מאת: זיו אלתר, אביב אנרג’י
1. מסנן בכניסה: הרכיבים הגדולים ביותר במסנני הכניסה הם הסלילים והקבלים. כדאי מאוד לעקוב אחרי פיתוחים אחרונים כאשר הכיוון הוא הקטנת הרכיבים. שימוש בקבלים קרמים יכול להיות מפתה מאוד עקב מחירם וגודלם, אך יכול להתברר ככישלון בהתמודדות עם הפרעות בכניסה ולכן כדאי לבחון שימוש בקבלים מסוג מתכת פוליפרופילן. קבלים מסוג זה אמנם גדולים יותר מקבלים קרמים אך מתמודדים בצורה טובה יותר עם ההפרעות בכניסה. קבלים מסוג זה מורידים טעויות או קצרים על ידי אידוי האלקטרודה באזור הקצר ומחזירים את הקבל לשימוש. איבוד הקיבול הינו זניח.
2. שנאים וסלילים: בכדי להתאים את המוצרים לדרישות הבטיחות דרוש להשאיר שולי ביטחון (רווחים) בקצות התיל המלופף בסלילים ובשנאים. נמצא כי תיל נחושת משולש ומבודד יכול להוריד רווחים אלו ובצורה ישירה להוריד את גודלו הכללי של השנאי ב- 20%.
3. קבלים בכניסה: יש לבחור את מתח העבודה של קבלים מסוג אלומיניום אלקטרוליטיים כדי לקבל שילוב אידיאלי של גודל ושל זמן חיים ארוך. לקבלים אלו יש זמן חיים ארוך יותר כאשר הם מנוצלים עד 80% מהמתח שלהם. אם הקבלים מנוצלים בכל המתח הנקוב, זרם זליגה מהקבל מייצר חום ועלול לפרק את הרכיבים. חוק אצבע אומר כי כל עליה של 10 מעלות מקצר את זמן חיי הקבל בחצי. מומלץ להשתמש ברכיבים בעלי ספציפיקציה של 105 מעלות צלסיוס כדי להעריך את חיי הרכיב. בכל מקרה יהיה צורך בקבלים גדולים יחסית לא רק לצורך הפחתת אדוות אלא גם לזמן השהיית מתח DC גדול האפשרי (Hold-Up Time) במקרה של הפרעות במתח AC. בד”כ השהיות של 10-20mS הן ההשהיות הדרושות.
4. מיתוג כניסה: רוב העיצובים מבוססים על מתח כניסה של 370VDC (√2 X V264). נתבונן במקרה שבו משתמשים בטרנזיסטור MOSFET אחד עבור המיתוג. בזמן פתיחת המתג, הכוח האלקטרומניע החוזר הנוצר מהאנרגיה השמורה בכניסת השנאי המרכזי דורש טרנזיסטור MOSFET של 1000VDC. דבר זה אפשרי אך טרנזיסטורים אלו יקרים ובעלי התנגדות גבוהה. בנוסף יהיה צורך בשימוש במעגל למניעת ספייקים של מתח גבוה הפוגעים בקבלי הכניסה. פתרון חכם שניתן להשתמש בו הוא שימוש בשני טרנזיסטורים של 500V. הטרנזיסטורים עובדים בו זמנית בשני צידי השנאי ובעזרת דיודות הנמצאות ב-1V מעל מתח הכניסה מצמידות לעצמן את המתח המקסימאלי הנוצר מהכוח האלקטרומניע. בנוסף הן מגנות על הקבלים וחוסכות בצורך במעגל הגנה מספייקים של מתח גבוה. עלות קבלי 500V זולה בשישית מהמחיר של קבלי 1000V.
5. מיישרי זרם מסוג סיליקון קרביד בממירים מואצים: דבר זה עשוי להיראות בתחילה כמעשה המייקר את המוצר אך כאשר מחשבים את הנצילות הגבוהה של הרכיבים לאורך זמן, ההפחתה הכלכלית בספק כוח חזק ובניצול של מקום במעגל המודפס זה משתלם. יותר מזה, יעילות ספק הכוח בכלליות יעלה ב-1%. שימוש בדיודות מסוג זה מבטל את הצורך בשימוש בשתי דיודות, שני קבלים, נגד וסליל המשמשים כמעגל הגנה לספייקים של זרם גבוה.
6. מעגלי שליטה: כיום, חסכוני לשלב הרכבה משטחית בעיצוב ספקי כוח ממותגים. פונקציות שליטה יכולות להיות מושתלות בצד התחתון של המעגל המודפס וכך מנוצל עוד מקום על המעגל המודפס.
7. קירור: כאשר יש צורך בקירור מאולץ ניתן להשתמש במאווררים חכמים בעלי 3 חוטים. מהירות המאווררים נקבעת על ידי הטמפרטורה וזאת כדי להבטיח טמפרטורה נכונה לעבודה אידיאלית. תכונה זו חוסכת בצריכת חשמל וגם מפחיתה רעשים בספק עצמו. לעומת זאת, מחירם הגבוה של מאווררים אלו ומחיר נמוך של שבבי שליטה על מאווררים גורם באופן ישיר לעדיפות השמת שבבי שליטה. בנוסף, נמצא כי מתכת המגנה על המאוורר (מגני אצבעות) יכולה להוריד את רעש המאוורר ב- 5-6dB. כאשר יש שימוש במספר ספקי כוח, שיטה פשוטה זו יעילה ביותר.
8. בקרה דיגיטאלית: אין צורך להיסחף אחרי המהומה התקשורתית אחרי בקרה דיגיטאלית בספקי כוח, זאת בתנאי שהמערכת לא זקוקה לו בצורה מיוחדת. בקרה דיגיטאלית הושמה בעיקר בשיטת POLA (Point Of Load) אך דבר זה מהווה תוספת גדולה למחיר. השבבים עולים כיום כ-50 סנט בערך אבל כאשר מסתכלים על התמונה הכוללת של הרכיבים הנדרשים, ייצור ומחיר המחברים, שילוב בקרה דיגיטאלית יכול להוסיף עד כ-15$ לספק כוח. תוספת מחיר זו יכולה להתקבל בספקים של 1kW ומעלה אך בספקים קטנים תוספת המחיר לא רלוונטית.
9. עיצוב מכאני: תמיד יש מקום בעולמנו לעיצוב יצירתי של ספק הכוח. לדוגמא, יש אפשרות לעצב את הספק כך שיתאים בצורה אנכית או אופקית בתוך עיצוב תעשייתי סטנדרטי. המעגל המודפס יכול להיות מעוצב לפי חיבור ברגים או חיבורי Plug-In. אין הבדל במחיר אך משפר משמעותית את גמישות האפליקציה. בנוסף, יש לזכור את הדברים הקטנים ביותר, כמו גישה לנתיכים. חיסכון במקום תמיד נלקח בחשבון. רווח מיותר בלוחות המודפסים מגדיל את גודל הספק ומזה מנסים להימנע.
10. סידור הרכיבים במעגל: לעיתים כשמביטים בספקי כוח אפשר לחשוב כי הרכיבים נזרקו מגבעה גבוהה לכיוון הלוח המודפס וחוברו יחדיו. תמיד יש לשאוף לסידור עדין וחכם שכולל סידור לוגי מהכניסה עד ליציאה. המוצר נראה טוב יותר, קל יותר לבדיקה ופועל בצורה טובה יותר. יש לזכור כי כל פיתול בחיווטי המעגל המודפס יוצר הפרעה אלקטרומגנטית.
כותב המאמר : זיו אלתר – מהנדס חשמל ואלקטרוניקה
