איך זה עובד: אל-פסק
ככל שיותר מחשבים שולחניים מוחלפים בניידים ובטאבלטים עם סוללה, כך גם האל-פסק – התקן שמספק הגנה וכוח חלופי במקרה של כשל ברשת החשמל הופך לנדיר. אף אחד לא מזיל דמעה בגלל זה: זה היה התקן כבד, מגושם ומכוער. מה היה שם בפנים?
נקודת המוצא היא שמכשירי חשמל, ובמיוחד מכשירים עם רכיבים עדינים (כגון מיקרו-מעבדים או מעבדים), זקוקים לאספקת חשמל רציפה ויציבה. חברת החשמל לא יכולה להבטיח את זה במאה אחוזים, שלא לדבר על גורמים שאינם בשליטתה. לכן, כדי לשמור על המכשירים היקרים ולהבטיח את פעולתם התקינה, צריך מקור חשמל חלופי וגם מערכת ש"תחסום" עליות וירידות קיצוניות במתח ובזרם.
מערכת בסיסית ביותר שמסוגלת לעשות זאת משלבת גלגל תנופה. אנחנו מכירים גלגל כזה בעיקר ממכוניות צעצוע, מהסוג שמסיעים קצת ואז הגלגלים ממשיכים להניע אותן באותו כיוון, כאילו מעצמם. בתוך המכוניות הללו יש תמסורת שמסובבת דיסקית מתכת כבדה. בהתחלה צריך להשקיע כוח (ללחוץ על המכונית תוך כדי הסעה) כדי שהדיסקית תתחיל להסתובב. לעומת זאת, כשמפסיקים להפעיל כוח, האנרגיה שהושקעה בסיבוב הדיסקית מוחזרת אל הגלגלים בהדרגה דרך אותה תמסורת.
נניח שיש גלגל תנופה גדול וכבד במיוחד, שמונע על ידי מנוע חשמלי ומסובב דינמו נפרד להפקת חשמל. כל עוד רשת החשמל תקינה הגלגל מסתובב בקצב אחיד. מה קורה אם יש קפיצה פתאומית ברשת? המנוע "רוצה" להאיץ באותה פתאומיות, אך הכובד של הגלגל מונע זאת ממנו. למעשה, הגלגל ישמש כמעין בלם, והדינמו לא ירגיש כמעט בשום שינוי. לעומת זאת, אם אספקת החשמל צונחת או נפסקת, תנופת הגלגל תמשיך להניע את הדינמו ולספק חשמל לזמן-מה (בהתאם לעומס הצריכה). כמובן, זהו לא פתרון ריאלי לגיבוי עבור המחשב האישי. גלגל כזה יהיה גדול ומסורבל מדי, ויוכל לספק חשמל לשניות ספורות בלבד לפני שגלגל התנופה יאט לרמה חסרת תועלת.
שנאי וסוללה
מכשירי האל-פסק המודרניים יותר מבוססים על שני רכיבים עיקריים, שאחראים גם לרוב המשקל: סוללה נטענת גדולה ושנאי גדול. לשנאי מטרה כפולה: להמיר את המתח של רשת החשמל למתח שמתאים לטעינת הסוללה, ולהמיר במקרה הצורך את המתח מהסוללה בחזרה למתח ביתי עבור המכשירים המחוברים. ההמרות הללו אינן סימטריות, מכיוון שטעינה מצריכה מתח גבוה קצת יותר מזה של הסוללה עצמה. לדוגמה, על סוללת 12 הוולט שבתמונה למטה כתוב שהמתח המומלץ לטעינה הוא בסביבות 13.8 וולט. לכן, אחת הפונקציות של האל-פסק היא לנתב את החשמל דרך סלילים שונים בתוך השנאי, לפי הצורך.
המכשירים הביתיים עליהם אנחנו מדברים לא מתיימרים להחזיק את המחשב בחיים למשך שעות, רק לספק למשתמש מספר דקות לגבות את קבציו ולכבות את המחשב בצורה מסודרת. רוב התקני האל-פסק כוללים מעגל שבודק ברציפות את מתח הסוללה ומתחיל לצפצף בפאניקה כשזה מתקרב לגבול השימושי התחתון. אבל מה אם המשתמש בכלל לא ליד המחשב, ורק השאיר אותו דלוק כדי להוריד תוכן חוקי במשך הלילה?
