📚 סדרת המדריכים שלנו לספקי כוח צבאיים ותקני MIL-STD

מאמר זה הוא חלק מסדרת מדריכים העוסקת בתכנון ובבחירת ספקי כוח וממירי DC-DC למערכות צבאיות ותעופתיות.

⭐ המדריך הראשי:

ספקי כוח צבאיים וממירי DC-DC – המדריך לתקני MIL-STD

מדריכים נוספים בסדרה:

MIL-STD-1275 – ספקי כוח וממירי DC-DC לרכב צבאי

MIL-STD-704 – ספקי כוח למערכות תעופתיות וצבאיות

MIL-STD-461 בספקי כוח – EMI, EMC ו-CS101

MIL-STD-810 – רעידות, זעזועים ותנאי סביבה בספקי כוח צבאיים

MIL-STD-1275 לעומת MIL-STD-704 – מה ההבדל ואיך בוחרים ספק כוח?

ממירי DC-DC צבאיים עם סינון EMI והגנות כניסה מובנות

כל אחד מהמדריכים מתמקד בהיבט אחר של מערכת הכוח, וביחד הם מספקים תמונה רחבה של הדרישות החשמליות, דרישות EMI/EMC, תנאי הסביבה ושיקולי האינטגרציה בבחירת פתרון Power למערכת צבאית או תעופתית.

ממירי DC-DC צבאיים עם סינון EMI והגנות כניסה מובנות

במערכת צבאית, בחירת ממיר DC-DC אינה מסתכמת במתח כניסה, מתח יציאה והספק.

ממיר המותקן ברכב צבאי, בכלי טיס או במערכת אלקטרונית צבאית נדרש להתמודד עם סביבת חשמל שאינה אידיאלית: שינויי מתח, Transients, Surges והפרעות אלקטרומגנטיות. במקביל, המערכת עשויה להידרש לעמוד בדרישות EMI/EMC ובתנאי סביבה מכאניים ותרמיים קשים.

לכן, מה שמתחיל לכאורה כדרישה פשוטה ל-DC-DC Converter עלול להפוך במהירות למערכת שלמה הכוללת:

• ממיר DC-DC
• מעגלי Input Protection
• הגנה בפני Transients ו-Surges
• EMI Filtering
• רכיבי סינון והגנה נוספים
• פתרון תרמי
• חיווט ומחברים
• ולעיתים PCB נוסף המיועד לחיבור כל הרכיבים למערכת אחת

כל אחד מהאלמנטים האלה תופס מקום, מוסיף משקל, מגדיל את מספר הרכיבים ומוסיף עבודת תכנון, אינטגרציה ובדיקות.

קיימת גם גישה אחרת:

לשלב את המרת המתח, סינון ה-EMI והגנות הכניסה בתוך פתרון Power Conversion אחד, קומפקטי ומותאם ליישום.

גישה זו רלוונטית במיוחד למערכות שבהן קיימות דרישות הקשורות ל-MIL-STD-1275, MIL-STD-704, MIL-STD-461 ו-MIL-STD-810, ובמיוחד כאשר מקום, משקל, נצילות ופשטות האינטגרציה הם חלק מהותי מדרישות המערכת.

במאמר זה נסביר כיצד הדרישות השונות מתחברות זו לזו, מה ההבדל בין ארכיטקטורה המבוססת על מספר רכיבים נפרדים לבין פתרון משולב, וכיצד ניתן לבנות את שרשרת הכוח הצבאית כיחידה אחת במקום כאוסף של פתרונות נפרדים.

ממיר DC-DC הוא רק חלק משרשרת הכוח

כאשר מהנדס מחפש ממיר DC-DC, נקודת המוצא היא בדרך כלל פשוטה:

מהו מתח הכניסה?

מהו מתח היציאה?

כמה הספק נדרש?

האם נדרש בידוד?

מהי הנצילות?

אלו שאלות חשובות, אבל במערכת צבאית הן אינן מספיקות.

לדוגמה, מערכת רכב יכולה להיות מוגדרת כמערכת 28VDC, אך 28V הוא מתח נומינלי בלבד. המתח שמגיע בפועל לכניסת הציוד אינו בהכרח 28V יציב, והמערכת עלולה להיות חשופה לאירועי מתח שונים.

באופן דומה, גם במערכת מוטסת לא ניתן לבחור ספק כוח רק לפי המתח הנומינלי של הפלטפורמה.

בנוסף, ספק הכוח עצמו הוא מערכת Switching Power Conversion ולכן הוא גם יכול לייצר הפרעות וגם להיות מושפע מהפרעות שמגיעות דרך קווי ההזנה.

