סוגים מגוונים של מיכשור חשמלי, עם תפקודים שונים, משולבים לצורך הפעלה שוטפת של כלי טייס אזרחיים וצבאיים, לוויינים וכו’. פעולתם התקינה תורמת לפיתוח לטווח ארוך של מערכות אוויר וחלל.
המחקר, הפיתוח, הייצור והתחזוקה של מיכשור חשמלי זה מצריך בדיקות מרובות, הכוללות בדיקות אמינות, בדיקות תפקודיות, מבחני פעולה במצבי קיצון, עמידות בהפרעות אלקטרומגנטיות ועוד – בדיקות המחייבות שימוש בספקי כח DC מתוכנתים בעלי דיוק וביצועים גבוהים.
בתחום התעופה והחלל, ספקי כח DC מתוכנתים משמשים בעיקר לבדיקת ממירים DC-DC, מצברים, מדמי טיסה וציוד חשמלי אחר המופעל ב-DC.
איור 1. צורת הגל של מתח המוצא של ספק הכח DC, בהדמיה של אספקת החשמל של המטוס
בדיקות אמינות
בדיקות אמינות של ציוד חשמלי כוללות בדרך כלל בדיקת נפילת מתח, בדיקת עליית הטמפרטורה, בדיקת ON / OFF ובדיקת הזדקנות. הציוד החשמלי המיועד לתעשיית החלל חייב להיבדק לפי תקנים מחמירים וקפדניים יותר מאשר ציוד קונבנציונלי, המחייבים את הציוד לעבוד בצורה תקינה ומתמדת גם בתנאים חריגים של אספקת חשמל ולא רק בתנאי אספקה רגילים.
לדוגמא, מערכת אספקת החשמל של המטוס, המספקת כח DC לציוד החשמלי, עשויה לחוות לעיתים תנאים של מתח-יתר או תת-מתח, אך הציוד החשמלי הניזון ממערכת זאת חייב להמשיך לפעול בצורה תקינה, גם במקרים של אספקה חריגה, להבטחת פעולתו התקינה והבטוחה של המטוס.
לכן, הכרחי לבצע בדיקת מתח-יתר ותת- מתח. בבדיקה זאת יש להשתמש בספק כוח, בכדי לדמות את מערכת אספקת מתח ה-DC של המטוס. ניתן לדמות את שינויי המתח ע”י מוצא מתח משתנה מתמשך, בצורת גל שנקבע מראש. כך, נספק לציוד הנבדק מתח שידמה את התנאים הרגילים והחריגים של מוצא מערכת האספקה של המטוס ונבחן את פעולת הציוד בתנאים של מתח נומינאלי, מתח-יתר ותת-מתח. איור 1 מציג את צורת הגל של מתח המוצא של ספק הכח DC, בהדמיה של אספקת החשמל של המטוס, בתנאים של מתח-יתר ותת-מתח, לצרוך בדיקת הפעולה של מערכות המטוס.
מתח ה- DC הנומינאלי של מערכות אספקות החשמל ברוב המטוס הוא 28V בדוגמא מעלה מתח המוצא של ספק המתח, המדמה את מתח המטוס, כוון לערך של 28V למשך 5 דקות; לאחר מכן, המתח עולה לערך מתח-יתר של 50V למשך 50 מילישניות; מוחזר לערך של מתח נומינאלי של 28V למשך 10 שניות ותת-מתח של 0V למשך 7 שניות.
מחזור בדיקה זה חייב להתבצע שלוש פעמים.
איור 2. צורת הגל של מתח המוצא של ספק הכח DC רגיל
יצירת צורת גל זאת, מתבצעת ע”י תכנות מתח המוצא של ספק כח ה-DC. קיימת סידרת ספקי כח המאפשרת למהנדס התכנון של מערך הבדיקה לקבוע את רמות המתח ופרקי הזמן ע”י לחצנים בחזית ספק הכח וע”י כך לפשט בהרבה את מלאכת התכנות.
בנוסף לפונקציות התכנות, ספקי הכוח DCהמשמשים לבדיקות הנ”ל, חייבים להיות בעלי יכולות של עליית מתח במהירות גבוהה ובזמן קצר; אחרת, לא ניתן לבצע שינויים מהירים של ערכי מתח וע”י כך לדמות בצורה מהימנה את התנהגות מערכת אספקת המתח של המטוס.
