טיפ מקצועי: מדוע כדאי לנהל דיגיטלית את ממיר ה-DC/DC
24 אוקטובר, 2014
ממירי DC/DC הם רכיבי דרגת מבוא קריטיים במוצרים צבאיים, תעשייתיים ואחרים. ניהול דיגיטלי של הממיר מייעל את הפעלתו, משפר את אמינות המערכת ומקצר את זמן היציאה לשוק
ממירי DC/DC הם רכיבי דרגת מבוא קריטיים ביותר במוצרי צבאיים, תעשייתיים, בתחום תהחבורה והאנרגיה. ניהול דיגיטלי של הממיר מייעל את הפעלתו, משפר את אמינות המערכת ומקצר את זמן היציאה לשוק
מאת: A. Russel , Calex USA תרגום: יובל אידלסון, בורן טכנולוגיות
לניהול ההספק הדיגיטלי חשיבות גדולה ביישומי Point of Load – POL. בשנים האחרונות הוטמעה הטכנולוגיה במערכות High End כמו שרתים ומחשבי רשת. היא מבטיחה עמידה בדירשות כניסה דינמית, כיוון מתח מוצא, אופטימיזציה וניטור פרמטרי ההספק המשפרים את אמינות ויעילות המערכות. במאמר נציג את יתרונות ניהול ההספק הדיגיטלי וכיצד ניתן לשפר ולייעל את הפיתוח של יישומים הכוללים ממירי DC/DC בדרגת המבוא.
ממירי DC/DC בהשוואה ל-POL
ממירי POL רבים הועברו מתיפקוד כמודולי הספק בדרגת המבוא אל מעגלי מטרה פנימיים, כמו למשל ישירות על-גבי לוח האם במוצר הסופי. המעבר הזה התאפשר בזכות פישוט דרגת המרת ההספק, הכוללת בדרךכלל Buck Converter הצורך ביישום פאזה אחת שני מתגים, מסנן L-C פשוט, ורכיב משולב הכולל דרייבר ובקר.
לעומתם, קשה יותר להעביר ממירי DC/DC "כלפי מטה", אל צרכני המטרה, בגלל מורכבות המרת ההספק. ממירי DC/DC מודרניים וצפופים דורשים רכיב מגנטי פלנרי, מעגל מודפס (PCB) מורכב (עד 20 שכבות) הכולל שנאי בידוד, ניהול תרמי ומפזר חום. בנוסף, הוא כולל דרגות יישור סינכרניות ומורכבות ויכולת עבודה במגוון מתחי כניסה.
שיקולי אמינות
גורמי האמינות הראשוניים בממירי DC/DC הם מתח הכניסה (Vi), זרם המוצא (Io), טמפרטורת העבודה (T) ומספר הרכיבים. חשוב גם לדעת מה היו התנאים לפני הופעת תקלה בממיר, כדי למנוע הופעתה בעתיד.
מתח הכניסה (Vi)
לניהול דיגיטלי של מתח הכניסה יש מספר יתרונות. לדוגמא, ממיר DC/DC ליישומים הדורשים אמינות גבוהה מקבל לעתים ארבעה טווחי מתח כניסה. הדבר מאפשר שימוש באותו ממיר למספר מתחים, כמו מסוללות של 12V, 24V ו-48V.
ניתן לשפר את אמינות המערכת באמצעות הגדרות סף דינמיות שהחריגה מהן מייצרת התראת תקלה. ניהול דיגיטלי מאפשר דיוק גבוה יותר בהגבלת מתחומי מתח הכניסה להבדיל מהגבלה אנלוגית שהיא פחות מדויקת.
זרם המוצא (Oi)
ממירי DC/DC מספקים מגוון של הספקים על-פי צורכי השוק, אולם לרוב היישום לא מקבל את ההספק שהוא באמת צורך אלא משהו "קרוב". הטמעת ניהול הספק דיגיטלי במערכת מבטיחה הגבלת ההספק המגיע למעגל הספציפי והתאמתו להספק המדויק הנידרש. שליטה וניטור זרם המוצא מגדיל את זמני העבודה ואורך חיי המוצר.