התוצאה היא שבפועל שרשרת הכוח עשויה להיראות כך:

Platform Power → Input Protection → EMI Filter → DC-DC Converter → Load

וכאן בדיוק מתחילה שאלת הארכיטקטורה:

האם נכון לממש כל פונקציה באמצעות רכיב או מודול נפרד, או שניתן לשלב את הפונקציות בתוך פתרון Power Conversion אחד?

ארבע דרישות שונות שמגיעות בסופו של דבר לאותו ספק כוח

אחת הסיבות לכך שתכנון Power Conversion למערכת צבאית הופך למורכב היא שהדרישות אינן מגיעות מתקן אחד בלבד.

כל תקן מטפל בהיבט אחר של המערכת, אבל בסופו של דבר הדרישות נפגשות באותה שרשרת כוח.

MIL-STD-1275 – סביבת החשמל ברכב צבאי

במערכות רכב צבאיות, MIL-STD-1275 מגדיר את סביבת אספקת החשמל שאליה מחובר הציוד.

מערכת המוגדרת כ-28VDC אינה מספקת בהכרח מתח יציב של 28V בכל רגע. ציוד המחובר אליה צריך להביא בחשבון את טווח העבודה ואת אירועי המתח הרלוונטיים ליישום.

לכן ממיר DC-DC המיועד לרכב צבאי אינו נבחר רק לפי השאלה האם טווח הכניסה שלו כולל 28V.

ייתכן שיידרשו לפניו מעגלי Input Protection שיגנו על הממיר ועל העומס מפני תנאים החורגים מאזור העבודה הרגיל.

MIL-STD-704 – סביבת החשמל בכלי טיס

במערכות תעופתיות התמונה דומה, אך סביבת החשמל והדרישות שונות.

MIL-STD-704 עוסק במאפייני מערכות אספקת החשמל בכלי טיס, לרבות מערכות DC ו-AC שונות בהתאם לפלטפורמה.

גם כאן, התאמה למתח הנומינלי בלבד אינה מספיקה.

יש להתייחס לטווחי העבודה ולאירועי המתח הרלוונטיים למערכת, ולוודא שכל שרשרת הכוח מתוכננת בהתאם.

MIL-STD-461 – EMI ו-EMC

גם לאחר שפתרנו את נושא מתח הכניסה והגנת הממיר, נשאר אתגר נוסף: הפרעות אלקטרומגנטיות.

ממירי DC-DC הם מערכות מיתוג מהירות. פעולת המיתוג עלולה ליצור הפרעות מולכות ומוקרנות, ובמקביל הממיר עצמו צריך להמשיך לפעול כאשר קיימות הפרעות בסביבתו.

MIL-STD-461 עוסק בדרישות ובשיטות בדיקה בתחום EMI ו-EMC עבור ציוד ותתי-מערכות.

מבחינת שרשרת הכוח, המשמעות היא שלעיתים נדרש EMI Filter משמעותי בין מקור ההזנה לבין ממיר ה-DC-DC.

אחד האתגרים החשובים בתחום זה הוא CS101, בדיקת Conducted Susceptibility בתחום התדרים הנמוך.

פתרון באמצעות פילטר חיצוני קונבנציונלי עלול לדרוש רכיבים מגנטיים וקיבוליים משמעותיים, לתפוס שטח ונפח ולהשפיע גם על משקל המערכת ועל הנצילות.

לכן תכנון ה-EMI Filter אינו בהכרח שלב שניתן להוסיף בסוף הפרויקט. במערכות צפופות או בהספקים משמעותיים, הוא יכול להיות חלק מרכזי מארכיטקטורת ספק הכוח כבר מתחילת התכנון.

MIL-STD-810 – הסביבה שבה כל המערכת צריכה לעבוד

MIL-STD-810 מוסיף ממד נוסף.

גם פתרון חשמלי מצוין אינו מספיק אם המוצר אינו מתאים לתנאי הסביבה של היישום.

טמפרטורה, רעידות, זעזועים ותנאי התקנה משפיעים על בחירת הרכיבים, המבנה המכאני, שיטת הקירור והאמינות של המערכת.

המשמעות היא שהפתרון הסופי אינו רק סכימה חשמלית.

הוא שילוב של Power Conversion, Protection, EMI/EMC, Thermal Design ו-Mechanical Design.

הבעיה בגישה המסורתית: כל דרישה מוסיפה עוד שכבה

כאשר כל דרישה נפתרת בנפרד, קל להגיע לארכיטקטורה מודולרית המורכבת ממספר יחידות.

מתחילים בממיר DC-DC.

לאחר מכן מוסיפים מעגל הגנה כדי להתמודד עם סביבת הכניסה.

אחר כך מוסיפים EMI Filter כדי לעמוד בדרישות ההפרעות.

