دائرة الكبح Snubber Network
قد يظن البعض أن توصيل الدايود كما تعودنا مع الريلاى و الملفات بأنواعها سيحل المشكلة ، و لكنه سيزيد الأمور سوءاً. فقد تحمل الترانزيستور طوال النبضة 1 وكانت المشكلة عند نهايتها.
الآن و باستخدام هذه الدايودات، ستحدث عند بدايتها.
عند وصول النبضة 1 كما شرحنا سيرتفع مجمع 2 للقيمة +2ف و من ثم يصبح الدايود المقابل له رقم 2 خلفه +2ف و أمامه +ف أى عليه انحياز أمامى بمقدار +ف فيوصل مسببا قصر على الملف و من ثم يرتفع التيار بشدة به و بالملف و الترانزيستور المسبب له رقم 1 متلفا بعضهم أو كلهم، لذا فالحل هو أن نسترجع المشكلة.
المشكلة أن عند نهاية النبضة 1 يصبح مجمع الترانزيستور 2 سالبا ، الحل أن نضع دايود يمنع ذلك أثناء تلك اللحظة كما بالشكل.
عندما تنتهى النبضة 1 و يرتفع جهد مجمع الترانزيستور 1 سينخفض جهد مجمع الترانزيستور 2 لكن ما أن يقل عن الصفر حتى يفتح الدايود 2 مسببا قصر بين هذا الطرف و الأرض مانعا إياه من الإرتفاع أعلى من 2 فولت و مخمدا فى نفس الوقت هذه النبضة Spike
يجب أن لا ننسى أن معظم المتكاملات المتخصصة تراعى أن يكون زمن دوام كل نبضة لا يصل 50% أبدا فعندها و لأنه لا توجد دائرة كاملة، سيكون خرج أحد الترانزيستورين يهبط بينما الآخر يصعد مسببا توصيلهما معا فى جزء من الميكرو ثانية و لكنه يكفى لسحب تيار شديد لحظى خافضا كفاءة الدائرة و رافعا حرارة كل من المحول و الترانزيستورات و مسببا تداخلات عارمة على خط التغذية سنتناولها بإذن الله تفصيلا لا حقا.
الآن ماذا بعد المحول؟؟
طبيعى أن نجد قنطرة من ثنائيات سريعة القطع و إن كان الخرج مناسبا يمكن استخدام شوتكى فجهد الفتح أقل من غيرها إلا أنها لا تتحمل جهد عكسى كبير.
الجهد العكسى للثنائى سيكون هو جهد المحول لذا يمكن اختيار موحدات ذات جهد مناسب لكن لو استخدمنا محول لخرجه أيضا نقطة وسطيه مع تقويم موجة كاملة بموحدين فقط سيكون على كل منهما ضعف الفولت وهذا سيتطلب موحدات ذات فولت أعلى.
نستكمل الباقى المرة القادمة إن شاء الله
مرشح الخرج:
الآن وضعنا المحول و ترانزيستورات القدرة و القنطرة و لدينا نبضات متغيرة العرض لتغذى الحمل.
من الطبيعى أن نضع مكثف لتنعيم هذه النبضات تماما كالدوائر المتبعة فى مصادر 50-60ذ/ث.
هذا مناسب تماما و المنحنى باللون الأخضر يمثل الفولت على الخرج ثم نأخذ منه نسبة لمكبر الخطأ للضبط و التصحيح.
لكن هنا اختلافان مهمان التردد و طبيعة الموجة. بالنسبة للتردد المنخفض فالمعاوقة السعوية لن تؤثر كثيرا فضلا عن كون الموجة جيبية يجعل التغير بطيئا مستمرا و يمثل تردد وحيد فقط أما بالنسبة للتردد العالى فأنت تكرر الصدمة ألف مرة مقابل كل مرة فى الحالة الأولى ، فضلا عن أن التغيير صدمى فجائى، إما توصيل أو قطع و لا تغيير تدريجى وهو يحلل بمفكوك فورير لعدد لا نهائى من الترددات و كلها أكثر خطورة من التردد الأساسى.
التيار و الفولت بينهما 90 درجة لذا ففى الحث و السعة هذا الفرق يسبب سخونة و إجهاد على شبه الموصل وهو هنا الدايود أولا ثم منقولا بالمحول للترانزيستورات. و الفرق بين الحث و السعة هو تأثير +90 درجة أم -90 درجة وهو أشبه بمحاولة فرض تمرير تيار فى عدم وجود أو انخفاض الفولت أو بمحاولة فرض وضع فولت فى عدم وجود أو انخفاض التيار ، وهكذا نرى أن تأثير المكثفات أخطر بكثير من الملفات، فيمكن زيادة تيار الدايود لتتحمل ملف أكبر لكن مكثف قد يكون مشكلة أكبر.
هنا نرى إضافة ملف كما بالرسم يحقق هدفين ، عزل الدايود عن المكثف و أيضا من خاصية الرنين فهو يقلل من القيمة الفعلية لتأثير المكثف على الدايود.
الملف هنا يحسن من نسبة التنعيم للخرج و ذلك ببناء المجال أثناء النبضة و الإمداد بالتيار بين النبضتين.
البعض قد يقترح إضافة دايود لوجود الملف كما باللون الأخضر لكنه هنا كلفة بلا داعى فالقنطرة تكفى.
الآن نريد أخذ نسبة من الخرج للمكبر، لو كما بالرسم السابق سيكون أرضى الخرج هو أرضى الدخل و لا يوجد عزل لكن يمكننا تغيير الخرج من صفر لأى قيمة لذا سيقترح البعض استخدام اوبتو كبلر مثل PC817,4N35 أو غيرها وهى تحقق العزل الكافى و تتيح تغيير الخرج أيضا
لكن علينا هنا أن نقبل بالقيود فالدايود داخل الأوبتو هو ضوئى أى يبدأ التوصيل عند فولت أعلى من 1.5 فولت على الأقل و قد يصل 2 فولت كما أن التيار المار به أيضا يحدد مدى استجابة ترانزيستور الخرج مما يجعل المدى محدود ، هذا فضلا عن أن استجابته ليست خطية مما قد يسبب تغير الفولت مع تغير الأحمال. فى الواقع هو أنسب للخرج الثابت.
إذن ما الحل؟ دائرتين الأولى لتوفير العزل و تمد بجهد ثابت محدد و الثانية من أى نوع لتوفير الفولت المتغير.
المرة القادمة يإذن الله نتحدث عن مولد سن المنشار مع المقارن.
مولد موجة سن المنشار Saw tooth generator
هل هو سن منشار أم موجة مثلثة؟
حقيقة الفرق شكلى فقط فكما نرى بالصورة الموجة المثلثة مائلة من الجانبين أما سن المنشار فهى مائلة من جانب واحد فقط، و طبعا لا توجد موجة تنخفض للصفر فى زمن = صفر ولكن دوما هناك انحدار غير محسوس. فيما عدا ذلك فالنتيجة واحدة و أثرها فى دائرتنا واحد لأن الهدف توليد موجة مربعة منها.
كيف نولدها؟ فهناك عدة طرق أبسطها باستخدام ترانزيستور وحيد الوصلة UJT و وضع مقاومة و مكثف على الباعث و مقاومات على القاعدة و عند ارتفاع الفولت على المكثف ينهار الترانزيستور ويفرغ المكثف و سنكتفى بهذا القدر هنا لأن نتيجتها أقل فولت من الباقى فستحتاج لتكبير فضلا عن أنه لا يوجد سوى رقم واحد وقد يصعب توافرة
الدائرة الأخرى نوقشت فى سلسلة تصميم الدوائر وهى مأخوذة من الداتا شيت
مكونه من مقارن المكبر الأيسر مع دائرة تكامل الجزء الأيمن، عند البدء سيكون الدخل السالب للمقارن أعلى من الموجب و يكون خرجة صفر (هنا سالب) وهذا الفولت على الطرف العاكس لدائرة التكامل و المكثف C1 بين الخرج و الدخول العاكس يسبب ارتفاع خرج المكبر تدريجا وهذا موضوع على دخل المقارن الغير عاكس من خلال R5 ، و عندما يرتفع عن الطرف العاكس يرتفع خرج المقارن فجأة كما بالرسم مولدا موجة مربعة ، هذه الموجة المربعة مرة أخرى من خلال دائرة التكامل تحيلها إلى مثلثة و تعود للمقارن الذى يحولها إلى مربعة و هكذا.
