זיו אלתר, אביב אנרג’י
הצורך בספקי כוח במוצרים אלקטרוניים היה וממשיך להיות חלק אינטגראלי מהמערכת כולה. לבחירת ספק הכוח המתאים יש צורך בהבנה עמוקה בדרישות הפרויקט ככלל ובכל תת יחידה בפרט. על מנת לארגן את מערכת ההספק קיימות שתי דרכים עיקריות.
במוצרים המורכבים ממודול (יחידת תפקוד עצמאית בתוך מערכת) פונקציונאלי אחד, המהווה חלק בלתי נפרד מחיי המוצר של המוצר כגון טלפון סלולארי, מוניטור CRT, מקלט RF וכו’, נוטים לדבוק בגישה של מערכת כוח אינטגראלית. למוצר קיים ספק כוח אחד מרכזי בלתי תלוי שיציאותיו מחוברות באופן ישיר למעגלי העומס של המוצר. במידה וקיימים בתוך המוצר מעגלי עומס אשר הספק המרכזי אינו עומד בדרישות שלהם, או שהם עלולים לסכן את פעולתו התקינה מוסיפים ספקי כוח נוספים העונים על הדרישות.
במוצרים המורכבים ממספר מודולים מגוונים הניתנים לשינויים במשך חיי המוצר כגון תחנות בסיס של טלפונים סלולארים, נוטים לדבוק בגישה של מערכת כוח מחולקת. למערכות מסוג זה קיימים מספר ספקי כוח המחוברים בטור ומספקים כוח ל-BUS המחלק את הכוח לכל המוצר. הכוח הנדרש בכל יחידת עומס במוצר מותאם על ידי וסתים. כאן, ירידות המתח מתרחשות על החיבורים ואין השפעה מהחיווט הקיים במעגלים החשמליים.
מערכת כוח אינטגראלית מעצם היותה כזו, יותר יעילה (פחות הפסדים). מערכת כוח מחולקת המכילה שני ספקי כוח ויותר המחוברים בטור, תלויה ביעילות של כל ספק כוח בתור יחידה עצמאית ובחיבור ביניהם. לדוגמא שני ספקי כוח בעלי יעילות של 80% מייצרים ביחד יעילות של 64%.
מערכות כוח טיפוסיות יכולות בסופו של דבר להוות שילוב של שתי המערכות.
קשה מאוד לתכנן מערכת הספק העומדת בכל הדרישות של מחיר, גודל ומשקל שהוצבו בתחילה על ידי המהנדסים וההנהלה.
שיקולים בבחירת
מערכת הספק:
לאחר ארגון מערכת ההספק, מפתח מערכת ההספק צריך לבחור את הטכנולוגיה עבור כל ספק בתוך המערכת. בשלב הראשוני של הפיתוח יכול להיווצר ניגוד אינטרסים בין ארגון מערכת ההספק לבין בחירת הטכנולוגיה בספק עצמו.
הנושאים העיקריים בשלב זה הינם:
1.מחיר.
2.משקל וגודל.
3.כמות החום המשתחררת בתוך המוצר.
4.כניסת מקור הכוח.
5.רעש המתפתח ממעגלי העומס.
6.חיי מצבר (אם המוצר נייד).
7.מספר היציאות הדרוש ואפיונם.
8.זמן לשיווק המוצר.
בחירת הטכנולוגיה לספק:
קיימות שלוש טכנולוגיות מרכזיות שיש לשקול:
1.ספקי כוח ליניאריים.
2.PWM (Pulse Width Modulated) – ספקי כוח ממותגים.
3.יעילות גבוהה על ידי יצירת תהודה – ספקי כוח ממותגים.
כל אחת מהטכנולוגיות מצטיינת באחת או יותר מהשיקולים בבחירת מערכת ההספק. כמובן יש צורך בשיקול דעת ליתרונות והחסרונות של כל טכנולוגיה והצורך ביצירת מוצר אידיאלי שיתאים לדרישות הכלליות של המוצר.
ספקי כוח ליניאריים:
השימוש בספקים ליניאריים נעשה בעיקר בציוד מבוסס קרקע שבהם יצירת חום גבוה ויעילות נמוכה נלקחים בחשבון ואינם מהווים בעיה וגם כאשר מחיר נמוך וזמן תכנון קצר נדרשים. נעשה שימוש בספקי כוח ליניאריים בעיקר במערכות כוח מחולקות כאשר המתח המחולק נמוך מ- 40VDC. טכנולוגיה זו הכרחית עבור מוצרים המיועדים לחיבור פיזי לקיר על מנת לספק ביטחון ויצירת בידוד ממתח חילופין AC. ספקי כוח ליניאריים יכולים לייצר רק מתחים הקטנים ממתח הכניסה שלהם וכל ספק יכול לייצר רק יציאת מתח אחת. לספקים הליניאריים יש יעילות ממוצעת של בין 35%-50%, ההפסדים נגרמים בעקבות התחממות.
PWM – ספקי כוח ממותגים:
ספקי כוח ממותגים PWM הינם בהרבה יותר תכליתיים ויעילים מאשר ספקי כוח ליניאריים. הם נפוצים בעיקר במוצרים ניידים וממונעים, מטוסים, מוצרים קטנים ובכלליות בכל מוצר שיש בו צורך ליעילות גבוהה ולכמות יציאות מרובה. בספקים אלו יש צורך מועט בסופגי חום עבור אותם מתחים בהשוואה לספקי כוח ליניאריים ולכן משקלם נמוך בהרבה. בנוסף, תהליך הייצור יקר יותר וכמו כן גם פיתוחם דורש זמן רב יותר.
יצירת תהודה – ספקי כוח ממותגים:
סוג זה של ספקי כוח הינו בעצם גרסה משופרת של ספקי כוח ממותגים PWM. הצורך בספקים אלו נוצר כאשר הדרישות כללו בין היתר מוצר קל יותר, קטן יותר והחשוב ביותר הורדת עוצמת הרעש שהספק מייצר. ספקי כוח ממוצגים PWM מייצרים רעש המשליך על סביבתו ואינו מתאים לשימושים מסוימים. השימוש העיקרי בספק מסוג זה הוא במערכות בקרה למטוסים, אלקטרוניקה לכלי חלל ולמוצרים קלים מאוד וניידים. החיסרון הבולט הוא שזמן פיתוח הספק הינו הארוך ביותר וכמובן עלות הייצור היא הגבוהה ביותר.
כאשר מפתחים ספק כוח, המפתח חייב תמיד לזכור את הדרישות הסבירות הנחוצות ואת הדרישות האידיאליות. מהנדסים שלא מומחים בתחום עשויים לעיתים לתכנן ספק שמחירו יהיה גבוה מהצפוי, גודלו הפיזי גדול או שלא מתאים למוצר המוגמר מכל סיבה שהיא. על מנת לייצר ספק טוב ומתאים חייבת להיות אינטגרציה בין מספר תחומים בחברה.
כיום התעשייה מתקדמת לכיוון טכנולוגיית PWM ספקי כוח ממותגים ומשאירה מאחור את טכנולוגיית הספקים הליניאריים. טכנולוגיית יצירת תהודה מתהווה לאט ומתקרבת בצעדים קטנים לשימוש נרחב בתעשייה. מקום פיזי, איכות רכיבים ותועלת הרכיבים הינם מרכיבים מאוד חשובים באיכות המוצר ולכן נעשה התקדמות אדירה בתחום ספקי הכוח.