אם הפילטר אינו מספיק, מוסיפים רכיבים נוספים.

לאחר מכן צריך לחבר את הכול, לפנות את החום, למצוא מקום במארז ולבדוק כיצד כל החלקים מתנהגים כאשר הם עובדים יחד.

כל רכיב נוסף יכול להיות מוצדק בפני עצמו, אבל ברמת המערכת מתחיל להצטבר מחיר.

לא רק מחיר כספי.

המחיר יכול להתבטא ב:

• נפח גדול יותר
• משקל גבוה יותר
• מספר רכיבים גדול יותר
• חיבורים ומחברים נוספים
• BOM מורכב יותר
• הפסדי הספק נוספים
• צורך בפינוי חום נוסף
• עבודת תכנון ואינטגרציה
• נקודות כשל נוספות
• זמן הנדסי הנדרש כדי להביא את המערכת השלמה לביצועים הנדרשים

וזו נקודה חשובה:

היחידה הקטנה ביותר על שולחן המעבדה אינה בהכרח הפתרון הקטן ביותר בתוך המערכת הסופית.

ממיר DC-DC קומפקטי מאוד יכול להיראות אטרקטיבי בפני עצמו, אבל אם כדי להשתמש בו נדרש להוסיף סביבו פילטר גדול, הגנות, PCB ורכיבים נוספים, יש לבחון את הגודל, המשקל והנצילות של כל שרשרת הכוח ולא של הממיר בלבד.

במקום אוסף רכיבים – Integrated Military Power Solution

הגישה המשולבת מתחילה מנקודת מוצא אחרת.

במקום לבחור תחילה DC-DC Converter ולאחר מכן לנסות להגן עליו ולסנן אותו, מגדירים מראש את סביבת העבודה המלאה של המערכת.

מהו מקור ההזנה?

אילו אירועי מתח צפויים?

אילו דרישות EMI/EMC קיימות?

מהו ההספק הנדרש?

מהם מתחי היציאה?

כמה מקום עומד לרשותנו?

כיצד ניתן לפנות חום?

באילו תנאי סביבה המוצר צריך לעבוד?

לאחר שהדרישות האלו ידועות, ניתן לתכנן את ה-Power Conversion, ההגנות והסינון כמערכת אחת.

בפתרונות של Gilgal Power, ניתן לשלב בהתאם לדרישות היישום פונקציות כגון:

Input Protection + EMI Filtering + DC-DC Conversion

בתוך פתרון Power אחד קומפקטי.

המטרה אינה רק להכניס מספר פונקציות לאותו מארז.

המטרה היא לתכנן אותן יחד.

כאשר ההגנה, הפילטר והממיר מתוכננים כמערכת אחת, ניתן לבצע אופטימיזציה ברמת ה-System במקום לבצע אופטימיזציה לכל בלוק בנפרד.

וזה יכול להיות משמעותי במיוחד במקום שבו כל סנטימטר, כל גרם וכל Watt של הפסד חשובים.

היתרון אינו רק בגודל – אלא באינטגרציה

הקטנת Size, Weight and Power, או בקיצור SWaP, היא יתרון ברור של פתרון משולב, אך היא אינה היתרון היחיד.

כאשר Input Protection, EMI Filtering ו-DC-DC Conversion מתוכננים בנפרד, כל יחידה צריכה לעבוד עם היחידות שלפניה ואחריה.

הפילטר משפיע על הממיר.

הממיר משפיע על הפילטר.

מעגלי ההגנה מוסיפים התנגדות, קיבוליות ולעיתים הפסדי הספק.

גם החיווט והמחברים שבין היחידות אינם שקופים מבחינה חשמלית.

במקרים מסוימים, חיבור של רכיבים שכל אחד מהם עובד היטב בפני עצמו אינו מבטיח שהמערכת השלמה תתנהג בצורה אופטימלית.

לדוגמה, EMI Filter אינו רק רכיב ש"מנקה רעש". הוא יוצר רשת חשמלית בעלת מאפיינים דינמיים משלה, והאינטראקציה בינו לבין עכבת הכניסה של ממיר ממותג צריכה להילקח בחשבון בתכנון.

כאשר הפילטר והממיר מתוכננים יחד, ניתן לבצע אופטימיזציה של המערכת השלמה ולא רק של כל יחידה בנפרד.

זו אחת הסיבות לכך שפתרון Integrated Power יכול להיות בעל ערך גדול בהרבה מהחיסכון הפיזי במקום.

Built-In Input Protection – לתכנן מראש לסביבת הכניסה

במערכת צבאית, מקור ההזנה אינו ספק מעבדה אידיאלי.

לכן אחת השכבות החשובות בכניסה למערכת היא Input Protection.