طبعا يجب ضبط قيم المقاومات المتغيرة لتناسب التردد و تحصل منها على أعلى جهد ممكن. الخرج ليس مثلثا تماما لأنه منحنى شحن و تفريغ المكثف و إن شئت الخطية أكثر ستحصل على فولت أقل ثم تكبره.
لا ننسى هنا أن الدائرة مرسومة للمكبرات ذات تغذية مزدوجة أى +ف مع – ف و الأطراف المبينه تتصل بالأرضى
لكننا نحتاج تغذية واحدة لمثبت الفولت لذا يمكن استخدام مصدر واحد مع مقاومتين متساويتين للحصول على ف/2 أى نصف التغذية نوصل بها طرف المقارن العاكس و طرف دخول دائرة التكامل الغير عاكس.
هناك دائرة ابتكرتها وهى بسيطة و سهلة و الكل يعلم حساباتها باستخدام 555
طبعا دائرة 555 معروفة للجميع و مشروحة تفصيلا فى تصميم الدوائر و تحدد التردد بالمقاومات R1,R2 مع المكثف C1.
لو اخترت قيمة R2 اكبر بكثير من R1 ستنتج موجة مثلثلة أما لو العكس ستكون سن منشار.
الفولت على المكثف C1 هو شحن و تفريغ أى أقرب للمثلثلة أو سن المنشار بين ثلث و ثلثى جهد التغذية فلو التغذية مثلا 15 فولت ستكون الموجة من +5 إلى +10 فولت ، فلو هذا القدر يكفيك يمكنك استخدام مكبر كسبه =1 للعزل بتوصيل خرجه لدخله العاكس مباشرة و تستغنى عن باقى المقاومات 3-4-5-6 و المكثف C2 ، إن شئت تكبر الخرج قليلا استخدم الدائرة المبينة حيث R6 إلى R5هى نسبة التكبير و لن تحتاج لتكبير أكثر من 2 إلى 2.5 فتختار مثلا R5 10 ك تكون R6 بقيمة 25 ك
R3=R4 لتوفير ف / 2 السابق ذكرها لذا قيمتهما لا تأثير لهما و المهم نفس القيمة و المكثف للتنعيم كفلتر 0.1 ميكرو يكفى.
المكبر المستخدم هو أى مكبر يعمل فى نطاق الفولت المستخدم و أفضل ما تستخدم هى الوحدات التى تقبل جهد قليل مثل LM358 او LM324لكن 741 ستجبرك على أن يكون الجهد 9 فولت على الأقل.
يلى مرحلة سن المنشار مرحلة مقارن لتوليد عرض النبضة، دائرة المقارن هذه ليست إلا مقارن مثل 311 أو نصف المتكاملة LM393 أو حتى لو استخدمت LM358 كمكبر يمكنك استخدام النصف الأخر من المتكاملة كمقارن. لا تنسى أن أغلب المقارنات تهتز عندما يقترب الدخلين من بعض أثناء انتقال أحدهما من قيمة لأخرى لذا الأفضل استخدام تغذية عكسية موجبة للنقا الفجائى و منع الإهتزاز و قيمة هذه المقاومة يمكن حسابها أو بالتجربة . طبعا ستستخدم برنامج محاكاة و لن يفعل هذا و ستقول لى …الخ و سأرد …الخ
الأن نريد وضعهم معا جميعا و نبحث كيف نغذى بالجهد Vcc و ستفاجأ بأن هذا مشكلة تتطلب كثير من الجهد و ربما التجربة العملية وهذا موضوعنا القادم إن شاء الله
نموذج لوحدة مثبت جهد:
هذه هى الأجزاء السابقة مجمعة معا فى دائرة واحدة
استخدمنا كما ذكرت المرة السابقة النصف الآخر من المتكاملة LM358 كمقارن و وضعنا الموجة على الطرف الغيرعاكس و جهد الخطأ على الطرف العاكس.
فى الحالة العادية تكون الموجة المثلثة (باللون الأحمر) على طرف 6 الغير عاكس و جهد مستمر مأخوذ من الأوبتو (باللون الأخضر) على الطرف 5 العاكس. فى الجزء من الموجة فى الرسم المجمع بجوار الطرف 5 حين يكون الفولت أعلى من الطرف 5 يكون الخرج = Vcc (باللون الأخضر) و باقى الزمن يكون صفرا.
لو ارتفع الخرج لأي سبب، سيزيد تيار ليد الأوبتو فيزيد توصيل الترانزيستور و من ثم يزيد جهد النقطة 1 على مجزئ الجهد. هذه الزيادة تعود للطرف 5 من المقارن وهو العاكس و يقترب من قمة الموجة المثلثلة و بالتالى يقل الزمن الذى يكون فيه الخرج = Vcc فيقل عرض النبضة التى تغذى الموسفيت إلى خرج المحول الخ
أول نبضة نريدها لأحد الترانزيستورين فقط بينما الثانية للثانى فقط وهكذا ، لذا استخدمنا دائرة “مع” AND Gate لتوجه النبضات و معها مذبذب متعدد CD4013 فى توصيلة تسمى Toggle أو قلاب فكل بدء نبضة على طرف القدح Clock تقلب الخرج مرة و بتوصيل أحد الخرجين لبوابة و الخرج الثانى للأخرى نوجه نبضة لترانزيستور و الاخرى للثانى.
لآ ادعى أن هذه الدائرة هى الأفضل ولكنها تغطى النقاط الأساسية التى نحتاج لدراستها فى هذه المرحلة.
طبعا تحتاج لمقاومة لتحديد التيار ولا تحتوى دوائر البدء التدريجى Soft start و يمكن إضافة تحسينات كثيرة لها و طبعا 555 بالكاد تصل إلى تردد 100ك و عندها نحتاج لمكبر آخر يناسب السرعة بدلا من LM358 الخ
الآن المحول يغذى من مصدر اسمه +ف بينما باقى الدائرة تغذى من جهد Vcc ، غالبا ما سيكون Vcc حوالى 12 إلى 15 فولت و إن كان يمكن أن يقل حتى 4.5 فولت فقط طبقا لخواص LM555 أما +ف فقد يساويه أو يكون أعلى منه.
لو حتى 15 فولت يمكننا أن نوصل الطرفين معا أليس كذلك، أكاد أسمع من يقول ولو أعلى نستخدم LM7812 ، إذن ما سبق قد أثمر و لله الحمد.
إلا أنه هناك نقطة تلوح عند زيادة التيار ربما أكثر من 5 أمبير، هذه النقطة أن الموسفيت يفتح فجأة ممررا تيار كبير فى المحول ثم يقفل فجأة موقفا هذا التيار ثم يفتح الأخر مكررا هذه الدورة بضع عشرات المرات و ربما أكثر مسببا تيارا صدميا فى الدائرة لم يرشح بأى مكون و سينتقل مباشرة من طرف المحول +ف إلى باقى أطراف التغذية مسببا تغيير تردد LM555 و سيؤثر أيضا فى خرج LM358 لأنه سيدخل عبر مجزئ الجهد R3,4 كما أنه قد يسبب قدح كاذب False trigger للمكونات الرقمية المستخدمه. خطورة هذا الأمر أن قيمة Vcc هى الجهد المرجعى لضمان ثبات كل القيم من اتساع الموجة المثلثة - لنقطة المكبر - لقيمة الجهد الراجع من الأوبتو الخ.
البعض سيعترض على هذا الشرح لكون ملف المحول لا يسمح بزيادة التيار الفجائية التى أتحدث عنها لكن رجاء الرجوع لسلسلة المحولات لمراجعة المقاومة فى الخرج و ظهورها فى الدخول كمحول السماعات مثلا. فظاهرة الحث ستحدث عندما لا يكون هناك حمل ، لكن وضع حمل، سيسحب تيار من خرج المحول مولدا مجال عكسى يعادل المجال الأساسى فيزداد التيار فى الملف الإبتدائى بالنسبة و التناسب.
تزداد المشكلة كلما زاد التيار لسببين الأول لزيادة التيار فى حد ذاته أثر مباشر فى التيارات المارة عبر خط التغذية و السبب الثانى أنه لا يأتى بدون زيادة عرض النبضات ، مما يجعل احتمال وصولها لقرب 50% وارد وهذا يسبب مشكلة خطيرة - كل من حاول بناء عاكس 12 فولت مستمر إلى 220 فولت متردد بموجة مربعة تعرض لها و تحايل عليها بطريقة أو بأخرى. وهى ببساطة أحد الترنزيستورين يغلق بينما الآخر يفتح ، ففى لحظة و إن كانت ميكرو ثانية أو أقل، كلاهما موصل ساحبين تيار شديد من المحول لحظيا و تظهر فى شكل ترحيل فى ترددالمذبذب و سخونة فى الترانزيستورات و عدم التمكن من استغلال الدائرة كما يتوقع .
