לאור הדרישה ההולכת וגוברת מצד יישומים שונים לתכונות חדשות ולגמשיות מוגברת, ספקי כוח בזרם ישר מתפתחים בהתאם.
על מנת לספק אנרגיה למעגלים מודפסים בעת בדיקתם ,ספק זרם ישר הוא אמצעי חיוני בארגז הכלים של כל מהנדס. בדרך כלל זהו מכשיר זול יחסית, לאור ריבוי המותגים שניתן לבחור מביניהם. עם צמיחת הביקוש לתכונות ספציפיות עבור מערכות אספקת אנרגיה למערכות בדיקה ומשתמשים, שעד כה לא נזקקו לרמות ספציפיות של דיוק מדידה וליציבות מהמכשיר, חלה התפתחות בדרישות חלק מהיישומים,
במאמר זה נספק סקירה מהירה של משמעויות המונחים “דיוק גבוה”, “שליטה מרחוק”, “יכולת תכנות” ועוד , ונבחן מהם היישומים המיוחדים, אשר לרוב קובעים את הדרישות הנוספות הללו עבור ספקי זרם ישר סטנדרטיים למערכות בדיקה.
איור 1 :3-30-2231A Keithley ספק כוח תלת-ערוצי, מוצר
מוביל בשוק עבור מעבדות סטודנטים להנדסה ולמדעים
בין אם אתם מתכננים ממירי חשמל לרכבים חשמליים, מכשירי IoT חכמים, יחידות ניהול אנרגיה (PMU) או מטעני סוללות למכשירים ניידים, דרישות ההספק (הנמדד בוואט), המתח וטווחי הזרם הם רק חלק מתוך רשימה ארוכה של דרישות לבחירת ספק הזרם ישר המושלם.
מלבד צרכי המחקר והפיתוח, אנשי הייצור מוסיפים צרכים נוספים לטווחים שצוינו לעיל, כגון היכולת להגדיר תצורות התקן ראשי-משני מקבילות וסדרתיות, והאפשרות ,הכמעט מובנת מאליה ,להתקין את היחידה בארונות בדיקה.
מילת המפתח הראשונה היא “ניתן לתכנות“. מהנדסים צריכים להגדיר רמות מתח המתרחשות לפרקי זמן ספציפיים מאוד, ואז לעבור לרמה אחרת באופן מבוקר וקפדני. זהו הרכיב המאפשר לדמות התנהגות אמיתית ספציפית, שתאפיין את עבודת המעגל. כמו כן, מעבדות לבדיקת יצור מוליכים למחצה, שבודקות באופן ספציפי כשירות ומהימנות של מכשירים, נדרשות לעתים לתכנת תרחישי הספקה מדויקים בבדיקות ארוכות ומורכבות ולהבטיח ניתוק בין הרמות בעת התרחשות תנאי כשל.
הדבר עלול לגרום לחוויה כואבת, גוזלת זמן ומועדת לשגיאות בהתחשב באפשרויות הקיימות עבור המשתמשים בלוח הקדמי ,שהן רק מענה חלקי על הצורך בעבודה מעשית.
לכן רצוי לחפש מכשירים הכוללים תוכנות חכמות, המתוחזקת באופן קבוע, שיכולות להשתלט על המכשיר באמצעות ממשקי קלט/פלט (I/O) רגילים ומספקות גמישות בתכנות התרחישים.
לדוגמה, היישום Keithley Kickstart Power Supply מאפשר למשתמשים לטעון באופן קל ומהיר תרחישי בדיקות עבור כל היציאות של ספק הכוח הרב-ערוצי.
איור 2 :הגדרה קלה של רצפי מיקור באופן עצמאי עבור כל כניסה של ספק הכוח בתוכנת Keithley Kickstart
תכונה נוספת, המבוקשת במיוחד כיום, היא “סימולציית סוללה“. זאת מכיוון שספק הכוח אינו נדרש רק לספק מתח למעגל המודפס כסוללה, אלא גם להיות מסוגל לחקות במדויק את האופן שבו הסוללה עצמה מתנהגת בעת פריקתה לאורך זמן. תכונה בסיסית זו מאפשרת למתכננים לקבוע את משך זמן הפעולה של המוצר ואת התנהגותו כאשר מצב טעינת הסוללה משתנה, ומכאן גם את השינוי בהתנגדות הפנימית של המקור לאורך זמן. גדלה במהירות הדרישה לספקי כוח ה”ניתנים לתכנות” כדי לדמות את מצב הסוללה בין טעינה מלאה לפריקה מלאה.
ספקי כוח מסוג זרם ישר נדרשים לוודא שפונקציונליות זו תואמת ליכולות הדיוק ולתצוגת המידע של הממשק הגרפי הברור של היחידה.