בהתאם לפלטפורמה ולדרישות היישום, תכנון ההגנה עשוי להידרש להתמודד עם אירועי מתח שונים ולמנוע מהם להגיע בצורה מזיקה ל-DC-DC Converter ולעומס שמאחוריו.

בגישה המסורתית, ההגנה יכולה להיות ממומשת באמצעות מודול נפרד או באמצעות אוסף רכיבים חיצוניים.

בפתרון משולב ניתן לתכנן את שלב ההגנה כחלק אינטגרלי ממערכת ה-Power Conversion.

היתרון הוא שניתן להתאים את ההגנה לממיר שאחריה, להספק הנדרש ולפרופיל הכניסה של היישום במקום להוסיף פתרון כללי לפני ממיר קיים.

גישה זו רלוונטית במיוחד למערכות הנדרשות להתמודד עם סביבת החשמל המוגדרת במסגרת MIL-STD-1275 לרכב צבאי או MIL-STD-704 למערכות תעופתיות.

חשוב להדגיש כי עצם קיומה של הגנת כניסה אינה אומרת אוטומטית שהמערכת עומדת בכל דרישה של תקן מסוים.

הפתרון צריך להיות מוגדר ונבדק בהתאם לדרישות הפרויקט, לפלטפורמה ולגרסה הרלוונטית של התקן.

Built-In EMI Filtering – כשהפילטר הופך לחלק מספק הכוח

EMI Filtering הוא אחד המקומות שבהם היתרון של תכנון אינטגרטיבי יכול להיות משמעותי במיוחד.

פתרון EMI חיצוני נראה לעיתים פשוט על הנייר:

מוסיפים Inductors, Capacitors ורכיבי סינון נוספים לפני הממיר.

אבל כאשר דרישות ה-EMI/EMC הופכות מחמירות, הפילטר עלול לגדול במהירות.

יותר השראות.

יותר קיבול.

יותר נפח.

יותר משקל.

יותר הפסדים.

ובמערכת שבה המקום מוגבל, הפילטר שנועד "רק לעזור לממיר לעבור את הבדיקה" עלול להפוך לאחד החלקים הגדולים בשרשרת הכוח.

CS101 – דוגמה מצוינת לבעיה

אחת הבדיקות המאתגרות במסגרת MIL-STD-461 היא CS101 – Conducted Susceptibility, Power Leads.

הבדיקה בוחנת את יכולת הציוד להמשיך לפעול כאשר הפרעה בתדר נמוך מוזרקת אל קווי ההזנה.

מבחינת Power Electronics זהו אתגר שונה מסינון הפרעות בתדרים גבוהים בלבד.

פתרון קונבנציונלי עשוי לדרוש רכיבים פסיביים משמעותיים כדי להשיג את רמת ההנחתה הנדרשת בתחום התדרים הרלוונטי.

התוצאה עלולה להיות פילטר גדול וכבד יחסית, ובמקרים מסוימים גם ירידה בנצילות כתוצאה מהפסדים נוספים בשרשרת הכוח.

Gilgal Power מתמחה במיוחד בהתמודדות עם אתגרי CS101 באמצעות פתרונות Power ו-Filtering קומפקטיים, במטרה לצמצם את המקום והמשקל הנדרשים לעומת פתרונות סינון קונבנציונליים.

במקום להתייחס ל-CS101 כאל בעיה שמגלים בשלב בדיקות ה-EMC ומנסים לפתור באמצעות הוספת פילטר חיצוני, ניתן להביא את הדרישה לתוך תכנון ספק הכוח כבר מהשלבים הראשונים.

זה שינוי קטן בדרך שבה מגדירים את הפרויקט, אבל הוא יכול ליצור הבדל גדול בארכיטקטורה הסופית.

כאשר ההגנה, הפילטר והממיר מתוכננים יחד

כאן מתחבר כל הרעיון.

במקום:

Protection Module + EMI Filter + DC-DC Converter

ניתן לתכנן:

Protection + Filtering + Conversion

כמערכת חשמלית אחת.

המשמעות אינה שכל יישום יקבל בהכרח את אותו פתרון.

להפך.

היתרון הוא האפשרות להתאים את הארכיטקטורה לדרישות האמיתיות של הפרויקט:

• מתח הכניסה והפלטפורמה
• MIL-STD-1275 או MIL-STD-704, בהתאם ליישום
• דרישות MIL-STD-461 הרלוונטיות
• דרישות CS101
• מתח או מתחי היציאה
• הספק
• בידוד, כאשר הוא נדרש
• מגבלות מקום ומשקל
• תנאי קירור
• טמפרטורת עבודה
• דרישות מכאניות וסביבתיות

כך הלקוח אינו מתחיל בשאלה:

"איזה DC-DC Converter מתאים לי?"