المفترض أن المثبتات من عائلة LM78xx قادرة على التغلب على هذه النبضات لكن بعض هذه النبضات قوى جدا.
لذا قد نضطر أحيانا كثيرة لوضع مكثف كبير 1000 ميكرو مثلا على طرف المحول +ف للأرضى و أقول على طرف المحول وليس على خط التغذية فى أى مكان. السبب؟ غذى نبضة المحول من أقرب مكان لها “طرف المحول ذاته” من سعة المكثف وليس من باقى الدائرة.
لو لم تكفى قد تحتاج لمكثف أكبر 2200 ميكرو مثلا وقد تفاجأ بكون 2 مكثف 1000 ميكرو أفضل من واحد 2200 ميكرو كما أن بعض المكثفات الأصغر قد تفيد أيضا (تفصيلا فى تصميم الدوائر فصل decoupling filters مرشحات فك الترابط ) كما أن الترانزيستورات تكون أقرب ما يكون للمحول لمنع المسارات الطويلة التى تسبب تداخلات بين الإشارات و قد تحتاج لمرشح من مقاومة صغيرة و مكثف كبير لفصل تغذية الدوائر عن القدرة أو ملف و مكثف.
شخصيا لا القى بلمبة موفرة تالفة فى القمامة قبل أن انزع منها الملف الفرايت بداخلها فهو يصلح كفلتر فى دوائر كثيرة.
لو أريد حقا وحدة تغذية أفضل استخدام المتكاملات المتخصصة لهذا الغرض وهو موضوعنا القادم بإذا الله
المتكاملة 3524
كثير من الشركات قامت بتصنيعها بأسماء مختلفة مثل CA3524, LM3524, sg3524, UC3524A وهى قديمة لكن لحسن اداؤها أعيد انتاجها بعد تطويرها و أضيف لها الحرف A بعد الإسم و أضيفت لها عدة مزايا كمستشعر جهد الدخول فتغلق الدائرة عند هبوط الدخل لأقل من 8 فولت و تحسين كثير من خواصها الداخلية لذا سنقوم بشرح الحديثة منها و عند الشراء احرص على ذات حرف A فى نهاية اسمها.
تركيبها الداخلى به كل المكونات التى سبق شرحها
و كما بالصورة سنجد مثبت داخلى لتوفير مرجع +5 فولت لكى لا يحتاج لمرجع خارجى ويضع هذا المرجع +5 فولت على الطرف 16(اعلى يمين الصورة باللون الأصفر ) ليستغله المستخدم كما يشاء و دائرة الحماية ضد انخفاض الفولت (اعلى يسار الصورة باللون الأصفر ) وكلاهما يأخذ التغذية من مدخل التغذية العمومى Vin طرف 15 و الذى يقبل جهد من 8 فولت إلى 40 فولت. ثم المذبذب OSC باللون الأزرق يحدد تردده مقاومة للأرضى من طرف 6 و مكثف للأرضى من طرف 7 و التردد تقريبا يساوى 1/ حاصل ضربهما معا. خرج المذبذب نبضات يعدل عرضها و تظهر على الطرف 3 حتى يمكن استخدامه لأى غرض آخر أو توصيل أكثر من واحدة بالتزامن معا…
المقارن Comparator طرفه الغير عاكس متصل داخليا بالمكثف (طرف7) و الطرف العاكس داخليا بخرج مكبر الخطأ باللون الأخضر.
مكبر الخطأ هنا من مكبرين مجموع خرجهما معا ، العلوى لخطأ الفولت حيث مدخليه يتصلان بالطرفين 1،2 أما السفلى لتكبير إشارة التيار. نلاحظ انه داخليا متصل بمرجع 0.2 فولت و بهذا، لو ارتفع جهد هذا الطرف عن 0.2 فولت سيرتفع خرج المكبر مقللا من الخرج أو موقفا إياه و بهذا نحد من تيار الحمل بصورة فعالة.
المكبر ذو الكسب العالى عرضة دوما أن ينقلب لمذبذب بسهولة لذا الطرف 9 ( وسط يسار الصورة وهو متصل داخليا بخرج مكبرى الخطأ و دخل المقارن) يسمى بطرف المعادلة Compensation و اختصارا Comp و هذا لتوصيل مرشح من مقاومة و مكثف لمنع هذه الظاهرة.
أسفل يمين الصورة نجد الأرضى ثم طرف غلق Shut Down لتضع الوحدة فى صورة موفرة للطاقة حينما لا تحتاج للخرج. و أخيرا مخرج المتكاملة أطراف ترانزيستورين المجمع و الباعث لكل منهما حتى تتيح لك التوصيل بأى طريقة من طرق المثبتات، لذا يمكن أن نعود لها فى كل تطبيق إضافة لمتكاملة أخرى متخصصة.
المرة القادمة إن شاء الله نضعها فى توصيل مماثل للنموذج السابق.
المتكاملة 3524 فى دائرة بمحول ذو وصله نصفية
نلاحظ تغيير وضع الأطراف لتبسيط التوصيلات.
المذبذب يحتاج مقاومة للأرضى هى R5 على الطرف 6 و المكثف C2على الطرف 7 يسار المتكاملة. خرجه لا يستخدم خارجيا فى هذه الدائرة لذا فالطرف 3 غير موصول. طرف الإغلاق Shut Down رقم 10 غير مستخدم و غير موصول أيضا.
المرجع 5 فولت من طرف 16 يرشح ضد الضوضاء بالمكثف C1 للأرضى و يوصل للطرف الغير عاكس لمكبر الخطأ من خلال مجزئ جهد R4,R3 متساويتان و الهدف أن ذات المرجع 5 فولت هو التغذية الداخلية لكافة مكونات المتكاملة ، لذا ترشيحة ضد الضوضاء ضرورى. استخدام قيمتين متساويتين لجعل المدى للأعلى مساوى للمدى للأسفل فى التكبير المطلوب لتصحيح الخرج تماما كما فى النموذج السابق. الطرف العاكس لمكبر الخطأ على الطرف 1 أخذ من الخرج عبر مجزئ الجهد المقاومة 1،2 ، طبعا متساويتن لخرج 5 فولت أما لو غيرت النسب ستحصل على جهود مختلفة. كلما زادت R1 زاد الخرج، كما يمكنك استخدام مقاومة متغيرة للحصول على جهد خرج متغير يمكن ضبطه.
طرف المعادلة (أو التعويض) Compensation على يمين المتكاملة رقم 9 متصل بالمرشح C3 مع R11 لإستقرار المكبر. أما مكبر التيار فالطرف 5 متصل بالأرضى و الطرف 4 على مقاومة صغيرة 0.1 أوم فى مسار باعث E ترانزيستورات الخرج و بهذا فالتيار المار بهما لو زاد عن حد ما يقلل من خرج المتكاملة.
هنا أوصل المجمع C لكل ترانزيستور من ترانزيستورات الخرج و الموجودة داخل المتكاملة خلال طرفى CA,CB من خلال مقاومة 1 ك 1 وات للتغذية و الباعث EA,EB لقاعدة ترانزيستور تكبير القدرة Q1,Q2 للحصول على الخرج بالقدرة المطلوبة.
الدائرة طبعا لم تذكر دايودات الكبح Snubber فهى يجب إضافتها إن لم تكن مبنية داخل الترانزيستور.
الترانزيستورات المستخدمة 10 أمبير لذا فهى تؤثر على خط التغذية، لهذا نرى أنه وضع مكثف C5 (باللون الأصفر) لترشيح أثر هذه الترانزيستورات و نرى أيضا أنه وضعه على طرف المحول ولم يضعه على مدخل التغذية للأسباب السابقة.
يمكن تعديل هذه الدائرة ببساطة لتستخدم موسفيت كما بالرسم حيث نغذى مجمع ترانزيستورات الخرج CA,CB من مصدر 12 فولت ثابت و الخرج من الباعث يذهب لبوابة الموسفيت. تمتاز الموسفيت بأنها تحتوى دايودات الكبح داخلها.
و نظرا لكون الموسفيت تتعامل مع تيارات أكبر بصورة أسهل فقد تحتاج لإضافة مرشحات أخرى كالملف الذى رسمته باللون الأحمر و يليه طبعا مكثفات أخرى لتغذية باقى البوردة.
المتكاملة TL494 لها نفس الوظائف لكن أطراف توصيلها تختلف و الدائرة تتطابق مع هذه. لذا نموذج واحد يكفى.
