אודי לוי, גמאטרוניק
מיישר הוא שם כללי לספק כוח שהוא גם מטען מצברים.
בד”כ מיישר כזה מתאפיין בכניסת AC עם תחום מתח רחב ככל האפשר ע”מ להתאים למדינות שונות וביציאת DC מיוצבת המתאימה להזנת עומסי תקשורת שונים.
מיישר כזה הוא אבן בניין למערכת הספק מודולרית הכוללת מספר מודולי מיישרים, בקר לניטור ושליטה, מעגל לניתוק העומס כאשר מתח המצבר נמוך (LVD).
באיור 1 רואים מערכת טיפוסית כזו.
בזמן שיש חשמל זמין המיישרים הופכים אותו למתח ישר מיוצב המספק אנרגיה לציוד התקשורת וכן טוען את המצברים. בקר המערכת מאפשר ניטור ודיאגנוסטיקה של המערכת וקישורה לעולם החיצון.
כאשר הרשת אינה זמינה, המיישרים אינם פועלים והמצבר מספק את האנרגיה לציוד. המצבר מתפרק ובהגיעו לרמת מתח נמוכה יש להפסיק את הגיבוי ע”מ שלא לגרום לו לנזק. בד”כ המצבר מתוכנן להספיק עד שהרשת חוזרת או עד שמופעל גנרטור גיבוי.
הדבר מתבצע באמצעות מעגל Low Voltage Disconnect בצורה של ממסר מכני או מתג אלקטרוני.
בשנים האחרונות הכיוון הוא להעלות את נצילות המיישר ככל שניתן. נצילות המודול הבסיסי תקבע את נצילות כלל המערכת המורכבת מהרבה מודולים כאלה.
הנצילות לכל מערכת הספק חשובה ביותר ולא ניתן להפריז בערכה להשגת הגורמים הבאים:
פיזור חום קטן
גודל ומשקל קטנים
אמינות גבוהה עקב חימום רכיבים נמוך
אוורור ומיזוג פחותים נדרשים
חיסכון בחשמל
הקטנה בפליטת גזי חממה כתוצאה עקיפה
עד לפני מספר שנים ניתן היה לראות מיישרים מכובדים עם נצילות של 90%. הטובים ביותר טיפסו ל- 92%. מדובר בד”כ על מיישר שיש לו שתי דרגות עיבוד הספק: (AC – DC (PFC ולאחריה DC-DC. הדרגה הראשונה בד”כ אחראית לתיקון גורם ההספק בכניסה וליצירת מתח גבוה (400Vdc).
לכל דרגה במיישר נצילות משלה והנצילות הכללית היא מכפלת הנצילויות. יוצא מכך שעבור נצילות של 92% כל דרגה צריכה להיות נצילה בכ- 96% שזו משימה לא פשוטה בכלל.
איור 1
איור 2
איור 3 (מקור: ST)
יש להבין שהשיפור בנצילות בין 92% לבין 96% הינו עצום ומשמעותו קיצוץ בהפסדים למחצית.
למשל, מיישר בהספק של 1800 וואט בנצילות 92% יפזר 156 וואט ואם נצילותו 96% יפזר רק 75 וואט. ההבדל עצום למרות שהנצילויות “דומות”.
באיור 2 מתוארת עקומת ההפסדים כאחוז מהספק היציאה, כפונקציה של הנצילות.
איור 4 (מקור: TI)
איור 5 (מקור: ON-SEMI)
איור 6
מהעקומה רואים ששיפור הנצילות מ- 92% ל- 96% גורר ירידת הפסדים מ- 8.7% ל- 4.2% (יותר ממחצית!)
עם הזמן התפתחו טופולוגיות ההספק לשתי הדרגות: בדרגת הכניסה התפתחה הגישה של Bridgeless PFC (ראה איור 3) שניצלה את הטרנזיסטורים כך שגשר הדיודות בכניסה נחסך, וההפסדים שלו נחסכו עימו. בדרגה זו ניתן להגיע לנצילות של 98% בתכנון זהיר. בשנים שלאחר מכן התפתח השימוש ב – Interleaved PFC שבו דרגת ההספק, בד”כ מסוג BOOST מפוצלת לשתי דרגות קטנות יותר משמעותית הפועלות באנטי-פאזה האחת לשניה. ע”י כך זרמי המשנקים בתדר המיתוג מתקזזים ורכיב תדר המיתוג של זרם הכניסה קטן משמעותית (ראה איור 4).
לעומת זאת, בדרגה השניה נעשית המרה ממתח 400Vdc למתח היציאה המיוצב 48Vdc (בד”כ 54Vdc לטעינת ארבעה מצברים בטור) ושם התפתחו טופולוגיות שונות. את הדרגה הקלאסית של ממיר מסוג Forward Converter שהייתה בשימוש עשרות שנים החליפו ממירים רסוננטיים מסוגים שונים כאשר לאחרונה ממיר מסוג LLC נכנס לשימוש אינטנסיבי עבור נצילויות גבוהות ביותר. ממיר כזה מתואר באיור 5 והוא כולל שני משנקים (טורי ומקבילי) וקבל ומכאן שמו.
על מנת לקבל נצילות גבוהה עוד יותר נעשה שימוש במיישר סינכרוני Synchronous Rectifier שהוא למעשה מחליף את דיודות היישור במוצא בטרנזיסטורים MOSFET. סידור זה משפר את הנצילות בכ- 2% בקירוב.
חברת גמאטרוניק מפתחת זה 40 שנה מיישרים ומטענים. הסדרה האחרונה של החברה מציגה מיישרים בהספק של 1800 וואט עם נצילות – על המגיעה ל- 96.5%
מיישרים אלה מיועדים בעיקר לשוק הטלקום אך גם לשימושים אחרים.
המיישרים כוללים דרגת PFC לתיקון מקדם ההספק בכניסה בטופולוגיה של Interleaved BOOST.
דרגת המוצא בנויה בשיטה של LLC והנצילות הכללית המתקבלת מורכבת מנצילויות פנטסטיות של 98.2% בממוצע לכל דרגה.
התכנון עושה שימוש ברכיבים המתקדמים ביותר בתחום של טרנזיסטורים, דיודות, מגנטיקה ובקרה.
נצילות המיישר מופיעה באיור 6.
אודי לוי מנהל פיתוח בחברת גמאטרוניק.