אלא בשאלה הנכונה יותר:

"איזו שרשרת כוח אני צריך כדי להפעיל את המערכת שלי בתנאי הסביבה והתקינה הנדרשים?"

וזה ההבדל בין בחירת רכיב לבין תכנון Military Power Solution.

פתרון אחד למספר דרישות מערכת

אחד היתרונות המשמעותיים של גישה אינטגרטיבית הוא האפשרות להתייחס למספר דרישות כבר בשלב התכנון הראשוני של ספק הכוח.

במערכת לרכב צבאי, לדוגמה, ניתן להתחיל מדרישות סביבת הכניסה של MIL-STD-1275F, להוסיף את דרישות ה-EMI/EMC הרלוונטיות של MIL-STD-461 ולתכנן את ה-DC-DC Conversion כחלק מאותה מערכת.

הדגש על MIL-STD-1275F חשוב. לא מספיק להגדיר את המערכת כ-"28VDC" או אפילו לציין באופן כללי MIL-STD-1275. כאשר הפרויקט דורש Revision F, יש לתכנן את שלב הכניסה בהתאם לדרישות הרלוונטיות של גרסה זו.

תכנון פתרון קומפקטי המתמודד עם MIL-STD-1275F הוא תחום התמחות משמעותי של Gilgal Power, ובמיוחד כאשר נדרש לשלב באותה יחידה גם EMI Filtering ו-DC-DC Conversion.

במערכת תעופתית ניתן ליישם את אותו עיקרון עם סביבת הכניסה של MIL-STD-704.

במקביל, המבנה המכאני והתרמי של המוצר יכול להיות מתוכנן בהתאם לתנאי הסביבה הרלוונטיים ליישום ולדרישות MIL-STD-810 כאשר הן חלות על הפרויקט.

כך מתקבלת ארכיטקטורה שבה התקנים אינם נתפסים כארבע "קופסאות" נפרדות, אלא כקבוצות שונות של דרישות המשפיעות על אותו פתרון Power.

חשוב גם כאן להבחין בין המושגים.

MIL-STD-1275F ו-MIL-STD-704 אינם תחליף ל-MIL-STD-461, ו-MIL-STD-461 אינו תחליף ל-MIL-STD-810.

כל אחד מהם עוסק בהיבט אחר.

היתרון הוא שניתן להביא את הדרישות הרלוונטיות מכל אחד מהם לתוך התכנון של אותה יחידת Power.

MIL-STD-1275F + MIL-STD-461 בתוך אותה ארכיטקטורה

ניקח כדוגמה מערכת המותקנת ברכב צבאי.

מצד אחד, הכניסה צריכה להיות מתוכננת לסביבת החשמל של הרכב ולדרישות הרלוונטיות של MIL-STD-1275F.

מצד שני, אותה יחידה עשויה להידרש לעמוד גם בדרישות EMI/EMC של MIL-STD-461.

לכן שרשרת הכוח אינה רק:

28VDC → DC-DC → Load

אלא מערכת שבה צריך להתמודד עם מספר אתגרים במקביל:

• סביבת הכניסה של MIL-STD-1275F
• אירועי מתח והגנות כניסה
• EMI Filtering
• דרישות MIL-STD-461 הרלוונטיות
• DC-DC Conversion
• נצילות ופיזור חום

בגישה המסורתית ניתן לפתור כל אחת מהדרישות באמצעות שלב נפרד.

אבל כאשר נדרשת התאמה ל-MIL-STD-1275F, ובמקביל קיימות דרישות EMI/EMC מחמירות, הפתרון החיצוני עלול להפוך לגדול ומורכב משמעותית מהממיר עצמו.

כאן נמצא אחד היתרונות המרכזיים של Gilgal Power.

במקום להתחיל מ-DC-DC Converter סטנדרטי ולהוסיף סביבו שכבות של הגנה וסינון, ניתן להתחיל מדרישות MIL-STD-1275F + MIL-STD-461 ולתכנן את ה-Input Protection, ה-EMI Filtering וה-DC-DC Conversion כמערכת אחת.

הגישה הזו מאפשרת לבצע אופטימיזציה של גודל, משקל, נצילות וביצועים ברמת המערכת השלמה.

MIL-STD-704 + MIL-STD-461 במערכת תעופתית

אותו עיקרון חל גם במערכת מוטסת.

כאן סביבת הכניסה נקבעת בהתאם למערכת החשמל של כלי הטיס ולדרישות הרלוונטיות של MIL-STD-704, בעוד שדרישות EMI/EMC עשויות להגיע מ-MIL-STD-461.