ماذا لو لست فى حاجة لكل هذه القدرة، هل نصف المحول و نصف الترانزيستورات تكفى؟
حسنا لنجعله موضوعنا القادم بإذن الله
دوائرالإرتداد أو Fly back :
فى القدرات المنخفضة كشواحن الهواتف و غيرها يكفى ملف ابتدائى واحد و ثانوى واحد و دايود واحد لتوفير القدرة الكافية.
من المهم أن نعلم أن هذا النسق يستخدم من قدرات قليله كشاحن جوال حتى قدرات تصل إلى أكثر من 150 وات فمعظم دوائر التلفاز و شاشات الحاسب تعمل بهذه الطريقة.
الفكرة ببساطة أن المفتاح يغلق فيزداد التيار فى الملف الإبتدائى مختزنا طاقة كمجال مغناطيسى، و بعد فترة مناسبة و قبل أن يصل الملف لحالة التشبع ، يفتح المفتاح فيرتفع الجهد فجأة محاولا الإبقاء على مرور التيار بالملف وهذا قد يتلف السويتش، لذا يجب وضع دوائر كبح Snubber لضمان مرور التيار. دائرة الكبح هذه قد تكون كما بالرسم دايود و مكثف أو مقاومة و مكثف و أحيانا دايود
مرور التيار فى الملف الإبتدائى يولد جهد و تيار فى الثانوى معاكسين لملاشاة كل منهما الآخر و من ثم نجد أن اتجهاه لف السلك معكوسا كما توضح النقطة بأعلى الملف الإبتدائى و أسفل الثانوى، و الدايود فى الخرج للتقويم و يشحن المكثف للتنعيم.
الآن كيف نوفر النبضة الملائمة؟؟ هل 555 تصلح؟
نعم واحدة تفى بالغرض كما يلى
تعتمد هذه الدائرة على خصائص المحول حيث تعمل بنظرية PFM أو تعديل التردد. لو ارتفع التردد اقترب من التردد المثالى للمحول و زاد الخرج و العكس بالعكس.
عندما يحاول الحمل خفض جهد الخرج، يقل التيار المار إلى ثنائى الأبتو و من ثم يرتفع جهد المجمع للترانزيستور و الذى بدوره يرفع جهد طرف التحكم للمهتز 555 رافعا تردد الخرج.
هذه الطريقة سهلة و فعالة فى حدود لكن عندما تزداد الأمور قد تتوقف 555 كليا فيمتنع الخرج ثم تعود للعمل مرة أخرى و هكذا.
لو أردت استخدام تعيل عرض النبضة يمكنك استخدام وحدتين 555 واحدة لتوليد نبضات و الأخرى تعدل عرضها كما يلى
هنا نلاحظ أن U2 تولد نبضة واحدة كل نبضة قدح، عرض النبضة يعتمد على المقاومة و المكثف كما تعودنا إضافة للتغير فى الجهد على طرف التحكم Control و المتكاملة U1 توفر هذا السيل من نبضات القدح.
لا يخفى استخدامنا ترانزيستور MJE13005 أى يمكننا استخدام دائرة توحيد من 220 مباشرة و المحول يوفر العزل إلا أنه لا يخفى ضرورة ضبط تردد الأولى مع عرض نبضة الثانية مع تردد المحول وهى مهمة شاقة، فضلا عن كون 555 لا تتعدى بسهولة 100 ك هرتز لذا فمن الأفضل استخدام إحدى المتكاملات المتخصصة و السابق ذكرها، لنرى TL494 وهى مساوية (وليست بديل) للأخرى LM3253A و نفس مسميات الأطراف المرة القدمة بإذن الله.
استخدام المتكاملات فى دوائر الإرتداد Fly back :
لتشابه مكونات هذه مع السابقة فلا داعى لتكرار الشرح – فقط اختلاف الأطراف
فى المتكاملة TL494 طرف إضافى هو Dead Time أى الوقت الخامل حيث يوقف تشغيل المتكاملة عندما يكون موجبا و بذلك يمكن توصيله بمكثف للمرجع Vref فيوقف المتكاملة عند البدء فترة شحن المكثف الرئيسى فى الدائرة ثم تعمل بعد ذلك حتى يمكن لباقى الدوائر ان تستقر.
نلاحظ هنا وكما فى السابقة أن كل ترانزيستور خرج يعطى نبضة وحده لذا صممت المتكاملة أن لن يصل دوام أى منهما إلى 50% حتى لا يفتح أحدهما بينما يغلق الآخر. و لكن فى دوائر الإرتداد نحتاج للوصول إلى 99% ، لذا جمعنا ترانزيستورى المخرج المجمع بالمجمع و الباعث بالباعث ولا خطأ فى ذلك لأن كل منهما يعمل بينما الآخر مغلق.
عند حسابنا أو اختيارنا لقيم RC الخاصة بالتردد نلاحظ أن لدينا الآن نبضتين أى التردد صار الضعف.
مازالت هذه الدوائر معقدة و تحتاج كثير من المكونات و أشياء تحسب و تضبط، لذا صنعت الشركات لنا متكاملة باسم LNK و أخرى TOP لا تحتاج أى من هذا لتوفير حتى 150 وات
مثبتات الجهد مثل TOP – LNK و غيرها:
صنعت شركة Power Integration متكاملة من 4 أطراف فقط و اسمت عائلتها LNK61x – غاية فى البساطة
طرف أرضى و طرف مصب Drain لموسفيت داخلى و طرف تغذية عكسيى لتحدد جهد الخرج و طرف فلتر داخلى يوصل بمكثف 1 ميكرو للأرضى.
الدائرة قد تبدو معقدة لكن على العكس ، الجزء الأحمر على اليسار هو لتقويم الجهد العمومى 110 أو 220 فولت و الجزء الأصفر فى المنتصف هو المتكاملة و ما فوقها دايود و مقاومتان و مكثف دائرة الكبح Snubber ثم المحول و دائرة تقويم الخرج.
هذه المتكاملة تعطى حتى 5.5 وات لذا تناسب الشواحد و الأدابتور. تردد المذبذب مثبت داخليا حول 75 ك هرتز.
نلاحظ هنا أن خرج المحول له ملف ثالث لتوفير العزل ولو مصدر الدخول معزول كأن يكون بطارية جهد عالى أو ما شابه فيمكن الأخذ من الخرج مباشرة.
للحصول على قدرات أعلى انتجت نفس الشركة عائلة أخرى برقم TOP22x تعطى قدرة حتى 150 وات عندما يكون الدخول 110 فولت أو 220 أما للمدى كاملا من 85 فولت حتى 240 فولت متردد بدون تحويل فتقل القدرة حتى 90 وات.
هذه العائلة 3 أطراف فقط، أرضى و مصب Drain و تحكم و كسابقتها المذبذب مثبت داخليا حول 100 ك هرتز و مزودة داخليا بحماية ضد الحرارة و الحد من زيادة التيار نبضة بنبضة Cycle by cycle و الدائرة بسيطة أبسط من سابقتها. الملف الثالث لتوفير جهد مناسب لطرف التحكم لضبط الخرج.
أظن لم يعد أبسط من ذلك لكن هل يمكن بدون متكاملات نهائيا ؟ أظن أن المتكاملات لتقليل المكونات وبدونها ستكون الأمور بالغة التعقيد!!
حسنا للمفاجئة التالية المرة القادمة بإذن الله.
دائرة الترانزيستور الواحد :
لا تقل أنك لا تعرف هذه الدائرة فهى فى 90% من شواحن المحمول وهى مبنية على فكرة المذبذب المانع Blocking Oscillator
حيث تمد المقاومة R1 بتيار البدء لقاعدة الترانزيستور فيمر تيار المجمع فى الملف الإبتدائى مولدا تيار فى ملف القاعدة للترانزيستور مما يزيده و يزيد تيار المجمع مرة أخرى حتى التشبع و هنا تتوقف الزيادة فيقل الخرج للقاعدة مقللا تيارها و من ثم تيار المجمع حتى القطع و هكذا يتوالى القطع و التوصيل مولدا موجة مربعة فى هذا الملف والذى هو الإبتدائى للمحول وله 2 ملف ثانوى أحدهما للقاعدة _تغذية عكسية موجبة كما ذكرنا) و الثانى للخرج فنحصل على خرج منها على هذا الملف والذى يغذى دائرة التقويم ثم الخرج.
