ספק כוח המיועד למערכת צבאית נדרש להתמודד עם הרבה יותר ממתח כניסה, הספק יציאה ונצילות.
כאשר ספק כוח מותקן ברכב צבאי, במערכת מוטסת, בפלטפורמה ניידת או בציוד הפועל בתנאי שטח, הוא עלול להיחשף גם לרעידות, זעזועים, טמפרטורות קיצוניות ותנאי סביבה קשים.
כאן נכנס לתמונה MIL-STD-810.
MIL-STD-810 הוא תקן צבאי אמריקאי העוסק בהשפעת תנאי הסביבה על ציוד לאורך מחזור החיים שלו ובשיטות לבדיקת עמידותו בתנאים אלה. הגרסה הפעילה כיום היא MIL-STD-810H Change 1, מתאריך 18 במאי 2022.
עבור ספקי כוח וממירי DC-DC, התקן רלוונטי במיוחד לנושאים כגון Vibration, Shock, High Temperature, Low Temperature ו-Temperature Shock, אך בפועל הוא כולל מגוון רחב בהרבה של תנאי סביבה.
חשוב במיוחד להבין ש-MIL-STD-810 אינו מגדיר בדיקה אחידה שכל ספק כוח צריך לעבור.
הגישה של התקן היא לבצע Environmental Tailoring – התאמת תנאי הבדיקה לסביבה שבה המוצר צפוי לפעול בפועל. גם משרד ההגנה האמריקאי מציין במפורש שהתקן אינו מטיל בפני עצמו מפרט תכנון או מפרט בדיקה קבוע, אלא מספק תהליך ושיטות לבניית דרישות סביבתיות מציאותיות בהתאם ליישום.
לכן הכיתוב:
MIL-STD-810 Compliant
לבדו אינו בהכרח מספק מידע הנדסי מלא.
כאשר בוחנים ספק כוח צבאי, כדאי לדעת אילו שיטות בדיקה בוצעו, באילו תנאים, לאיזו רמת חומרה ובאיזו תצורת התקנה.
למה MIL-STD-810 חשוב במיוחד בספקי כוח?
ספק כוח הוא מערכת אלקטרונית, אבל העמידות שלו בתנאי סביבה תלויה במידה רבה דווקא בפתרונות מכניים ותרמיים.
בתוך ספק כוח נמצאים בדרך כלל רכיבים בעלי מסה משמעותית יחסית, כגון שנאים, סלילים, קבלים, רכיבי הספק, מחברים וגופי קירור. כאשר המערכת נחשפת לרעידות או לזעזועים, כוחות מכניים פועלים על הרכיבים, על ה-PCB, על נקודות ההלחמה ועל המארז.
במקביל, אותו ספק כוח צריך לפנות את החום הנוצר בהפסדי ההספק.
במערכות צבאיות רבות לא ניתן להסתמך רק על זרימת אוויר חופשית או על מאוורר. לכן קיימים ספקי כוח שבהם החום מועבר באמצעות Conduction Cooling אל ה-baseplate ומשם אל שלדת המערכת, גוף קירור או Cold Plate.
כתוצאה מכך, התכנון המכני והתכנון התרמי של ספק כוח צבאי קשורים זה בזה.
המארז צריך להיות קשיח מספיק כדי להתמודד עם Vibration ו-Shock, אך במקרים רבים הוא משמש במקביל גם כחלק ממסלול הולכת החום אל מחוץ לספק.
זו אחת הסיבות לכך שבחירת ספק כוח צבאי אינה מסתכמת בשאלה:
מהו טווח טמפרטורת העבודה של הספק?
צריך לבדוק גם כיצד הספק מותקן, כיצד החום מפונה ממנו ומהי הטמפרטורה בנקודת הייחוס התרמית הרלוונטית.
שלושה תחומים מרכזיים: Vibration, Shock ו-Temperature
ביישומי ספקי כוח, ניתן לחשוב על הדרישות הסביבתיות בשלושה תחומים מרכזיים:
Vibration – רעידות מתמשכות או מחזוריות
רעידות המגיעות מהמנוע, מהכביש, ממערכת ההנעה, מהמדחפים, מהמנועים או ממבנה הפלטפורמה עצמה.
Shock – זעזועים מכניים
אירועים קצרים ובעלי תאוצה גבוהה, הנוצרים למשל בזמן נסיעה בתנאי שטח, נחיתה, פגיעה מכנית, שינוע או אירועים אחרים התלויים בפלטפורמה.
Temperature – טמפרטורה וניהול תרמי
היכולת של הספק לפעול או לשרוד בטמפרטורות גבוהות ונמוכות, ובמקביל לפנות בצורה מבוקרת את החום שהוא עצמו מייצר.
שלושת הנושאים האלה אינם בלתי תלויים.
רעידות משפיעות על התכנון המכני, התכנון המכני משפיע על הדרך שבה ניתן להצמיד את הספק למערכת, ואופן ההצמדה משפיע ישירות גם על Conduction Cooling ועל הטמפרטורה של רכיבי ההספק.
לכן בספק כוח צבאי נכון להסתכל על Mechanical Design ו-Thermal Design כמערכת אחת.