גם במקרה זה, אין סיבה הנדסית להתייחס בהכרח לדרישות כאל מערכות בלתי תלויות.

כאשר הן ידועות מראש, ניתן לתכנן את ה-Input Stage, ה-EMI Filtering וה-Power Conversion כמכלול.

עבור מערכות תעופתיות, שבהן משקל ונפח הם לעיתים קרובות פרמטרים קריטיים, אינטגרציה כזו יכולה להיות בעלת ערך משמעותי במיוחד.

ומה התפקיד של MIL-STD-810?

MIL-STD-810 אינו מגדיר את איכות מתח הכניסה ואינו תקן EMI.

הוא מוסיף שכבה אחרת לחלוטין: סביבת העבודה הפיזית.

לדוגמה:

• טמפרטורות גבוהות ונמוכות
• Vibration
• Shock
• תנאי סביבה נוספים בהתאם לפרופיל ולשיטות הבדיקה הנדרשות

כאשר מספר מודולים נפרדים מותקנים במערכת, לכל אחד מהם יש מארז, חיבורים, נקודות עיגון והתנהגות תרמית משלו.

פתרון אינטגרטיבי מאפשר להביא גם את השיקולים המכאניים והתרמיים לתוך התכנון הכולל של יחידת הכוח.

לדוגמה, במקום לפזר את הפסדי ההספק בין מספר יחידות המחוברות זו לזו, ניתן לתכנן מראש את מסלול פינוי החום של המערכת השלמה.

באותו אופן ניתן להתייחס למיקום רכיבים, לחיבורים מכאניים ולמבנה המארז כחלק מתכנון המוצר ולא כאילוצים שנוצרים לאחר חיבור מספר יחידות קיימות.

Integrated לעומת Discrete – השוואה ברמת המערכת

כאשר משווים בין שתי הגישות, חשוב לא להשוות רק את מחירו או את גודלו של ממיר ה-DC-DC.

צריך להשוות את המערכת המלאה.

נושא	פתרון Discrete	פתרון Integrated
DC-DC Conversion	ממיר נפרד	משולב במערכת
MIL-STD-1275F Input Protection	דורש פתרון הגנה מתאים לפני הממיר	ניתן לתכנן כחלק מפתרון הכוח
EMI Filtering	פילטר חיצוני	ניתן לשלב בתוך הפתרון
MIL-STD-461 / CS101	עשוי לדרוש סינון ורכיבים חיצוניים משמעותיים	ניתן להביא את הדרישה לתוך תכנון המערכת
מספר רכיבים	בדרך כלל גבוה יותר	ניתן לצמצם
חיווט וחיבורים	יותר חיבורים בין יחידות	ניתן לצמצם חיבורים
נפח	מצטבר ממספר יחידות	ניתן לבצע אופטימיזציה ברמת המערכת
משקל	מארזים, מחברים ורכיבים נפרדים	פוטנציאל להפחתת משקל
נצילות	מושפעת מהפסדי כל שלב בנפרד	ניתן לבצע אופטימיזציה כוללת
Thermal Design	מספר מקורות חום ויחידות	תכנון תרמי של המערכת כמכלול
EMI/EMC	התאמה בין הפילטר לממיר נדרשת באינטגרציה	הפילטר והממיר יכולים להיות מתוכננים יחד
אינטגרציה	באחריות מתכנן המערכת	חלק גדול יותר מהאינטגרציה מתבצע ברמת ספק הכוח
התאמה ליישום	שילוב מוצרים קיימים	אפשרות לתכנון בהתאם לדרישות הפרויקט

הנקודה האחרונה חשובה במיוחד.

פתרון Integrated אינו בהכרח מוצר מדף אחד שמתאים לכל מערכת צבאית.

הערך האמיתי נמצא ביכולת להתחיל מדרישות המערכת ולבנות את פתרון הכוח סביבן.

במקרה של רכב צבאי, לדוגמה, נקודת המוצא יכולה להיות:

MIL-STD-1275F + MIL-STD-461 / CS101 + Required DC Outputs

ומשם לתכנן את פתרון הכוח השלם.

פחות רכיבים יכולים להיות גם פחות סיכון באינטגרציה

במערכת המורכבת ממספר מודולים, קיימים ממשקים רבים יותר.

כל מחבר, כבל, PCB וממשק חשמלי הוא חלק נוסף שצריך להגדיר, לרכוש, להרכיב ולבדוק.

בנוסף, כאשר מופיעה בעיה בבדיקת מערכת, צריך לזהות מאיפה היא מגיעה.

האם מקור ההפרעה הוא הממיר?

האם הפילטר אינו מתאים?

האם החיווט משפיע על הביצועים?

האם קיימת אינטראקציה בין שני מודולים?