الثنائى مع المكثف D1,C1 للكبح Snubber و الثنائى D2 لحماية القاعدة من الجهود السالبة و المكثف C2 يشحن فيبقى القاعدة فترة فى حال التوصيل أو القطع و إلا فالملف يشكل قصر عليها ما لم يولد جهدا.
يمكن الحصول منها على تيار مقبول لكن التثبيت غير جيد كغيرها من الدوائر و فى الهواتف يكتفى بثنائى واحد فى دخول 220 وواحد أيضا للخروج لتقويم نصف موجة لتقليل الكلفة فقط.
للحصول على تيار أكبر تعدل لما يسمى المحول الإلكترونى Electronic Transformer وهو مشروح تفصيلا فى سلسلة المحولات و كيف تضيف له دائرة تقويم و مشاكله.
ملف واحد مع ترانزيستور واحد له حدوده من حيث القدرة، للوصول لقدرات أكبر يفضل استخدام أكثر من ترانزيستور كما يفضل عكس اتجاه التيار لتجنب تراكم المغناطيسية فى جهة واحدة لذا نناقش المرة القادمة إن شاء الله كيف نستخدم محول بدون نقطة وسطية مع قنطرة.
محول مع قنطرة تغذية:
لزيادة قدرة النقل يمكن استخدام قنطرة فهى توزع الحمل على أكثر من ترانزيستور كما تعطى كل منهم فترة راحة و تمرر التيار فى اتجاهين متعاكسين تماما كتوصيله على المصدر العمومى فتلغى كل نبضة ما تبقى من مغناطيسية النبضة السابقة.
الرسم العلوى هو لقنطرة كاملة أى من 4 ترانزيستور وهى شهيرة فى عالم المحركات باسم H bridge لكون الترانزيستورات تكون جانبى حرف H و الحمل (ابتدائى المحول) هو العصب فى المنتصف.
فى نبضة يتم تشغيل أو فتح Q1 مع Q3فيمر التيار كما بالمسار الأحمر ، ثم تنتهى النبضة و يتوقف التيار لكن ملف الإبتدائى لا يسمح بذلك لذا يجب أن تكون الترانزيستورات مزودة بدايودات داخلية، أو توصل الدايودات خارجيا حتى لا تتلف الترانزيستورات بسبب الجهد العالى المتولد من ملف المحول الإبتدائى لحظة القطع. عندما تتوقف النبضة يستمر التيار الناجم عن حث الملف كما بالمسار الأحمر المتقطع عبر دايودى Q2,Q4 كما بالرسم.
الآن جاء دور النبضة الثانية فيتم تشغيل أو فتح Q2 مع Q4فيمر التيار كما بالمسار الأخضر ، ثم تنتهى النبضة و يتوقف التيار لكن ملف الإبتدائى لا يسمح بذلك أيضا فيستمر التيار الناجم عن حث الملف كما بالمسار الأخضر المتقطع عبر دايودى Q3,Q1 كما بالرسم و هكذا. جدير بالذكر هنا أن الإبتدائى سيتعرض لجهد التغذية كاملا.
المكثف Cc يحمى من توقف النبضات فى وضع ما فيستمر التيار دون إعاقة فيتلف المحول و الترانزيستورات لذا يجب أن يتحمل التيار كاملا مع التردد العالى.
الملف الثانوى يمكن أن يكون ملف واحد مع قنطرة توحيد لكن كما بالرسم يوزع التيار على ملفين و موحدين بينما فى الملف الواحد سيتحمل التيار كله و من ثم يكون قطر السلك أكبر و يكون الفقد على دايودين متتاليين ولا يخفى كلفة الدايودات السريعة ذات الأمبير العالى.
قد يعترض البعض أننا قلنا ما شرحناه على قنطرة الدايودات و لم نطبقه على قنطرة الترانزيستورات و لهم الحق فى ذلك لكن ترانزيستورات الدخول هنا تعمل على جهد التغذية وهو 220 إلى 300 فولت (110 إلى 155 فولت فى نظم 110 فولت) بعد التقويم و التيار أقل بنسبة فولت الدخول إلى الخروج.
لكن على أى حال ففى القدرات المتوسطة يمكن استخدام نصف قنطرة كما بالرسم.
هنا نستبدل زوج من الترانزيستورات بمكثفين حيث تشكل نقطة +V/2 نصف الجهد و يتولى الترانزيستورين توصيل الطرف الأخر من الملف مرة بالموجب و أخرى بالأرضى.
عندما تأتى النبضة الأولى، يتم تشغيل أو فتح Q1 فيمر التيار كما بالمسار الأحمر ليشحن C1 فيرفع جهد هذه النقطة نحو نصف قيمة التغذية أى V/2 ، ثم تنتهى النبضة و يتوقف التيار لكن ملف الإبتدائى لا يسمح بذلك لذا يجب أن تكون الترانزيستورات مزودة بدايودات داخلية، أو توصل خارجيا حتى لا تتلف الترانزيستورات. عندما تتوقف النبضة يستمر التيار الناجم عن حث الملف كما بالمسار الأحمر المتقطع عبر دايود Q2 كما بالرسم.
عندما تأتى النبضة الثانية، يتم تشغيل أو فتح Q2 فيمر التيار كما بالمسار الأخضر ليشحن C2 فيرفع جهد هذه النقطة نحو نصف قيمة التغذية أى V/2 ، ثم تنتهى النبضة و يتوقف التيار لكن ملف الإبتدائى لا يسمح بذلك لذا يستمر التيار الناجم عن حث الملف كما بالمسار الأخضر المتقطع عبر دايود Q1 كما بالرسم. الآن جهد الإبتدائى نصف جهد التغذية.
جدير بالذكر هنا أن المكثفات تشكل حماية ضد استمرار التيار لأن المكثف لا يمرر المستمر، و أن المكثفات أيضا هنا تحدد القدرة الكلية فلو ثم شحن المكثف لا يمر تيار حتى لو استمرت النبضة.
نلاحظ هنا أن جهد المكثف هو نصف جهد التغذية وهذا يخفض حجمه ووزنه و كلفته، لكن عند البدء من يضمن أن تكون النقطة + V/2عند هذه القيمة فعلا؟ بل العكس كلاهما مفرغ وجهدة = صفر و من ثم جهد C1 = صفر فالجهد على C2 سيكون الضعف أو V+ كاملا مما يتلفه فورا، استخدام مكثفات بضعف الفولت سيزيد الحجم و الكلفة لذا توضع مقاومة 100ك أو أعلى حتى 300 ك بقدرة مناسبة على التوازى مع كل مكثف منهما لتعملان كمجزء جهد يضع النقطة + V/2عند جهدها الصحيح.
هذه الدائرة فى كل وحدة تغذية حاسب و كثير من الشواحن ذات القدرات المتوسطة.
رغم جودة كل هذه الوحدات السابقة إلا أن دخولها هو مكثف كبير للتنعيم فضلا عن أن التيار المار نبضى و يسبب توافقيات عديدة، هل هذا الحمل السعوى و النبضى مشكلة على مصادر التغذية ؟
مثبتات تحسين معامل القدرة FAN4803
8-Pin PFC and PWM Controller Combo
وحدات التغذية قد تتراوح ما بين 2 وات كشاحن لهاتف إلى قيم لا حد لها فبعضها يكون 500 وات و يتزايد لبضع كيلو وات. لا تتعجب فلو لديك محطة إرسال إذاعى مثلا أو يو بى اس قدرة عالية ستجد ببساطة أن قدرة وحدة التغذية قد تصل لبضع مئات كيلو وات.
بالوضع السابق شرحه فى السؤال السابق، بالتأكيد ستكون هناك مشكلة و مشاكل عديدة تابعة، فالنبضات ذات التيار المتمركز فى جزء من الدورة سيزيد عن تيار الحمل المستمر لذا فالتداخل الإلكترو مغناطيسى بين الأجهزة لا هروب منه كما أن هذا النمط ضار بمحطات التغذية الحكومية و بالتأكيد ستشترط على العميل إتخاذ إجراءات تحسين معامل القدرة.
لو لدينا مقاومة و لتكن 1 ك أوم ثم وضعناها فى دائرة قياس، بالتأكيد ستقرأ قيمة 1 ك، لكن لو وضعنا مفتاح يغلق و يفتح بمعدل سريع لا تستشعرة دائرة القياس، فلو كان زمن التوصيل مساوى لزمن القطع فسيرى المقياس هذه المقاومة نصف الوقت فقط و من ثم تساوى 2ك و بتغيير فترة دوام (توصيل المفتاح إلى زمن قطعه) يمكنك أن تغير قيمة المقاومة من 1 ك إلى أى قيمة أخرى تريدها أعلى من 1ك أوم. و لو كانت المقاومة مشعاع حرارى و أضفنا مصدر تيار و جعلنا المقياس يقيس الحرارة أو القدرة المنبعثة من المقاومة ستجد القدرة تتغير تبعا لتغير فترة الدوام. هذه التقتية مستخدمة فى التحكم فى حرارة الأفران و غيرها.