חיבור לתוכנה
כך נולדה הפונקציונליות שתופסת את חלק ניכר משטח המעגל המודפס: תקשורת עם המחשב. חיבור זה בכבל מאפשר לאל-פסק לדבר עם תוכנה ייעודית במחשב, וזו יכולה גם להודיע למשתמש כמה זמן נותר לו לעבוד, וגם לכבות בכוחות עצמה את המחשב כשכלו כל הקיצין.
במאמר מוסגר, אין שום דבר יוצא דופן או מסובך בכיבוי המחשב על ידי תוכנה. מערכת ההפעלה חושפת בפני המתכנת/ת מספר עצום של פונקציות מובנות שקשורות לכל האספקטים של פעילותה, דרך ממשק שנקרא (API -Application Programming Interface). למערכת ההפעלה Windows יש פונקציית API בשם ExitWindowsEx, וקריאה לה עם הפרמטרים הנכונים מתוך הקוד של תוכנת האל-פסק מבצעת בדיוק מה שעושה לחיצה עם העכבר על לחצן הכיבוי בתפריט המערכת.
טרנזיסטורים לוהטים
בהסתכלות ראשונית על המעגל המודפס של האל-פסק אפשר לזהות מספר רכיבים בולטים. הג'וק הגדול ביותר, כפי שייווכח כל מי שיחפש את הקוד שכתוב עליו ברשת, הוא המיקרו-בקר ששולט בתקשורת עם המחשב ובניהול הסוללה. הרכיבים המרובעים הגדולים הם ממסרים (Relays) – מפסקים שנשלטים באמצעות זרם חשמלי מהמיקרו-בקר, ואילו הגושים הכסופים הם גופי קירור (Heat sink).
אם נסתכל מקרוב על גופי הקירור, נראה שהם בסך הכל חובקים רכיבים אלקטרוניים לא מרשימים. אלו הם טרנזיסטורים (מדגם NDP6051, אם אתם חייבים לדעת) שמשמשים כ"ברזים" אלקטרוניים לזרמים חזקים. לכל טרנזיסטור יש למעלה לוחית מתכת עם חור, שמשמשת לפיזור חום עודף שנוצר כתוצאה ממעבר הזרם.
החום הוא האויב הגדול ביותר, חוץ ממים, של האלקטרוניקה. חימום יתר משנה את התכונות החשמליות של החומרים והופך אותם ללא-אמינים במקרה הטוב, או משמיד אותם לגמרי. לא ניתן למנוע לגמרי את הפקת החום, וקשה מאד להיפטר ממנו. אי אפשר לנקז אותו – הוא חייב להתפזר לתווך הקר-יותר שסובב אותו, וזה מחייב שטח מגע גדול ככל האפשר בין האלמנט החם לאותו תווך. במקרה של האל-פסק, הלוחית המובנית שהוזכרה פשוט לא מספיקה. לכן מוסיפים גופי קירור פסיביים כמו אלה שבתמונה למעלה. הם יכולים להיות עשויים מאלומיניום, מנחושת (בעלת הולכת חום טובה יותר, אך גם יקרה וקשה יותר לעיבוד) ואפילו, במקרים תעשייתיים קיצוניים, מיהלום. מכיוון שכל אלה מוליכים חום הרבה יותר טוב מאוויר, הם מגדילים למעשה את פני השטח שדרכם מתפזר החום ומשפרים את הקירור. יש מדע שלם של תכנון "סנפירים" ומבנים אחרים לפיזור חום מיטבי.
הגנה על הקו
לקראת אמצע שנות התשעים, כשהאינטרנט החלה להתפשט ומחשבים התחילו להתחבר גם לקו הטלפון, יצרני האל-פסק התחילו להוסיף להם הגנה לקווי התקשורת העדינים מפני "קפיצות" בחשמל. המודול שבתמונה הבאה היה בתוך האל-פסק שפורק לצורך הטור, והוא היה נפרד לחלוטין מכל המעגלים האחרים – למעשה, אפשר לקחת אותו כמו שהוא ולהשתמש בו כמגן עצמאי לכבל רשת.
הרכיב המסקרן ביותר במודול הזה הוא הגליל הכסוף-לבן שמעל למחבר הימני. הגליל הזה, שמכונה Gas Discharge Tibe, מלא בגז מיוחד. במצב רגיל עובר במעגל זרם חשמלי מתון, והגז משמש כמבודד ואינו מתערב כלל. אך כאשר מגיע נחשול של מתח גבוה, למשל בגלל פגיעת ברק, הגז מתיינן והופך זמנית למוליך חשמל. במצב זה הוא מנקז את כל הזרמים העודפים דרך מסלול עוקף ושומר על הרכיבים העדינים.
