銀河を救う充電器を設計するには？

エンジニアのウーさんは、エンジニアとして約20年間働いています。彼は同僚、サプライヤー、顧客から「エンジニア ウー」と呼ばれることが多いです。

上司は気が進まなかったが、世論のせいでしぶしぶその役職を受け入れざるを得なかった。

呉氏の主な事業は電源装置です。苦労して作った商品が完成するたびに、お客様に喜んでご紹介させていただいておりましたが…

顧客は常に知識豊富そうに見え、それを真剣に受け止めません...

エンジニアのウー氏はこの状況を逆転させたいと考え、同僚が設計した充電器を改造することにしました。

この製品は2017年に発売され、当時は世界最小の60W充電器でした。

電源知識の普及と製品設計の難しさを誰もが理解できるように、文系・理系の視聴者の鑑賞力や知識レベルも考慮し、

呉さんはわかりやすいチュートリアルを描いてくれました。プロの画家ではないので、絵が荒いのはご容赦ください。

高校で物理を勉強したことがある友人は、壁のコンセントの電気が 220V 50Hz であることを知っています。

50Hz は、高から低へ、そして低から高へと、1 秒間に 50 回繰り返すことを意味します。

そこで疑問になるのが、携帯電話やノートパソコンを充電するときに必要なのは 5V ～ 20V の DC 電圧だけであるということです。 220Vは高すぎます。私たちは何をすべきでしょうか?

はい、変圧器が必要です。変圧器が 220V 50Hz の周波数電圧をより低い電圧に変換する場合、変圧器は 1 秒間に 50 回エネルギーを転送します。

変圧器をより高速な周波数で動作するようにした場合、転送されるエネルギーの合計は変わらないと仮定すると、変圧器は動作するたびに少量のエネルギーを転送するだけで済みます。変圧器も小型化でき、充電器も小型化できます。

これは完璧に思えますが、エネルギーが転送されるたびに必ず何らかの損失が発生します。作業回数が増えるほど、失われる量も増えます。

これらの過剰損失は熱として放散され、効率が低下します。熱を放散する面積が足りないため、電源装置のサイズを小さくすることができません。

そこでエンジニアは損失を減らすためにさまざまな回路を設計しました。

または、より優れたパフォーマンスを備えたデバイスにアップグレードして、無駄を減らし、効率を向上させます。

これにより回路の複雑さとコストが増加しますが、効率が向上し、全負荷で動作しているときに電源が熱くなりません。

しかし、新たな問題が発生します。スタンバイモードまたは休止モードの場合、システムは熱を発生しませんが、電源は依然として非常に高い周波数で稼働しており、効率は非常に低くなります。

電気代を気にしないかもしれませんが、国では待機電力消費に関する要件が定められています。規定を超える場合は販売できません。

その結果、エンジニアは、デバイスが休止状態のときに充電器が断続的に動作して損失を削減できる新しい回路を設計する必要に迫られました。

しかし、問題は再び発生します。断続的な作業はノイズを発生させ、人間の耳で簡単に検出され、ユーザーエクスペリエンスに影響を与えます。

エンジニアは、騒音デシベルを減らす方法も見つけなければなりません。つまり、断続的な作業の周波数が人間の耳が感知できる音声範囲内に入らないようにするのです。各作業中に消費されるエネルギーを削減する。変圧器などに接着剤を付ける。

そうだとお考えですか？問題はこれらよりもはるかに多いのです...

例えば、作業頻度が高く、働きすぎているため、近くの家電製品にエネルギーが流れることが多く、ひどい場合には他の人の正常な作業に支障をきたすことになります。

これは国家品質強制CCC規制でも許可されていません。

不倫のエネルギーを遮断するために、エンジニアはフィルターと呼ばれるものを電源に追加して遮断する必要があります。

残念ながら、フィルターによってエネルギー転送経路が凹凸だらけになり、電源のサイズと熱損失が増加します。

そのため、エンジニアは、出力エネルギーが出力途中で負のエネルギーによって打ち消されるように、出力エネルギーと反対の極性を持つ電源内のエネルギーを見つけるなど、損失の少ない他の方法を考えなければなりません。フィルターの使用を減らします。

もちろん、これは簡単なことではありません。見つけたネガティブなエネルギーが強すぎると、それが主役になってしまいます...