האם שינוי שנעשה כדי לפתור בעיית EMI יצר בעיה תרמית או פגע בנצילות?

ככל שמספר הממשקים קטן, כך ניתן לצמצם חלק ממורכבות האינטגרציה.

לכן היתרון של Integrated Military Power Solution אינו מסתכם ב-"קופסה קטנה יותר".

המטרה היא מערכת פשוטה יותר לשילוב, עם פחות רכיבים חיצוניים ופחות משתנים שהלקוח צריך לפתור בעצמו.

מתי פתרון Integrated Military Power מתאים במיוחד?

לא בכל מערכת יש צורך בפתרון משולב.

אם סביבת הכניסה פשוטה, אין דרישות EMI/EMC מיוחדות וקיים מספיק מקום במערכת, ממיר DC-DC סטנדרטי עם מספר רכיבים חיצוניים יכול להיות פתרון מצוין.

היתרון של Integrated Military Power Solution הופך למשמעותי כאשר מספר אילוצים מופיעים יחד.

לדוגמה:

• נדרשת התאמה ל-MIL-STD-1275F
• קיימות דרישות MIL-STD-461 מחמירות
• CS101 מהווה אתגר משמעותי
• קיימת מגבלת מקום
• משקל הוא פרמטר קריטי
• נדרשת נצילות גבוהה
• פיזור החום מוגבל
• נדרש הספק משמעותי בנפח קטן
• קיימות דרישות סביבתיות ומכאניות
• הלקוח רוצה לצמצם רכיבים חיצוניים ועבודת אינטגרציה

ככל שיותר מהדרישות האלו קיימות באותו פרויקט, כך גדל היתרון הפוטנציאלי של תכנון המערכת כמכלול.

לא לבחור DC-DC לפי ה-Datasheet בלבד

אחת הטעויות הנפוצות בתכנון מערכת היא להתחיל ממוצר שנראה מתאים לפי הנתונים הבסיסיים שלו.

לדוגמה:

Input: 18-36VDC
Output: 12VDC
Power: 300W

על הנייר, ממיר כזה עשוי להיראות מתאים למערכת 28VDC.

אבל אלו רק שלושה נתונים מתוך מערכת דרישות גדולה בהרבה.

לפני הבחירה צריך לשאול:

האם טווח הכניסה מתאים לסביבת החשמל האמיתית?

מה קורה בזמן Transient או Surge?

איזו הגנת כניסה נדרשת?

מהן דרישות ה-EMI/EMC?

האם נדרש MIL-STD-461?

האם CS101 רלוונטי?

מה יהיה גודל הפילטר הנדרש?

מה תהיה הנצילות לאחר הוספת ההגנות והסינון?

כמה חום תייצר המערכת השלמה?

וכמה מקום יתפסו כל הרכיבים לאחר האינטגרציה?

לכן השוואה נכונה בין פתרונות אינה צריכה להיות:

DC-DC מול DC-DC

אלא:

Complete Power Chain מול Complete Power Chain

Size, Weight and Power – להסתכל על ה-SWaP האמיתי

SWaP – Size, Weight and Power – הוא שיקול מרכזי במערכות צבאיות ותעופתיות רבות.

אבל גם כאן חשוב למדוד את הדבר הנכון.

אם ממיר מסוים קטן יותר ב-20%, אבל דורש פילטר חיצוני גדול, מודול הגנה נוסף, PCB ומחברים, ייתכן שהמערכת הסופית תהיה דווקא גדולה וכבדה יותר.

אותו הדבר נכון לגבי נצילות.

אין משמעות מספקת להשוואת Efficiency של ה-DC-DC בלבד אם לפניו קיימים מספר שלבים נוספים היוצרים הפסדי הספק.

הנתון שמעניין ברמת הפלטפורמה הוא הביצועים של כל שרשרת הכוח.

לכן בתכנון מערכת צבאית קומפקטית נכון לבחון:

Total Size + Total Weight + Total Losses + Total Thermal Load

ולא רק את הנתונים של רכיב בודד.

פתרונות Military Power של Gilgal Power

Gilgal Power מפתחת פתרונות Power Conversion עבור יישומים צבאיים ותעופתיים שבהם נדרש להתמודד עם שילוב של דרישות חשמליות, EMI/EMC, מגבלות SWaP ותנאי סביבה.

במקום להתייחס ל-DC-DC Converter, ל-Input Protection ול-EMI Filter כאל מוצרים שאינם קשורים זה לזה, ניתן לתכנן אותם כחלק מפתרון אחד המותאם לדרישות המערכת.

