חדשות היום

כיצד ארכיטקטורת )factorised power architecture( FPA מסייעת לחברת Phasor לחולל מהפכה בקישוריות פס רחב בלוויינים אספקת זרם גבוה במיוחד במתח נמוך לתקשורת ניידת

כל אחד מאיתנו מכיר את תחושת התסכול כאשר מנסים לגשת לאינטרנט בזמן נסיעה וחווים ירידה של האותות בזמנים הכי לא נוחים. משתמשים דורשים מהירויות קישוריות ורוחב פס שיאפשרו להם רק לגלוש ולשלוח הודעות, אלא גם להזרים מוזיקה וסרטוני ווידאו, או לקיים פגישות ועידה בווידאו מבוססות חיבורים רבים מרובות ללא הפרעות או שיבושים בנסיעתם באמצעי תחבורה שונים.

חברת Phasor, המפתחת מערך אנטנות מודולרי, דיגיטלי, מדורג ובעל תפוקה גבוהה, מובילה את השוק עם מוצרי פס רחב ניידים שמספקים קישוריות לוויין יציבה ואמינה ביישומים לשימוש באוויר, בים וביבשה כמו גם ביישומי הגנה. האנטנות של החברה, המוכוונות באופן אלקטרוני, מבוססות על הפיתוחים המתקדמים ביותר בתחום טכנולוגיות עיצוב אלומות מורכבות וארכיטקטורת מערכת. פתרונות הלוויין והפס הרחב מבית Phasor ליישומים בתנועה מאפשרים חיבורי אינטרנט מהירים ביותר בפס רחב דו כיווני וזאת באמצעות מערכי אנטנות משולבות המוכוונות באופן אלקטרוני (electronically-steered phased array antennas).

תמונה PIX Module :1

טכנולוגיית אנטנות

האנטנות של חברת Phasor מורכבות מכמה מודולים קטנים המשוכפלים ומחוברים לשני לוחות PCB. ה- PCB העליון מארח את מערך אנטנות התיקון (patch) בחזית ואת המעגל המשולב ספציפית ליישום (ASIC) בצד האחורי. לוח אחורי שני מספק את הכוח, השליטה והתקשורת למערכת.

טכנולוגיית האנטנה המתקדמת שאותה פיתחה חברת Phasor, מבטלת את הצורך בצלחות לוויין ומאפשרת להטמיע מערכות של אנטנות מאד דקות ושטוחות, מוצקות ויציבות, על גבי גגות כלי הרכב. יחידת פרופיל נמוך, בעובי של פחות מ- 25 מ”מ, יכולה להתאים לביצועי צלחת ברוחב 2.4 מ’ ויותר. שני מאפיינים מרכזיים של האנטנות הם מ ‘ומעלה. שתי התכונות העיקריות של האנטנות הן חשילות, המאפשרת גמישות והתאמה לצורתם של מרבית כלי הרכב, לצד סקאלביליות, כלומר מדרגיות המושגת באמצעות ארכיטקטורה מודולרית המאפשרת לתת מענה לכל דרישה עתידית.

תמונה M6 Three Layers

במהלך התהליך במסגרתו חברת Phasor חיפשה לפתח מערכות תקשורת סלולרית ייחודיות, היא הבינה שהמוצרים שלה יצטרכו לשלב דחיסות הספק גבוהה ורכיבים בעלי פרופיל נמוך תוך אספקת זרם גבוה במיוחד במתח נמוך מאוד.

הפתרון שעמד בכל הדרישות הללו היה ה- FPA (Factorized Power Architecture™) של Vicor. במהלך ארבע השנים האחרונות, שתי החברות עבדו ביחד כדי להבטיח שהפיתוחים עליהם הן עבדו ייתן מענה לצרכים של חברת Phasor ולדרישות לקוחותיה. חברת Phasor הבינה שמערכת ה- FPA של Vicor מובילה את השוק והמוצרים שהיא מציעה הם המתקדמים ביותר מבחינת הגודל והדחיסות כמו גם היכולת שלה לספק ביצועים גבוהים באמצעים מודולריים ומדרגיים.

הפרון של FPA

מעבדים מתקדמים כיום דורשים זרם גבוה יותר כאשר מתח העומס שלהם יורד מתחת לוולט אחד (volt 1). דרישות הדחיסות והרעש הנמוך בנקודת העומס הופכות לעוד יותר קריטיות לביצועי המעבד. האתגר המתמשך העומד בפני מתכנני מערכות הוא להתאים את העיצובים למתח הנמוך יותר עם תגובה קצרה מהירה יותר ויעילות טובה יותר של מערכת הכוח באזור הלוח הנעשה קטן יותר.

תמונה Phasor Aero PoC ESA :3
Exploded

ארכיטקטורת Factorized Power פותרת בעיות אלו – היא לוקחת את פונקציות ממיר DC-DC של ויסות והמרה ומיישמת אותן בשני החלקים המרכיבים אותה. זה מאפשר אופטימיזציה מלאה של כל פונקציה, ווסת ביעילות גבוהה יחד עם מכשיר אספקת זרם בדחיסות גבוהה לעומסי זרם גבוה עם מגוון מתחים נמוכים. ה- FPA מורכב מ- Pre-Regulator Module (PRM) ו- Voltage Transformation Module (VTM) / מכפיל זרם. שני מכשירים אלה פועלים ביחד, כאשר כל רכיב ממלא את תפקידו הייחודי ביעילות לשיפור פונקציית המרת DC-DC השלמה.