לדוגמא, זמן עליית המתח מ-28V ל-50V הוא רק 50ms, כמוצג בצורת גל המתח באיור 1. ולאחר מכן את המתח יורד חזרה ל-V28. זמן עליית המתח בספקי כח DC רגילים הינו כ-150ms. איור 2 מציג את צורת גל המוצא של ספק כח בעל מהירות תגובה נמוכה.
בהשוואה של איור 2 ואיור 1 ניתן להבחין כי מוצא המתח של ספק כח רגיל עולה או יורד לאט בהרבה ולכן אינו יכול לענות לדרישת צורת הגל של הבדיקה הנדונה. קיימים ספקי כח DC שזמן עליית המתח המזערי שלו הוא פחות מ-10ms ולכן ניתן לממש בקלות את דרישות אספקת החשמל DC ליישום הבדיקות המדויקות הנדרשות ע”י התקנים של התעופה והחלל.
בדיקות הזדקנות
בדיקות ההזדקנות היא הכרחית עבור ציוד אלקטרוני בכלל ובמיוחד עבור ציוד חשמלי בתחום התעופה והחלל. כיוון שהמטוס והחללית פועלים לזמן ממושך באטמוספירה או בחלל, בדיקת ההזדקנות של הציוד החשמלי חשובה ביותר. במהלך הבדיקה הזדקנות, ספק כח DC משמש בעיקר לאספקת כח ברציפות לציוד הנבדק לאורך זמן רב. לכן, את היכולת של פעולה יציבה לטווח ארוך הוא גורם הכרחי באספקת החשמל ליחידה הנבדקת לצורך בדיקת ההזדקנות.
בהתחשב בצריכת האנרגיה של ספקי כח, העומסים האלקטרוניים וציוד בדיקה אחר ובעובדה שבדיקת ההזדקנות נמשכת זמן רב, ישנם מוצרים המצוידים במערכת אוורור חכמה, אשר בנוסף להשגת ביצועי קירור טובים, גם חוסכים בצריכת החשמל הכללית.
בהתחשב בתקשורת שבין ציוד הבדיקה, המרכיב את מערכת בדיקת הזדקנות, לבין תוכנת הבדיקה הייעודית, ניתן למצוא ספקי כוח DC הכוללים מספר ממשקים מובנים, המציעים גמישות מירבית בבחירת הממשק הנוח והטוב ביותר למשתמש; בכך, נחסכות העלויות של רכישת ממשקים שונים ואיפיונם. מעבר לכך, הממשקים המובנים משפרים את מהירות תקשורת ויציבות הביצועים, עם מהירות תקשורת ממוצעת של פחות מ-30ms.
בדיקות ההפרעה האלקטרומגנטית
המיכשור האלקטרוני המופעל במטוסים, בלוויינים וביישומים תעופתיים אחרים ממלא תפקיד מרכזי במשימות הטיסה. עם זאת, כמעט כל ההתקנים אלקטרוניים עשויים ליצור קרינה אלקטרומגנטית במהלך פעולתם, העלולה לגרום הפרעות בפעולתם של התקנים אחרים. לדוגמה, בתוך תא הטייס של המטוס פועלים מספר התקני תקשורת אלקטרונית, ובאם קורה כי פעולתם התקינה נפגעת כתוצאה מהפרעות אלקטרומגנטיות, ההשלכות חמורות ומסוכנות. בדיקת ההפרעות האלקטרומגנטיות בתחום התעופה והחלל חיונית ונדרשת ע”י מהנדסי בטיחות הטיסה. ראוי לציין, כי גם ספקי הכח המשמשים להפעלת הציוד הנבדק, במשך הבדיקות האלקטרומגנטיות, יושפעו מההפרעות האלקטרומגנטיות. במקרה של חסינות נמוכה בפני הפרעות אלה, ספק הכח עלול לעיתים להיכשל בהפעלה תקינה של הציוד הנבדק ולהכשיל בכך את כל הבדיקה. בסביבה בה קיימת קרינה אלקטרומגנטית, מוצאו של ספק כח רגיל יהיה חשוף להפרעות אדווה רציניות ואף עלול להיכשל באספקת תקינה של מתח.