תחומי המיקוד כוללים בין היתר:

• פתרונות DC-DC צבאיים
• Input Protection
• EMI Filtering
• פתרונות עבור MIL-STD-1275F
• פתרונות עבור MIL-STD-704
• תכנון בהתאם לדרישות MIL-STD-461
• התמחות בפתרונות לאתגרי CS101
• תכנון מכאני ותרמי ליישומים צבאיים
• פתרונות Custom בהתאם לדרישות הפרויקט

המטרה אינה להוסיף כמה שיותר פונקציות למוצר.

המטרה היא בדיוק הפוכה:

להשיג את דרישות המערכת באמצעות פתרון קטן, יעיל ופשוט יותר לאינטגרציה.

מתחילים מהדרישות – לא מהקטלוג

בפרויקטים מסוג זה, הדרך הנכונה להתחיל אינה בהכרח בבחירת Part Number.

השלב הראשון הוא להבין את סביבת העבודה.

ככל שהמידע ההנדסי מוגדר טוב יותר בתחילת הדרך, כך ניתן לבחון האם פתרון סטנדרטי מתאים או שנדרש פתרון מותאם.

Checklist להגדרת פתרון Military DC-DC

לפני פנייה לבחירת פתרון, מומלץ להגדיר ככל האפשר את הפרטים הבאים:

פלטפורמה

• רכב צבאי
• כלי טיס
• מערכת קרקעית
• מערכת אחרת

מתח כניסה

• מתח נומינלי
• טווח מתח רציף
• סוג מערכת ההזנה

מתח יציאה

• מתח יציאה נדרש
• מספר יציאות
• דיוק ו-Regulation במידת הצורך

הספק

• הספק רציף
• Peak Power אם קיים
• מאפייני העומס

תקנים ודרישות

• MIL-STD-1275F
• MIL-STD-704
• MIL-STD-461
• CS101 ודרישות EMI/EMC נוספות
• MIL-STD-810
• דרישות פרויקט או פלטפורמה נוספות

מגבלות מכאניות

• מידות מקסימליות
• משקל מקסימלי
• צורת התקנה
• מחברים נדרשים

Thermal

• טמפרטורת עבודה
• Baseplate / Conduction Cooling
• Air Cooling אם קיים
• מגבלות פיזור חום

דרישות נוספות

• Isolation
• Hold-up
• Inrush Current
• Remote On/Off
• Monitoring
• Protections
• דרישות מיוחדות של המערכת

אין חובה שכל הפרטים יהיו ידועים כבר בשלב הראשון.

אבל ככל שמגדירים מוקדם יותר את סביבת הכניסה, דרישות ה-EMI, ההספק ומגבלות ה-SWaP, כך קל יותר להימנע ממצב שבו ממיר שנבחר בתחילת הפרויקט דורש בהמשך מערכת גדולה של פתרונות חיצוניים.

השורה התחתונה

במערכת צבאית, ספק הכוח הוא הרבה יותר מממיר מתח.

הוא נמצא בנקודת המפגש בין מערכת החשמל של הפלטפורמה, העומס האלקטרוני, דרישות EMI/EMC, תנאי הסביבה והמגבלות המכאניות של המערכת.

MIL-STD-1275F מגדיר אתגרי כניסה משמעותיים עבור ציוד המחובר למערכות רכב צבאיות.

MIL-STD-704 מביא את הדרישות של סביבת החשמל התעופתית.

MIL-STD-461 מוסיף את עולם ה-EMI וה-EMC, כולל אתגרים משמעותיים כגון CS101.

MIL-STD-810 מכניס לתמונה את תנאי הסביבה המכאניים והתרמיים.

אפשר להתמודד עם כל אחת מהדרישות באמצעות שכבה נוספת.

ואפשר להתחיל מהמערכת השלמה.

Input Protection + EMI Filtering + DC-DC Conversion

כאשר הפונקציות האלו מתוכננות יחד, ניתן לצמצם רכיבים חיצוניים, לבצע אופטימיזציה של SWaP ולהפחית את מורכבות האינטגרציה.

וזו בדיוק הגישה שמאחורי פתרונות ה-Military Power של Gilgal Power.

ב-Amironic אנו עובדים יחד עם Gilgal Power על התאמת פתרונות Power Conversion לדרישות היישום, החל משלב הגדרת סביבת הכניסה והתקנים הרלוונטיים ועד להתאמת פתרון הכוח למערכת.

מתכננים מערכת עם MIL-STD-1275F, MIL-STD-704, MIL-STD-461 או דרישות CS101?

שלחו לנו את מתח הכניסה, מתח היציאה, ההספק, התקנים הרלוונטיים ומגבלות המקום והמשקל, ונבחן כיצד ניתן לשלב את ההגנות, הסינון וה-DC-DC Conversion בפתרון קומפקטי אחד.