実験室で 1 つか 2 つのユニットを作り、正と負のエネルギーを打ち消すのは比較的簡単です。しかし、何万個ものユニットが生産されると、一貫性をどのように確保できるのでしょうか?

エンジニアが解決しなければならない問題はまだたくさんあります。製品を作る上で重要なのは、どれが一番優れているかではなく、どれが最も欠点が少ないかということです。結局のところ、製品を作るということは、絶え間ない妥協のプロセスなのです。したがって、短く、軽く、薄い電源装置を作るのは簡単な作業ではありません。

エンジニアたちがようやく実験室で良好な性能を示すプロトタイプをいくつか組み立てたとき、悪夢は始まったばかりでした...

本物のDelta電源製品を作るには、工場に出向いて試作をしなければなりません。

試作製品は 3 つのレベルのテストと採点を受ける必要があり、それらは EVT、DVT、PVT という切っても切れない兄弟です。

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エンジニアリング検証、設計検証、製造検証。

各段階で、12 を超える部門の専門家が集まり、製品の採点を行います。

EVT スコアに合格した場合のみ、DVT に進むことができます。スコアが合格しなかった場合は、設計が修正され、再設計されます。

才能のあるエンジニアでも、PVT スコアを 1 度で達成することはできません。耐え難いほどの痛みに耐え、骨が剥がれそうになることによってのみ、仁と都の経絡を開き、大量生産を達成することができますが、これには少なくとも半年、長くて数年かかります。

数十校の何千ものテストの中で、あまりに専門的なテストは理解しにくいため、呉氏は簡単なテストを選び、製品落下テストの内容を紹介しました。

テスト1：高さ10cm、電源装置の6面を順番に下に向けて、各面50回、合計300回実施し、製品に損傷は発生しません。

テスト2：高さ120cmで、電源装置の6面を順番に下向きにし、各面につき1回ずつ、合計6回実施しても、製品に損傷は発生しません。

幸運にも（あり得ないですが）これらのテストに合格し、すべてが終わったと思ったら、次のテストがやってきます。

テスト 3: 転がりテスト。電源装置を、どちら側が下を向いているか判断せずに 50 cm の高さまで転がし、ランダムに 72 回投げます。製品は破損しない

現在、新興デバイスである窒化ガリウムがインターネット上で有名になっています。 「ガリウム窒化物」という3つの単語が書かれていない充電器は、玄関にロンドン訛りの執事がいない英国の別荘と同じくらい恥ずかしいものらしい。

Delta のこの電源が最初にリリースされたとき、一般的なコンポーネントのみを使用しており、一見するとトレンドに追いついていないように見えました。しかし、実際には、逆の立場で考えてみましょう。どのデバイスもパフォーマンスを目的としています。通常の装置のみを使用して窒化ガリウムの効率を達成することは、莒仙荘の戦いに似ています。莒仙荘では、蕭鋒が通常の太祖長泉一式を使用して、さまざまな大宗派の 300 人以上の達人を倒しました。それは彼がより深いスキルを持っていることを示しているのではないでしょうか?

口先だけで行動がない。テーマが銀河を救うための充電器を設計することだということをほとんど忘れていました。

ウー氏の顧客は主にアメリカ人で、彼らにとって『スター・ウォーズ』は1986年版『西遊記』のようなものだという。エンジニアのウー氏は、世界最小の 60W をスターウォーズのロボット D2-R2 に改造したいと考えています。このロボットは映画の中で何度も銀河を危機から救っており、よく知られた善良なキャラクターです。

会社から予算が与えられず、経済的に困窮していた彼は、タオバオで10元相当のD2-R2模型のおもちゃを購入しました。

このロボットは大きくはありませんが、世界最小の60W電源を搭載できるほどの大きさです。

殻を切る👇

底がくり抜かれており、60Wの折りたたみプラグが入るちょうど良いサイズです👇

ここで一つ言わせていただきます。電源装置の業界公称容積は、突出したプラグではなく長方形の部分のみをカウントします。そのため、最小サイズを競うために、プラグは固定され露出しています。プラグを折りたたむと、ある程度の容積が無駄になるからです。ユーザーは突き出す手を握っていますが、最小であると主張できます。デルタの製品は近道をしません。彼らは最初から自傷行為の道を選んできたのです。プラグ付きでも折りたたみ時のスペースは世界最小です。

