. תחום נוסף שבו הדרישה גוברת הוא ספקי כוח מקוררים בהולכה או בהסעת חום.
תת מימי ובאוויר
מערכת צבאית מוקשחת להמרת מתח ישר למתח ישר, מבוססת רכיבי COTS עם מתח כניסה של 28 וולט, הותאמה לשימוש בכלי רכב קרקעיים וביישומים מוטסים, אם כי היא משמשת גם במערכת סונר אקטיבי תת מימי. סונר אקטיבי יכול לגלות צוללות מסוגים שקטים מידי לגילוי באמצעות סונר פסיבי ויונקים ימיים גדולים הנמצאים באזורים רועשים כדוגמת אזורי תמרונים צבאיים. היישום של ממיר המתח שימש במערכת סונר אקטיבי להגנה על נמלים.
מערכת הסונר, המורכבת מגליל תת מימי עם מתמרים הידרופוניים, משדרת אות וקולטת את האות המוחזר. הקולות הנקלטים מנותחים כדי לזהות את העצם או התוקף, בין אם מדובר בשחיין, בלויתן או בכלי רכב תת ימי. התכנון דרש פתרון בעל אמינות גבוהה, קטן ממדים, מפיק רעש נמוך, פועל בהספק של 1 קילו–וואט ועם פיזור הספק נמוך.
צורכי האספקה של מל”טים
מודולי הספק בגלי מיקרו משמשים ביישומים מוטסים, כמו למשל הדמיה של איומי לוחמה אלקטרונית, במערכות אלקטרוניות של אמצעי נגד (ECM) ובמכ”מים רב–אופניים בחריר סינתטי (SAR). מודולי ההספק מסנכרנים את תדירות המיתוג של ספק הכוח לאות השעון של המכ”ם ומשתתקים בזמן האות כדי להבטיח שלא יאבד כל אות.
מגברי TWTA משמשים כמגברי משיבים בלוויינים שלהם נדרש שימוש בפס Ku ותדירויות גבוהות יותר. היחס בין הספק תפוקת ת”ר (RF) של המגברים לבין כניסת ההספק (הנצילות האמיתית) גדול כיום מ–60 אחוזים ומהר מאוד יגיע ל–70 אחוזים.
ארגונים צבאיים כדוגמת חיל האוויר האמריקאי ממליצים כיום לפתח ספינות אוויר לגובה רב (HAA). מגברי TWTA יוכלו לשמש היטב בספינות כאלה בזכות יכולתם לעמוד בתנאים הקיצוניים כמו לחץ, רעידות וטמפרטורה הכרוכים בטיסה בגבהים גדולים. נראה שבעשור הקרוב, ישמשו מגברים אלו בטווח רחב של יישומים צבאיים שבהם נדרשת תפוקה של ת”ר בהספק מוצא רציף של 2.5 קילו–וואט ושל 25 קילו–וואט בפולסים בתדירות של עד 95 ג’יגה–הרץ. כיום, בטכנולוגיה של מוליכים למחצה לא קיים מגבר שיכול לספק רמה כזו של הספקים ורוחב פס. בו בזמן, יצטרכו מגברי ההספק להיות קלים וקומפקטיים יותר ולהשגת מטרה זו ישולבו מגברי TWTA עם מגברי מצב מוצק.ממתח ישר למתח חילופין ועמידות לקרינה
לאחרונה מורגש מעבר מחלוקת מתח ישר לחלוקת מתח חילופין בתעשייה הצבאית והאווירית. נצילות הספק, פונקציונליות מתעצמת בפתרונות קלים וקטנים יותר ואמינות בתנאי סביבה קיצוניים ממשיכים להיות הנושאים שדוחפים את התעשיות האלה. ביישומי חלל מתעצמת מגמה של החלפת הממסרים האלקטרו–מכניים הרגישים לרעידות ולהלמים במוליכים למחצה. ממסרי מוליכים למחצה עמידים לקרינה משמשים למיתוג אפיקי הספק ולטעינת מצברים ביישומים לשימוש בחלל באמינות גבוהה.
מעבדים הפועלים במתח נמוך דוחפים מתכננים של יישומי אוויוניקה,יישומים צבאיים ויישומי חלל באמינות גבוהה לפתח מערכות המרת הספק בעלות נצילות גבוהה ביותר, בגודל קטן ועם כדאיות בעלות. כמענה לדרישות אלו יצא לאחרונה לשוק ממיר העומד בתנאי תקן MIL–PRF–38534 Class H. פתרונות מיקרו–אלקטרוניקה היברידיים עלולים להיות בעייתיים מבחינת העלות. השילוב של טופולוגיות מוכחות וגישות תכנון המשמשות בהתקנים היברידיים עם מכלולי SMT אוטומטיים הזולים ועם מארזים לא אטומים מאפשר לעמוד בדרישות העלות של פרוייקטים, כגון יישומים יבשתיים, כלי רכב צבאיים ומערכות מוטסות שאינן קריטיות לטיסה.
כיום, דורשים המתכננים מתחים שונים מבעבר להפעלת המערכות שלהם, במקום 5 וולט, 12 וולט ו–15 וולט, משמשים היום 6.3 וולט, 7 וולט, 8 וולט, 9.5 וולט, 18 וולט ומתחים אחרים. במקרים מסוימים יש צורך לפצות על ירידת מתח בדיודה או בהתקן אחר באמצעות מתח גבוה מעט יותר.
חיסכון בזמן ובכסף
הכוחות הפועלים בשוק הם הורדת עלויות במקביל לשיפור הביצועים, והמגמה היא קיצור זמן הפיתוח. התכונות החשובות למשתמשי הקצה ימשיכו להיות בעתיד הגודל, המשקל, וההספק, שאותם ינסו ספקי אלקטרוניקת ההספק לשפר ללא הספק. מתכננים ואינטגרטורים של מערכות יחפשו את הרכיבים או את מערכות ההספק השלמות שיש להם גמישות בקונפיגורציה, כמו למשל במבחר של מתחי כניסה ויציאה ושל רמות הספק והם בעלי אפשרויות מכניות שונות, נצילות גבוהה, מפיקים רעש נמוך, קלים לשימוש ומספקים אמינות גבוהה.
נראה שהתקציבים ימשיכו להצטמצם עם הזמן, והחברות ייאלצו לבצע משימות רבות יותר בעלות נמוכה יותר. ייתכן שהמתכננים ייאלצו לסמוך יותר על תעשיית מערכות ההספק שתספק פתרונות שלמים ללא העלות הגבוהה של פיתוח חדש.
