בחזרה ליסודות: חלוקת הזרם בספקי כוח

לעתים קרובות יש צורך לספק יותר זרם אל עומס מאשר דירוג זרם המוצא של ספק כוח זמין. במקרים כאלה עשוי להיות אפשרי לחבר שני ספקי כוח או יותר במקביל כדי לספק את הזרם הרצוי אל העומס. חיבור מוצאם של ספקי כוח מרובים במקביל לא יבטיח שזרם העומס יתחלק בין היחידות בצורה מתקבלת על הדעת. גורמים רבים תורמים לאתגרים הפוטנציאליים בעיצוב ספקי כוח מקביליים (paralleled) כדי לחלק זרם עומס. ספקי כוח אחדים מתוכננים עם מעגלים מיוחדים שיש להשתמש בהם כאשר הם מונחים במקביל כדי להבטיח שזרם העומס מחולק נכון. על המשתמשים לסקור את התיעוד של משווקי ספקים כאלה כדי להבין כיצד לעצב נכון את חלוקת הזרם. מאמר זה יציג אחדים מהמאפיינים הבסיסיים של ספקי כוח וידון בשיטות של הקבלת היחידות אשר נעדרות כל הספקה מיוחדת כדי לאפשר להם את העיצוב המקבילי.

מקורות מתח אידיאליים
מקור מתח אידיאלי שומר על מתח קבוע ויכול לספק כמות בלתי-מוגבלת של זרם. מימוש זה לא ניתן לבנות פיזית מאחר שהוא דורש שמקור המתח יהיה מסוגל לספק כמות בלתי-מוגבלת של הספק כאשר זרם העומס עולה. אם כי עיצוב אידיאלי זה לא ניתן למימוש פיזית, הוא הבסיס עליו ספקי כוח מתוכננים.

מקור מתח בעל מגבלת זרם
לכל ספקי הכוח המעשיים יש גבול לכמות הזרם שניתן לספק לעומס. בזרם עומס מסוים מתח המוצא יפחת עד אפס וולט. למתכנן של ספק הכוח היכולת לבקר את התנהגות מתח המוצא הקורס כאשר זרם העומס עולה מעבר לערך עבורו ספק הכוח תוכנן. אופציות אחדות עבור התנהגות גבול הזרם כוללות הפחתה הדרגתית של מתח המוצא כאשר הזרם עולה מעל Iout max או לכיבוי מיידי של היחידה כאשר הזרם מגיע ל-Iout max. ניתן לתכנן את ספק הכוח כך שיתאושש אוטומטית מתנאי זרם-יתר או שניתן לתכנן אותו כדי שידרוש איפוס חיצוני.
ניתן להשתמש במקביל בספקים בעלי סוגים שונים רבים של התנהגות גבול הזרם; המשתמש חייב להיות ער לצורת הבקרה של ספק הכוח אם הוא נכנס לתנאי של הגבלת זרם.

עכבת מוצא מקור המתח
כמעט לכל מקורות המתח המעשיים יש עכבת מוצא חיובית, לא-אפסית. כאשר למקור מתח יש עכבת מוצא חיובית מתח המוצא נופל כאשר זרם העומס עולה. השינוי של מתח המוצא עם זרם העומס מאופיין כוויסות העומס במפרטי ספק הכוח. אופיינית רצוי שיהיה שינוי קטן ככל האפשר במתח המוצא כאשר זרם העומס עולה; צניחת המתח הנמוך מושגת עם עכבת מוצא נמוכה. צניחה במתח המוצא עם זרם עומס עולה משמשת לרוב כדי לאפשר חלוקת זרם בין ספקי כוח מרובים.
ספקי כוח אחדים תומכים בחישת מתח מרחוק במטרה למזער את תרומת עכבת המערך ל-Zout. כאשר משתמשים בחישת מתח מרחוק, התדרדרות ויסות העומס בשל עכבות פרזיטיות מוקטנת על-ידי הפעולה של לולאת המשוב. פרק מאוחר יותר יסביר מדוע חישת מתח מרחוק עשויה להיות בלתי רצויה ביישום של חלוקת זרם.

שגיאת נקודת-הקביעה של מקור מתח
כאשר בונים מקורות מתח מעשי תיווצר שגיאה בערך מתח נקודת-הקביעה. מתח שגיאה זה עשוי להיות חיובי או שלילי וניתן להקטינו לרמה סבירה על-ידי בקרת אפיצויות הייצור או על-ידי קיטום (trimming) של המוצר הסופי. שגיאה מזערית במתח נקודת הקביעה מהווה יתרון כאשר מעצבים ספקי כוח לחלוקת זרם.

הקבלה (paralleling) של ספקי כוח
אולי אחת הטופולוגיות הפשוטות ביותר לחיבור ספקי כוח במטרה להגדיל את הזרם המסופק אל עומס היא לחבר את מוצאי ספקי הכוח במקביל. מימוש פשוט זה עשוי לא לעבוד אם מאפייני מאזן זרם העומס של היחידות הם כאלה שאחד הספקים נכבה בשל הגעה לגבול הזרם המרבי לפני שהזרם הדרוש מועבר אל העומס. אם מקור מתח כלשהו מגיע לגבול הספקת הזרם ונכבה אזי שני ספקי הכוח עשויים להיכבות.
דוגמה של כיצד הקבלה של שני ספקי הכוח עשויה לא לעבוד היא אם השגיאה בקביעת המתח הראשוני בין הספקים גדולה מאשר הנפילה במתח מוצא בזרם עומס מרבי. בדוגמה זו ספק הכוח הראשון מספק את זרם העומס במלואו עד שהיחידה נכבית ואז היחידה השנייה נוטה לספק את זרם העומס אך היא גם נכבית מאחר שהיא הגיעה ל-Imax.