نفس الأمر سيحدث لو استبدلنا المقاومة بمكثف أو ملف، أليس رائعا أن تحصل على ملف متغير هكذا بدون مشاكل ميكانيكية و فحمات متحركة ( البعض يسميها شربون من الفرنسية) الخ…
هكذا يمكن أن تكون الدائرة
لهذا صنعت متكاملات مثل UCC28063A لهذا الغرض حيث بإضافة ملف كبير نوعا ما فى دائرة مستقلة فى مدخل التغذية بين القنطرة و مكثف التنعيم (داخل المربع الأصفر) و من خلال التحكم فى زمن توصيله بين طرفى القنطرة بالموسفيت و الذى تتحكم فيه دائرة (باللون الأزرق) يتم تصحيح معامل القدرة. هذه الدائرة يمكن إضافتها لأى دائرة أخرى تغذى أى نوع من الأحمال كما يمكن تركيب مجموعة لعمل 3 فاز .
دائرة مشابهة لهذه تمت إضافتها لدائرة PWM عادية كالسابقة لتوفر تثبيت جهد الخرج مع تحسين معامل القدرة فى متكاملة واحدة ذات 8 طرف فقط برقم FAN4803 من انتاج فيرتشايلد و تصلح لقدرات عديدة باستخدام موسفيت ملائم.
هذه الدائرة موجودة فى الداتا شيت للمتكاملة وهى هنا فقط بغرض تقديم بعض الشرح، إن شئت التحقق من قيم المكونات – برجاء الرجوع للداتا شيت.
الدخول من أعلى يسار الصورة حيث قنطرة التقويم و يلاحظ أن موجبها يتجه يمينا نحو دائرة التصحيح و سالبها يعود للطرف Zero من خلال مقاومة صغيرة ذات وات كبير لإستشعار التيار و فى نفس الوقت يعود للطرف 3 للمتكاملة و المسمى I sense أى مستشعر التيار. استشعار الفولت على الطرف 4 و القادم من الخرج.
يتجه الموجب من خلال مقاومة صغيرة و ملف تحسين معامل القدرة و الذى يوصله لحظيا بالأرضى Zero عدد 2 موسفيت يأخذان مباشرة من الطرف 1 للمتكاملة و المسمى PFC أى تصحيح معامل القدرة.
باقى المكونات سبق شرح مثيلها فى الدوائر الأخرى مثل الخرج من طرف 8 و المسمى PWM لموسفيت Q3 يوصل مصدرة بمقاومة صغيرة R15 لتحديد تيار الحمل و يوصل مصبه بمحول الخرج. يؤخذ عينة من الخرج و يقارن بالمرجع LM431 السابق شرحه و الفرق ينقل من خلال اوبتو كبلر U3 لضبط الخرج.
كيف نحسب المحول؟؟
المحول و حساباته:
كل الدوائر السابقة تعتمد على محول وهى الأفضل من حيث سهولة التصميم و التحكم فيها و التنبؤ بمجريات الأمور فيها لكن لم نتحدث عن تصميم المحول.
فى سلسلة المحولات قدمت الشرح المفصل لهذه العملية و لكن نوجزها هنا فيما يلى…
يمكننا استخدام الحديد السيليكونى حتى تردد 500 ذ/ث و عندها سيبدأ الفقد فى الحديد فى الإرتفاع مقللا الكفاءة لذا عند الترددات الأعلى نلجأ لإستخدام الفرايت وهى تراكيب عديدة تتباين فى الترددات التى تعمل عليها فبعض المحولات تستخدم فى محطات البث المسموع و المرئى لمواءمة تردد الإرسال و البعض لمواءمة الهوائى فى الإستقبال لذا فكل نطاق ترددى له نوع مناسب من القلوب و الخامات ولن تسنطيع تشكيلها كما فى الحديد السيليكونى لذا سنلجأ لمواقع الشركات المنتجة و الشراء بناء على القدرة و التردد.
يمكننا هنا أن نتحايل على هذا الأمر بأن نستخدم المحولات الموجودة إما بالمحول الإلكترونى أو من وحدة قدرة حاسب قديمة لكن إن شئت ان تجمع أكثر من واحد لزيادة القدرة فيراعى أن تكون الوحدات متماثلة.
يمكنك فك المحول و تعد لفات الإبتدائى و الثانوى فتعلم كم لفة لكل فولت .
عند محاولة فك الإبوكسى المستخدم فى لصق نصفى المحول، تجنب الطرق التى ترفع حرارة القلب لدرجات غير محسوبة مثل استخدام اللمبات و غيرة و الأفضل وضعة لدقائق قليلة فى ماء يغلى على النار فيمكن فكه. الماء يضمن ان لا تزيد الحرارة عن 100 درجة مئوية أما لو ارتفعت الحرارة فستتغير خواصة المغناطيسية و تقل قدرته على نقل القدرة.
نراعى أيضا نقطة أخرى هامة جدا أن ملفات 12 فولت و 5 فولت ملفوفة من عدة أسلاك مجدولة معا. هل تصورت لماذا؟
لو راجعت سلسلة تصميم الدوائر الإلكترونية الجزء الأول، ستجد موضوع تأثير القشرة Skin Effect حيث يمر التيار المتردد قرب السطح الخارجى فقط ولهذا تأثير كبير على المقطع الذى يمر فيه التيار و الذى لا يمر فيه التيار كما بالرسم.
لذا لو زاد قطر السلك عن ضعف سمك القشرة لن يمر تيار فى القلب.
http://www.calculatoredge.com/electronics/skin%20effect.htm
فى هذا الرابط حاسبة لحساب عمق القشرة و باختيار المللى متر كوحدة و التردد 100ك (0.1 ميجا) سنجد أن عمق القشرة 0.24 مم فقط أى ان السلك ذو قطر 0.48 مم هو أكبر قطر ممكن استخدامه و مازاد عن ذلك سيكون إهدارا للخامة النحاسية دون جدوى.
لذا يصنع من عدة اسلاك كل منها ذو قطر مناسب و تجدل حتى لا يكون أحدها بالخارج طول الملف و من ثم يكون طوله أطول و مقاومتة أكبر و الآخر داخليا طول الملف و من ثم يكون طوله أقل و مقاومتة أقل فضلا عن أن تأثير القشرة سيؤثر على الضفيرة كما يؤثر على السلك المفرد ما لم تكن مضفورة.
لحساب عدد اللفات فهو أيضا مشروح فى سلسلة المحولات و لكن 3 أسلاك بقطر 0.1 مم لا تساوى سلك بقطر 0.3 مم و الصورة تبين
الأسلاك الأحمر و الأخضر و الأزرق متساوية الأقطار و مجموعها أقل بكثير من قطر الدائرة السوداء والتى بدورها أقل من 3×قطر أى من الأسلاك الثلاثة.
لذا حساب مساحة الدائرة هو الأجدى و الأدق وهى 3.14 × مربع القطر ÷ 4
لذا مربع قطر السلك المطلوب = مجموع مربعات الأسلاك المستخدمة.
أو يمكن القول
3.14 × مربع قطر السلك المطلوب ÷ 4 = عدد الأسلاك “ن” المطلوب × مربع قطر السلك المستخدم ÷4
أى مربع قطر السلك المطلوب = عدد الأسلاك “ن” المطلوب × مربع قطر السلك المستخدم
أى أن قطر السلك المطلوب = جذر عدد الأسلاك “ن” المطلوب × قطر السلك المستخدم
فمثلا أحتاج سلك بقطر 2مم ليتحمل أمبير ما عند التردد 100ك و سأضطر لإستخدام السلك ذو القطر 0.48 مم السابق
2 مم = جذر ن × 0.48 مم
جذر ن = 2 ÷ 0.48 = 4
ن = 16 سلك مضفورة معا
الدوائر السابقة اعتمدت على المحول ولهذا فهى تمد بخاصية العزل بين الدخول و الخروج . الدوائر التالية لا تعتم
على محول و من ثم سيكون العزل غير متوافر لكنها ربما أقل كلفة.