לכן, החסינות של ספק הכח בפני הפרעות אלקטרומגנטיות, בכל משך הבדיקה, חייבת להילקח בחשבון ביישומים של תעופה והחלל. ניתן למצוא ספקי כח המיוצרים עם סיכוך להגנת מלאה, אשר מונעת השפעת הקרינה על פעולתם התקינה של ספקי הכח ושל הבדיקה בכללותה.
בדיקות תפקודיות
ערך הציוד החשמלי בתחום התעופה והחלל טמון תפקידיו. ספקי הכח DC, המשמשים לבדיקת תפקודיות, חייבים לעמוד בדרישות ובתנאים מחמירים יותר מאשר בשאר הבדיקות. בשל המגוון והמורכבות של הציוד החשמלי במטוס והפעלות או כיבויים בלתי סדירים של מספר מכשירים, קצב וויסות העומס וזמן התגובה של ספק הכח חייבים לעמוד בדרישות מחמירות.
במקרה של מהירות תגובה נמוכה, ספק הכח עלול לפעול בהפסקות או בצורה לא תקינה, בעת שהציוד החשמלי הנבדק מופעל ומכובה בצורה לא סדירה וכתוצאה מכך להכשיל את בדיקת התפקודיות. לכן, יש לשים לב לקצב ויסות העומס וזמן התגובה של ספק הכח.
בדיקות הגנה מפני השפעות הדדיות
המכשירים האלקטרוניים של מטוסים או חלליות מחוברים במקביל ברשת מערכת אספקת החשמל. ולכן, מהנדסי הבדיקות צריכים לשקול ולבדוק את ההשפעה של התנהגות חריגה או תקלה של אחד המכשירים על מכשירים אחרים. ברוב המטוסים והחלליות מותקנת מערכת הגנה, המנתקת באופן מידי, במקרה של חריגות בפעולת אחד המכשירים, את אספקת המתח אל המכשיר התקול, בכדי למנוע נזקים למערכת אספקת החשמל וכן השפעה על פעולתן התקינה של שאר המכשירים במטוס או בחללית.
לכן, פעולתו התקינה של ספק הכח צריכה להיות מובטחת במקרה של חריגות של אחד או יותר מהמכשירים האלקטרוניים במטוס או מחללית, כדי למנוע את ההשפעה על מכשירים אחרים. במהלך הבדיקות, מכשירים אלקטרוניים רבים מוזנים ע”י ספק כח DC אחד; לצורך בדיקות ההשפעה ההדדית, גורמים לאחד או יותר מהמכשירים הנבדקים להתנהג בצורה חריגה ובודקים את השפעתו על שאר המכשירים במערך הנבדק. ספק הכח חייב, כמובן, לעמוד ולהמשיך לפעול בצורה תקינה במשך בדיקות אלה. בשימוש בספק כח DC רגיל, תקלה באחד המכשירים (כגון קצר על קווי אספקת המתח ) עלולה לגרום לניתוק כל המכשירים האחרים מרשת אספקת החשמל, והבדיקה תיכשל.
קיימים ספקי כח המצוידים בפונקציית השהיית מערכת ההגנה, אשר תבטיח המשך אספקת המתח בצורה תקינה ומתמשכת גם במקרה כשל של אחד מהמכשירים הנבדקים.
לסיכום, השימוש בספקי כח DC מתוכנתים הינו הכרחי לצורך בדיקות האמינות, התפקודיות, ההגנה, ההפרעות האלקטרומגנטיות וההזדקנות של ציוד אלקטרוני בתחום התעופה והחלל. הם משמשים בעיקר לאספקת מתח וזרם יציבים ואיכותיים לציוד נבדק ולהדמיית סביבות עבודה אמיתיות, ע”י יצירת סוגים שונים של גל מוצא DC, בהתאם לדרישות התקנים.
ספקי כח DC חייבים להיבחר בקפידה בשים לב לביצועים הבאים:
1. יכולות תכנות
2. עליית מתח בזמנים קצרים
3. יציבות גבוהות
4. מידות תקניות
5. ביצועי קירור טובים
6. תקשורת מהירה
7. עמידות טובה נגד הפרעות
הכתבה נערכה והוגשה ע”י חברת ITECH וחברת דן-אל טכנולוגיות, בע”מ הנציגה הבלעדית של החברה בישראל.