טמפרטורת עבודה (T)
רוב ממירי ה-DC/DC כוללים מנגנון כיבוי המאלץ כיבוי הממיר בעת עליית הטמפרטורה. הכיבוי העצמי שמשמש להגנה על הממיר בלבד ומתפקד בלא התחשבות בצורכי המערכת. הנחת העבודה בתעשייה היא שאמינות הממיר יורדת למחצית עם כל עלייה של 10°C. באמצעות השליטה הדיגיטלית (הכוללת המרת הטמפרטורה לאות דיגיטלי) ניתן להגדיר מצבי ביניים המאפשרים כיבוי הדרגתי של הממיר תוך התחשבות בעבודת המערכת ובצרכיה.
תיעוד "קופסה שחורה"
אחד מהיתרונות המשמעותיים של שליטה דיגיטלית בממיר DC/DC הוא ביכולת לאגור מידע על התנהגות המערכת והתנאים שגרמו לאירוע לנפילתה. תהליך ה-RMA להגדת תנאי הנפילה של ממיר DC/DC אנלוגי מבוססים על ניחוש. אולם באמצעות "קופסא שחורה" דיגיטלית ניתן להגדיר בדיוק רב מה הם התנאים שעלולים לגרום לנפילת המערכת.
יכולת ניהול
רמת הניהול של השליטה הדיגיטלית קשורה ליכולת לעקוב אחר הפרמטרים הקריטיים (Vi, Io, T, Vo) ולהגיב בצורה הנכונה. פעולות ניהול מתאימות כוללת:
⦁ תקלות תקשורת – התראות עבור המפעיל.
⦁ התראת רמות תקלה: Over Current ,Over Temp,Input Over Voltage.
⦁ התאמת מתח הכניסה באופן אוטומטי בהתאם לדרישות המתכנן.
⦁ כיוון מתח הכניסה (יכול לשפר את ביצועי המערכת).
⦁ איפשור מצב טמפרטורת עבודה גבוהה למצבים ייחודיים.
⦁ הגברת מהירות המאוורר/קירור במצבי צריכת-יתר זמנית.
⦁ הגדרת חיווי או דגל (Flag) המבשרים על הצורך במתן שירות למערכת.
למימוש יכולות הניהול' יש להקדיש חומרה או זמן עיבוד של המיקרו-פרוססור.
גמישות וזמן הגעה לשוק
ממיר DC/DC מנוהל דיגיטלית מעניק למתכנן המערכת גמישות רבה יתר ומקצר את זמן היציאה לשוק. הגדרות של מתח הכניסה, מתח המוצא, הגבלת זרם המוצא, הגנה והתראה מפני טמפרטורות גבוהות ועוד, ניתנים לביצוע בקליק אחד על העכבר. השליטה הדיגיטלית גם מאיצה את זמני האימות וניפוי השגיאות בתכנון.
סיכום
ממירי DC/DC הם רכיבי דרגת מבוא קריטיים ביותר למגוון שווקים כגון תעשייתי, צבאי, תחבורה, תקשורת סולרית ויישומי תקשורת קווית. כאשר הם בעלי יכולת ניהול דיגיטלית, הם מאפשרים תפעול יעיל ואגירת מידע חשוב כמו מצב סוללות, עומס המערכת, צריכת ההספק והיסטוריית תקלות. יכולות המעקב ושינוי האיפיון יכול מתכנן המערכת להביא לסיום פיתוח מוצר סופי והגעה לשוק בטווחי זמנים קצרים ביחד עם שמירה על רמת אמינות גבוהה.
למידע נוסף: ממיר בעל שליטה דיגיטלית של חברת CALEX מסדרה WDE.
לפרטים נוספים : [email protected]
פורסם בקטגוריות: בקרה וציוד תעשייתי , חדשות , מערכות משובצות
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