ماذا يحدث لو لدينا جهد موجب و اضطررنا لإستخدام جهد سالب؟ طبعا نعيد تصميم وحدة التغذية – لكن لو صعب هذا الأمر ماذا يمكن عمله؟؟
مولدات جهد سالب من موجب Split Supply ICL7660
قد يبدو العنوان غريبا فلم لم يتم أخذ ذلك فى الحسبان فيما مضى بإضافة ملف آخر و دائرة تقويم؟
حسنا هذا ما هو متبع فى وحدات الحاسب الآلى فضلا عن كثير من التطبيقات لكن القضية هنا أننا صممنا دائرة كاملة لجهاز ما و فقط نريد الربط بشبكة حاسب أو منفذ تسلسلى أو توفير مصدر تغذية سالب لمكبر عمليات يمد مخرج ما ، أى أن الأمر لا يعدو بضع مللى أمبيرات فضلا عن أن الجهاز منه عدة طرز مختلفة توفر هذا الإتصال عند الطلب، تشترى جهازك اليوم و العام القادم تتطور و تتوسع فتضيف هذه الخاصية. هل توفر هذه التغذية لكل الأجهزة و تستغل فقط فى ربما 10% منها؟
من الطبيعى أن نجعل هذه الخاصية فى كارت يتم تركيبة عند اللزوم ولكن من أين سيأخذ الجهد السالب؟ ماذا لو وفرناها على ذات الكارت فالتيار المطلوب كما قلنا بضع مللى أمبير لا أكثر؟؟
هل يبدو ذلك مألوفا؟ هل استخدمت سابقا أى من المتكاملات MAX232,75232,ICL232 ؟ لو كان ستلاحظ أن بضع مكثفات 10 ميكرو فاراد بين أطرافها توفر لك +/- 10 فولت لتناسب التقنية RS232 وهو من +5 فولت فقط ، كيف هذا؟
الدائرة الشهيرة بمضاعف الفولتية Voltage doubler وهى
وهى مشروحة فى سلسلة تصميم الدوائر الإلكترونية و بسرعة عندما يكون الدخل موجبا سيشحن المكثف C1 من خلال D1 الموجب على اليسار. و عند عكس القطبية سيجمع الدخل على جهد المكثف بقيمة الضعف على D1 و الموجب لأسفل و الذى بدوره من خلال D2 يشحن C2 و يكون عليه الضعف.
الآن لنحصل على السالب نفترض هذه الدائرة
سنجد أولا المفتاح كما بالرسم العلوى فيشحن المكثف C1من المصدر بنفس قيمته ثم ينتقل المفتاح للوضع الثانى و الخط الأحمر يبين الربط الآلى بينهما كمفتاح واحد ذو شقين أو مسارين و المعروف DPDT أو مزدوج بمسارين ، عندها سيتصل طرفة الموجب بالأرضى و السالب بمكثف الخرج C3 واضعا شحنة عليه لنفس الفولت مما يسبب ظهور جهد سالب على الخرج.
جدير بالذكر أن هذا المفتاح هو مجموعة من الترانزيستورات سواء ثنائية أو موسفيت و غالبا ما يكون الموسفيت أفضل لأنه يسمح بمرور التيار فى الإتجاهين على النقيض من الثنائى القطبية الذى يتطلب وجود واحد PNP و آخر NPN لتمرير التيار فى الإتجاهين.
هذا ما يجعل المتكاملة MAX232 تعمل بخرج -/+ 10 فولت من تغذية +5 فولت فقط. يمكنك ان تستفيد ببضع مللى أمبيرات أيضا من الطرف السالب لهذه المتكاملة لو تريدها لشيء مجاور.
أيضا صنعت متكاملة أخرى تعمل على جهد من 1.5 فولت و حتى 10 فولت لتولد جهد مطابق للدخول قيمة و لكنه سالب أى لا تزيد من قيمته.
هذه المتكاملة هى ICL7660 و التى يمكنها أن تقسم مصدر لنصفين أيضا أى تحصل من +10 فولت على +/-5فولت.
من الجدير بالذكر أن قيمة الخرج تعتمد كثيرا على سعة المكثفات لذا فهى لا تقوم بتثبيت الجهد.
ماذا لو احتاجنا لقدرة أعلى أو تردد أعلى؟
دائرة تثبيت مخفضة للجهد Buck Regulator :
يمكننا دوما استخدام مفتاح للتحكم فى مرور تيار ما عبر مسار ما وهنا أقول تيار ولا أذكر كلمة كهربى فالمبدأ واحد لكل أنواع التيارات منها الغازات و السوائل. إذن لنطبق هذا المبدأ كهربيا.
هنا لدينا مصدر +V و مفتاح وحمل على مخرج. بالطبع عند تقطيع التيار المار سيكون الخرج أقل من الدخل بحكم كونه نبضات أقل من الفترة الكلية أو ببساطة أحيانا هناك تيار و أحيانا أخرى لا يكون. سيكون الخرج هنا مساويا لجهد الدخل مضروبا فى نسبة الدوام أى
الخرج = الدخل × زمن التوصيل ÷ الزمن الكلى
وهذه الطريقة عملية و مستخدمة فى التحكم فى حرارة السخانات الأومية و إضاءة اللمبات و فى التحكم فى سرعة موتورات التيار المستمر بالتحكم فى زاوية فتح ثايريستور أو تراياك حسب الخرج المطلوب ، ولكن لبعض أنواع أخرى من الحمل، هذا أشبه بمطرقة سريعة الضربات عليه لذا نحن نريد جهدا مستمرا للحصول على تيار مستمر فى الخرج لذا سنضع المكثف C1 و الذى يشحن أثناء مرور التيار و يعوض هو فترات الإنقطاع، و من المتوقع أن تفكر فى استبدال المفتاح بترانزيستور تتحكم فيه دائرة تفتحه عند انخفاض الخرج ثم تغلقة فور وصوله للحد المطلوب. أيضا قد تقول أن المكثفات لا تتلائم جيدا مع أشباه الموصلات فتفكر فى استبداله بملف
و من دائرة RL المشابهة لدائرة RC ستجد أن عند التوصيل سيبدأ التيار فى الإرتفاع التدريجى و جهد الخرج بالتبعية فى الزيادة التدريجية، لكن فور فتح المفتاح سيكون الجهد كله على المفتاح وليس على الحمل مما يفسد عمل الدائرة بإنقطاعه عن الخرج (أعلم الإحتجاج أن الملف يولد جهد عالى لكن أيضا هناك مفتاح سيتحمله و ترانزيستورات تتحمل 1000 فولت) و لهذا يجب أن يتغير نوع المفتاح كما بالصورة ليوفر المسار الكامل للتيار عند الفصل من خلال التوصيل بالأرض فلا ينقطع التيار عن الحمل.
حسنا لنبدأ تنفيذ أى من الدائرتين ببساطة. و ليكن الحمل مثلا 1 أمبير و الدخول 12 فولت و نريد منه 5 فولت لدوائرنا الإلكترونية.
دائرة المكثف بسيطة و سهلة و نحتاج لترانزيستور يمرر التيار. أمبير واحد ليس مشكلة لكن كم سيمر حقيقة فى هذا المسكين؟
قانون أوم يقول الفولت مقسوما على المقاومة أى 12-5 = 7 فولت مقسومة على …
كم قيمة المقاومة ؟ هل هى صفر أو قريبة من ذلك؟؟ وهل التيار يقارب مالانهاية؟؟
حسنا هنا مشكلة، لنضع مقاومة لنحد من التيار. حل منطقى إلا أنه سيلغى قيمة هذه التقنية لأنها ستستهلك قدرة و نحن نلجأ للتقطيع لتجنب ذلك فضلا عن أن هناك مشكلة فى اختيار قيمتها، لو قليلة سيمر تيار كبير و نحتاج ترانزيستور مكلف ولو لا يوجد حمل قد يرتفع الخرج قبل أن يفصل الترانزيستور. ولو المقاومة كبيرة سيكون الفقد كبيرا عند الحمل الكامل، إذن ما الحل؟
حسنا هذه غير عملية و نلجأ للملف ليحد من التيار.
مشكلة الملف أنه سيعمل جيدا عند الحمل الكامل و لكن عندما لا يكون هناك حمل، لا يكون هناك تيار و بالتالى سيكون الهبوط على طرفي الملف صفرا و بالتالى دائرة التحكم ستواجه مشكلة أن الخرج دوما أعلى بكثير مما يجب.