この 10 元の R2D2 を買っても騙されることはないですが、塗装が少し粗末で、世界最小の充電器には合いません。

塗り直しました👇

以前ディズニーで撮った写真と比べると、まだ汚れが足りない気がします…

ちょっと古いですね！ 👇

次のステップは、充電器をロボットの本体に挿入することです。同僚にシェルなしの60W半製品を頼みました。

以下の説明は非常に専門的です。呉氏はそれを単純化しようとしたが、それでも意図せずしてベルサイユになっているのかもしれない。専門家以外の方は、読むのが耐えられない場合は読み飛ばしていただいて結構です。

上の写真では、上が従来の 60W 電源、下が当社の小型 60W 電源です。

従来の 60W 充電器と比較すると、この小型充電器は同じ大きなコンデンサのみを備えており、残りは半分以上小さくなっています。

トランス部分は従来の巻線構造に代えて回路基板を採用しています。トランスコイルは10層の回路基板上に描かれています。これによりスペースは節約されますが、課題も生じます。まず、回路基板の配線のインピーダンスは従来の巻線よりも大きいため、熱損失が大きくなります。 2つ目は、回路基板が多層構造になっており、各層のコイル間の距離が近く、接触面積が大きいことです。高校で物理を勉強したことがある友人は、接触面積が大きく、2 枚の帯電平行板間の距離が小さいほど、それらの間の静電容量が大きくなることを覚えているかもしれません。これにより、電磁ノイズの伝播経路のインピーダンスが小さくなり、電磁干渉の問題が発生する可能性が高くなります。コイルの各層間の距離が増加すると、漏れインダクタンスが増加し、余分なエネルギーが浪費されます。上記のすべての問題を解決するには、エンジニアが継続的にシミュレーションとデバッグを行って、10 層回路基板の最適な配線方法と最適な積層構造を見つける必要があります。

話を戻しますが、私はオンラインで USB タイプ C アダプターを 3 つ購入しました。数回回した後、出力ポートを上から横に変更しました。

ムービーでは、D2-R2 ヘッドのインジケーター ライトが点滅します。ヘルメットに LED ライトを取り付けることは難しくありませんが、このような改造を行うと製品の待機電力消費が増加します。まあ、映画の実際のシーンを再現するには、ウー氏の家族の電気代を犠牲にしなくてはならない。

エンジニアのウーは顧客の驚いた表情を見るのが待ちきれませんでした。しかし残念なことに、エンジニアのウーが銀河で最もクールな電源装置を完成させたとき、疫病が襲ってきました。顧客とのすべてのやり取りは無期限に停止されます。呉氏はまた何か無駄なことをしたのかもしれない。

｜追記｜

呉さんは業界に入った当初、先輩の同僚と一緒に台湾へ出張しました。テーブルの上にはたまたま台湾人の同僚の製品が置いてありました。この大物同僚はそれを手に取って長い間眺めた後、軽蔑の念を込めて嘲笑し、この電源装置は私の設計を改造したものだが、コピーですらないと言った。私は 1 つのコンポーネントを使用しましたが、彼は 3 つのコンポーネントを使用しました。それを偶然聞いた同僚が私に尋ねました。「低電圧部品 3 個を組み合わせた場合の価格は、高電圧部品 1 個よりも安くなることを知っていますか?」

これら 3 つの部品の物語は、3 匹の子豚と 3 人の僧侶の物語とともに、エンジニアになったばかりのウー氏にインスピレーションを与えました。世の中にはもっと優秀な人材が必ずいるということをウー氏に知らせ、決して他人のデザインを批判しないでください。自分で体験しなければ、その創意工夫は推測できませんし、苦労も理解できません... このチームで働いた10年以上を振り返ってみると、全員が最も技術的に優れているわけではないかもしれませんが、全員が各製品に一生懸命取り組んでおり、手を抜くことは一度も考えたことがありません。次第に誰もが悲観的になり、もはや運や近道を信じなくなり、遅かれ早かれ自分の行動の代償を払わなければならないとだけ信じるようになりました。入社したばかりのエンジニアが、呉さんに「この会社に勤め始めてから、呉さんはだんだん明るくなくなったと奥さんから愚痴を言われている」と言ったのを覚えています。それを聞いた呉さんは、ひげをくるくる回しながら「あなたはもう成功しているんですよ！」と喜びました。