ה- PRM מספק יציאת מתח מווסתת, או ‘factorized bus’ ממקור קלט בלתי מווסת. ה- bus הזה מזין VTM אחד או יותר אשר משנים את המתח לרמה הנדרשת תוך אספקת בידוד. מכאן שמערכת שבבי PRM VTM מספקת את פונקציית ממיר DC-DC שלמה, מווסתת ומבודדת.

תמונה Phasor Aero PoC 4 :4
Transparent Radome

המשמעות של Factorized Power היא יותר מרווח בנקודת(ות) העומס, מחצית מפיזור הכוח ופונקציית וויסות הניתנת לאיתור מרחוק.

הרכיבים שמאפשרים factorized power: הVTM וה- PRM

הרכיבים PRM ו- VTM הם אלו המאפשרים FPA. ה- PRM משתמש בפטנט הרשום Zero-Voltage Switching (ZVS) בארכיטקטורת בקרת וויסות buck-boost כדי לאפשר ויסות מתח step-up ו- step-down ביעילות גבוהה והתחלה רכה; יעילות מרבית מושגת כאשר VIN = VOUT, עם שיא של 99.3% מושג בעזרת PRMs העדכניים ביותר.

מכפיל הזרם VTM הוא מודול טרנספורמציית מתח יעיל ביותר המשתמש בטכנולוגיה הקניינית Zero-Current Switching / Zero-Voltage Switching (ZCS / ZVS) Sine Amplitude Converter (SAC™). הוא פועל על צורת גל סינוסואידית טהורה עם טוהר ספקטרלי גבוה וסימטריית מצב שכיח. המשמעות של מאפיינים אלה היא שלא נוצר התוכן ההרמוני שהמרה טיפוסית מסוג PWM בדרך כלל מייצרת והרעש הנוצר הוא מינימלי. ארכיטקטורת הבקרה נועלת את תדירות ההפעלה לתדר התהודה של ה- powertrain, ומאפשרת יעילות של עד 97% ומזעור השהיית הפלט על ידי ביטול יעיל של רכיבים תגובתיים. השהיית פלט נמוכה מאוד זו, שאינה אינדוקטיבית, מאפשרת תגובה כמעט מיידית לשינויים בזרם העומס.

ה- VTM מגיב לשינויי עומס ללא תלות בעוצמה בפחות ממיקרו-שנייה אחת עם תדר מיתוג יעיל של 3.5 MHz. רוחב הפס הגבוה של VTM מייתר את הצורך בקיבולת גדולה בנקודת העומס. גם ללא output capacitors חיצוניים, הפלט של VTM מציג הפרעת מתח מוגבלת בתגובה לעליית זרם פתאומית. כמות מינימלית של קיבול עוקף חיצוני (בצורה של ESR/ESL ceramic capacitors נמוכים) מספיקה לביטול כל עליית מתח מהירה.

טרנספורמציה

גורם חיוני לתפעול מוצלח של האנטנות תוצרת Phasor הוא היכולת של המערכות תוצרת Vicor להפוך אספקת V 48 לאספקה של V 1.5 (אף פחות בדור הבא של האנטנות). השאיפה של חברת Phasor לבצע טרנספורמציה זו ב- A 65 (או אפילו A 80) מהווה אתגר תכנון ל- ASIC שלהם.

חברת Phasor בחנה פתרונות חלופיים אך באלו נחשפו מספר חסרונות. ראשית, חלק מהחלופות לא הצליחו להתמודד עם סוגיות כמו פיזור חום. כאשר הגובה הקיים הוא 25 מ”מ לא נותר מקום למאוורר קירור, ולכן ב- Phasor היו צריכים למצוא פתרון שיכול היה להתקרר בהולכה תוך ייצור (ובזבוז) של כמות מינימלית של חום ככל הניתן. בנוסף, השיטות המסורתיות לטרנספורמציה של מתח יכולות לכלול מספר רב של ממירים עם מיתוג קשה עם מספר שלבים שונים הנדרשים להשגת A 65, מה שיכול לייצר כמויות משמעותיות של EMI. מכיוון שה- VTM הוא ממיר תהודה, יש לו רעש נמוך מאוד בהשוואה לממיר בעל מיתוג קשיח. במקביל, מבחינת אספקת חשמל ויעילות, הפתרון תוצרת Vicor היה עדיף על ממירי DC/DC מסורתיים.

ועוד, במהלך העשור האחרון הפתרון של FPA מבית Vicor שימש מספר חברות מעבדים גדולות ויעילותו הוכחה זה מכבר.

העתיד

העבודה המשותפת של החברות Vicor ו- Phasor מייצגת פריצת דרך משמעותית במה שצפוי להפוך לשוק בשווי של מיליוני דולרים. ישנם שני גורמים מרכזיים שיובילו להתפתחות פלח שוק זה – המעבר מרשתות לוויין גיאוסטציונריות קיימות לצורות פס רחב אחרות ושילוח של אלפי מערכות לוויין סביב כדור הארץ בגובה נמוך שיאפשרו אספקת קישוריות מרחוק במהירויות פס רחב.

האתגר הבא העומד בפני שתי החברות הוא המעבר למתח נמוך עוד יותר (V 1) עם זרם גבוה עוד יותר.

הקשר הסימביוטי והאסטרטגי ארוך הטווח שבין ה חברות Vicor ו- Phasor מאפשר למומחים בתחום האנטנות לשמור על עדכניות ההתמחות בכוח מודולרי עם דרישות הספק של ה- ASICs העדכניים וחברת Vicor אשר תשמור על עדכניות הידע של חברת Phasor בתחום ה- factorised power. וכך הקשרים בין שתי החברות ממשיכים להתפתח…


מאת מרטין ווקר ) Martin Walker (, מנהל פיתוח עסקי, Vic

תגובות סגורות