שיפור חלוקת העומס של ספקי כוח מקבילים
חלוקת עומס הזרם בין ספקי כוח ניתנת לשיפור בעזרת שיטות רבות. למרבה הצער, רבות מהטכניקות המגבירות את חלוקת העומס מפחיתות את ביצועי היחידות בשל ויסות עומס מופחת או יעילות המרת הספק מופחתת.
כוונון מתח המוצא עבור חלוקת זרם משופרת
שיטה אחת להבטחת שספקי כוח מחוברים במקביל מחלקים את זרם העומס בצורה הגיונית היא להתאים את הפרש מתח המוצא ללא-עומס כדי שיהיה משמעותית פחות מצניחת המתח בעומס מלא. אולם, עשוי להיות בלתי מעשי או אפשרי לכוונן את מתח המוצא של ספקי הכוח.

הגדלת צניחת המתח לשם חלוקת זרם משופרת
שיטה שנייה של שיפור מאפייני חלוקת העומס בין מקורות מתח מרובים היא להגדיל את צניחת מתח המוצא של כל ספק כוח כך שצניחת המתח בעומס מלא תהיה משמעותית גדולה יותר מאשר אי-ההתאמה של המתח בלא-עומס בין היחידות. לשיטה זו חיסרון פוטנציאלי שויסות המתח של המערכת מופחת כדי להתאים לצניחת המתח המכוונת עם זרם העומס (ויסות העומס).
לספקי כוח אחדים יש יכולת לווסת פנימית את צניחת המתח במוצא. דבר זה מבוצע טיפוסית על-ידי כוונון מתח הייחוס הפנימי בהתבסס על זרם העומס.
נגדים חיצוניים ניתנים לשימוש כדי להגדיל את צניחת המתח של ספק כוח אם התאמת הצניחה הפנימית איננה אפשרית והתוצאה של הפחתת ויסות העומס היא סבירה. נגדי הצניחה ממוקמים בטור עם מוצאי ספקי הכוח ולכן זרם המוצא זורם דרך הנגדים ויוצר פיזור הספק. צניחת המתח בנגדים מפחיתה את ויסות המתח וההספק המבוזר בנגדים מפחית את יעילות המרת ההספק של המערכת. נגדי הצניחה החיצוניים יכולים לשמש מוליכים בין ספק הכוח והעומס, נגדים דיסקרטיים ממוקמים בין הספק והעומס או צירוף של שתי עכבות אלה.

חיבורי חישת מתח מרחוק עבור ספקי כוח מקבילים
יש לחבר פיני חישת מתח מרחוק ישירות לפיני ה-Vout של מודול ההספק כאשר משתמשים בנגדי צניחה חיצוניים כדי לממש את חלוקת הזרם. נגדי הצניחה נבחרו כדי להפחית במתכוון את ויסות העומס של ספקי הכוח. חישת מתח מרחוק שגרתית (חיבור פיני החישה קרוב לעומס) משפרת את ויסות העומס של ספקי הכוח ובכך מונעת את הצניחה הנגרמת בכוונה על-ידי הנגדים.

מניעת נהיגה אחורית (back-driving) של ספקי כוח מקבילים
כאשר מסופי המוצא של ספקי כוח מרובים מחוברים במקביל אפשרי שאחת היחידות תוביל זרם לתוך המוצא של ספקי כוח אחרים. במקרים רבים דבר זה יהיה בלתי-מזיק ולכן לא יהווה סוגיה. אולם, בספקי כוח אחדים הזרם המובל לתוך המוצא של היחידה עשוי להזיק ליחידה ולכן יש למנוע אותו. אחת השיטות הפשוטות ביותר למנוע שזרם יובל לתוך המוצא של ספק כוח היא למקם דיודת בידוד בטור עם המוצא. זרם המוצא מספק הכוח יזרום דרך דיודות הבידוד וחכן ויסות נקודת הקביעה, ויסות העומס ויעילות המרת ההספק יהיו כולם מופחתים בדרגה על-ידי השימוש בדיודות.

סיכום
בשעה שאפשר להקביל כמעט כל ספק כוח, יש להודות שעשויים להידרש מספר רכיבים חיצוניים כדי להשלים את המטלה. המאפיינים של מערכת ספקי הכוח הנוצרת עשויים להיות מופחתים בדרגה בהשוואה למה שניתן להשיג עם ספק כוח יחיד המספק את כל הזרם עבור העומס. אפילו אם ידוע שהביצועים של מערכת הספקת המתח יכולים להיות מופחתים בשל ספקי הכוח המקבילים, יכולות להידרש יחידות להפעלה במקביל כאשר נתוני הספקת הזרם של ספק כוח יחיד אינם מתאימים לספק את כל הזרם לעומס. מידע נוסף על ספקי כוח מ-CUI, ניתן למצוא באתר החברה.