איור 3 :6-20-2281 S Keithley מציג ספק כוח בעל דיוק גבוה, וגם סימולטור סוללה יעיל מאוד
קיימות האפשרות להעלות תרחישים ,עבור רמות שונות של מצב טעינה ,של מתחי “מעגל-פתוח” למקור והתנגדות סדרת נגדים מקבילה. המשתמשים דורשים שהפעולה תהיה קלה לביצוע, עם מספר לחיצות מינימלי בלוח התצוגה.
בייצור, ייתכן שצורך זה אינו חשוב כמו במו”פ, אך על מנת לדמות את תנאי ה”עולם האמיתי” בייצור ולבחון ביעילות יחידות מרובות ,למתכנני ציוד בדיקות אוטומטי ישנן דרישות אחרות מספקי זרם ישר.
במקרים אלה, ספקי זרם ישר נדרשים למדוד במדויק וברגישות גבוהה מאוד זרמי עומס לצורך אימות או ניתוח צריכת חשמל. דרישה זו מוסיפה מורכבות נוספת לתכונות התנגדות היציאה המשתנה, הניתנת לתכנות ותגובה מהירה לזרמי עומס ארעיים שהוזכרו קודם. ישנם מספר יצרנים המציעים זיהוי חיבורי חישה מרוחקת (remote sense lead) בספקי הכוח שלהם, אך לא כולם תומכים בקריאה חוזרת מדויקת של מד מתח דיגיטלי “מובנה”, הנדרשת ע”י היישומים.
איור 4 – הלוח האחורי של סימולטור סוללה/מטען דו-ערוצי עם שליטה ברשת מקומית, Keithley 2306. יחידות אלו מספקות יציאות מתח יציבות אך מודדות במדויק גם זרמים ישרים וגם זרמי עומס ארעיים.
בדרך כלל עולה צורך בספק כוח המסוגל ל”תגובה מהירה” בקשר לזרמי העומס הארעיים. הסיבה לכך היא שספקי כוח חייבים להציג מאפייני פלט זהים לאלה שמספקת הסוללה בפועל, וכך לשמור על מתח יציב ביציאה גם כאשר המעגל מבצע מעבר מהיר, (למשל ממצב המתנה ב”זרם נמוך” למצב שידור RF ב”זרם גבוה”).
סימולטור הסוללה Keithley 2306-LAN של Tektronix הוא דוגמה לספק כוח, המאפשר לתכנת את ערוץ הפלט שלו לסימולציה של תגובת הפלט של סוללה עם התאוששות מהירה למתח האפקטיבי המתוכנת.
לסיכום, נוספים מדדים חדשים לבחירת ספק הכוח המתאים ביותר לצרכי הבדיקה של מהנדסים.
מספר ערוצי הפלט, המתח, הזרם, הספק, הרזולוציה והדיוק הקשורים (אדווה “”ripple ורעש) מזוהים היום יותר מתמיד עם ביקוש לתכונות נוספות ואפשרויות תכנות מתקדמות. מניעות את החלטות המהנדסים רזולוציית מדידת זרם בננו-אמפר, מנגנון תזמון פשוט בערוצים עצמאיים שונים, נוכחות של קלט/פלט (I/O) אנלוגי ודיגיטלי ודרישות אחרות.
הדבר החשוב באמת כיום, הוא היכולת של יצרנים לענות על הצורך “לשפצר” את החומרה בקלות, כדי לתמוך בתנאי הבדיקה החדשים הקרבים ובאים, ובמקביל לא להשפיע על בטיחות ואמינות המכשיר לאורך זמן. מסיבה זו, חשוב לבחור יצרנים המציעים את האפשרות לדון, לבחון וליישם באופן שוטף דרישות נוספות באמצעות שדרוגים של תוכנות בקרה, שמירה על תפקוד גבוה וביצוע מהיר של בדיקות כיכולת מרכזית עיקרית שיש לספק.
המחבר:
Andrea Vinci, שיווק טכני, Tektronix EMEA
ביוגרפיה קצרה:
אנדראה וינצ’י הוא מנהל שיווק בכיר ב-Tektronix. הוא בעל תואר שני באלקטרוניקה מאוניברסיטת פדובה, איטליה. לפני שהצטרף לצוות השיווק, הוא עבד כמתכנן RF, מנהל בדיקות, מהנדס יישומים, ולאחר מכן במכירות כאחראי פיתוח עסקי באירופה. תחומי התמחותו כוללים פתרונות בדיקת מוליכים למחצה, אלקטרוניקה ויישומי אגירת אנרגיה.