كما أن هناك مشكلة أخرى قد لا تجعل هذه الدائرة عملية، فى الوضع الأول سيكون على طرفى الملف فرق جهد البطارية من الخرج أى 12-5 = 7 فولت، عند انتقال المفتاح للوضع الثانى (الغلق) فى المسار الأخضر، سيكون جهد الملف 7 فولت على الخرج فجأة وهو مدمر لغالبية الدوائر الرقمية. و الأسوأ انه يزداد كلما زاد الفرق بين الدخل و الخرج.
لذا لو أمكن جمع الحلين معا لكان الملف هو ما يحد من مرور التيار و يجعله تدريجا و مناسبا للدائرة وهو لا يفقد طاقة، و سيشحن المكثف تدريجا و يبقى جهد الخرج ثابتا على الحمل أثناء الفصل وهو ما يحتاجه الحمل و أيضا يعطى دائرة التحكم الفرصة للرقابة و الإستجابة فتفصل عندما يكون الجهد مناسبا وهو سيتحقق آليا عندما يكون متوسط تيار المفتاح مساويا لتيار الحمل + الفقد فى المكثف. ولو لم يكن هناك فقد فسيكون الجهد على المكثف دوما كافيا لإخبار دائرة التحكم أن لا حاجة لفتح السويتش.
هكذا أصبحت الدائرة بهذه الصورة
هنا سنلاحظ أن عند الفتح تختزن الطاقة فى الملف و عند الغلق سيعطى الملف هذا المخزون للحمل وهذه أهم نقطة فى عمل هذا النوع. الملف هنا كالمحول فى الدوائر السابقة و يجب أن يكون
1- قادر على نقل هذا الكم من الطاقة للحمل
2- يجب أن لا يصل للتشبع فى أى لحظة من عمل الدائرة و إلا إنقلب من حث إلى قصر مدمرا المفتاح و الحمل معا.
المرة القادمة إن شاء الله نناقشها ببعض الحسابات
تصميم الدائرة:
حسنا لا يوجد مفتاح الكترونى ذو مخرجين كما بالرسم السابق فما لدينا هو الدايود أو الترانزيستور و كلاهما إما موصل أو قاطع، لذا فالمسار باللون الأحمر سنستبدله بالترانزيستور للتحكم فى عرض النبضة وهذا منطقى لكن رغم أن المسار الأخضر يمكن استبداله أيضا بترانزيستور إلا أن التحكم فيه سيكون معقدا لضرورة أن لا يتأخر عن قفل الأول فيعرضه للجهد العالى ولا يفتح آنيا معه فيضع قصر على مصدر التغذية، لذا لو أمكن أن يكون آليا أى دون تحكم سيكون أفضل.
بما أن الدايود يتحكم فيه التيار أليا فإن كان التيار فى الإتجاه الصحيح يسمح له بالمرور و يوقفه لو بالعكس، إذن فهو حل مثالى لهذا المفتاح
بالنسبة للترانزيستور فلا يهم إن كان ثنائى القطبية Bi-polar أو موسفيت ولا من أى قطبية فكل الأنواع استخدمت بنجاح لكن هناك نقطة يمكن ملاحظتها هنا وهى أن فى الترانزيستورات الثنائية نجد أنواع س م س أى NPN متاحة بتيار أعلى و أمبير أعلى و تردد أعلى من نظيرتها م س م أو PNP و إن تساويا سيكون غالبا ثمن الأول أقل من ثمن الثانى و نفس الشيء فى الموسفيت ذو القناة السالبة N-Chanel متاح بتيار أعلى و أمبير أعلى و تردد أعلى و الأهم أن مقاومته عند التوصيل أقل أى يفقد حرارة أقل من نظيره P-Chanel ، إلا أن إدخال الأول فى التشبع يحتاج بعض المجهود أكثر من الآخر للأسباب السابق ذكرها فى موضوع الوحدات الخطية ذات الهبوط المنخفض LDO
عند اختيار الترانزيستور يجب أن يتحمل ضعف أعلى جهد للبطارية – لاحظ أن البطارية مجرد رمز لمصدر مستمر مطلوب تثبيت خرجه وهو قد يتغير حسب الظروف.
أيضا يجب أن يتحمل ضعف التيار الأقصى المار فى الدائرة
و يجب أن يقفل و يفتح أى ذو تردد مناسب للتردد المزمع استخدامه و تردد القطع 10 أمثال التردد المزمع استخدامه لأن كلما قل التردد سيكون أبطأ فى التوصيل و القطع و من ثم ستتولد به حرارة نتيجة حاصل ضرب الفولت عليه فى التيار المار به.
أيضا اختار الترانزيستور من النوع المصنف للإستخدام كمفتاح Switching Applications فهو مصمم لهذا الغرض (الإنتقال الفجائى بين القطع و الوصل) بصرف النظر عن خطية هذا الإنتقال والمطلوب عادة فى دوائر التكبير.
و أخيرا مهما كان التصميم رائعا لن يكون الفقد صفرا وهذه الحرارة المتولدة يجب أن تشع من جسم الترانزيستور بواسطة مشعع حرارى أو مبرد Heat sink ولا تنسى معجون السيليكون لجودة التوصيل الحرارى.
الآن الدايود يجب اختياره بناء على النقاط التى ذكرت فى بداية حديثنا عنه
أن يكون سريع القطع حتى يفصل فور فتح الترانزيستور و لا يظل موصلا مسببا قصر على المصدر
أن يتحمل ضعف الجهد الذى سيتعرض له وهو جهد المصدر .
أن يتحمل أيضا ضعف التيار الذى سيمر فيه
و أيضا لا تتبنى قيم كتب التصميم التى تعتمد الجانب النظرى للدايود ذو التيار القليل عوضا عن الداتا شيت، فموحدات التيار العالى يكون عليها أيضا فولت عالى اثناء مرور التيار فهى أولا و أخيرا مادة ولها مقاومة اومية كغيرها فمثلا الدايود FR101 سيكون عليه عند 1 أمبير جهد 1.3 فولت بينما PR3001 عند 3 أمبير سيكون عليه 1.2 فولت فقط وهذا يعنى أن هناك أرقام أفضل من أرقام كما أن عند الضرورة سيكون دايود شوتكى الأفضل حيث تجد MBR2020 عند 20 أمبير سيكون عليه 0.5 فولت فقط و طبعا كل هذه القيم من الداتا شيت ولا تتطابق مع القيم النظرية.
هذه القيم للفولت مضروبة فى التيار هى حرارة متولدة فى هذا الثنائى لذا يجب مراعاة ما سبق قوله عن التبريد فمثلا PR3001 تجد طرفيه من سلك غليظ وهذا ليس بسبب 3 أمبير فهى تمر فى سلك ربع ملليمتر لكن لتبريد قطعة السيليكون بداخلة وفى كثير من وحدات التغذية تجد هذا السلك تم لحامه أو تثبيته على قطعة معدنية – هى للتبريد و أحيانا يترك الطرف بدون تقصير لطوله لإستخدام هذا السلك كمبرد أو مشع حرارى
المرة القادمة إن شاء الله سنتحدث عن قيم هذه التيارات و حساب الملف
حساب المكونات لوحدة المثبت:
لحساب الملف يجب أن نحسب الجهود و التيارات المارة فى الدائرة لكى نعلم كيف تسير الأمور. بالطبع الحساب الدقيق يتطلب العلاقات الرياضية المعقدة لكن شركة موتورولا وضعت هذا التقريب العملى الذى يسهل كثيرا من الحسابات فى كتابها الشهير
Practical_Switching_Power_Supply_Design.pdf
https://books.google.com.eg/books/about/Practical_Switching_Power_Supply_Design.html?id=NXMJNAVXkzoC&redir_esc=y
هنا سنجد أن المنحنى الأحمر العلوى يمثل الجهد على الثنائى أو الدايود وهو حقيقة نتيجة أن الترانزيستور يفتح و يغلق بالتتابع و للسهولة سنفترض أن الأمور توافقت حيث زمن التوصيل يكاد يساوى تقريبا زمن القطع.
هنا القيمة الصغرى و الترانزيستور لا يمرر تيار وتساوى صفر و العظمى عندما يكون الترانزيستور موصلا و تساوى جهد الدخل Vin مطروحا منه الهبوط على الترانزيستور و كما سبق الشرح يعتمد على التيار و نوع التانزيستور هل ثنائى القطبية أم موسفيت و أيضا رقمه.
الآن عند بداية النبضة سيمر تيار فى الترانزيستور (المنحنى الأزرق) و يعوقه الملف و لكنه لحظيا من مصدر مستمر أى ليس جزءا من موجة جيبية ، لذا تقل معاوقة الملف (طبعا للتذكرة المعاوقة 2 × 3.14 × التردد × الحث بالهنرى) و التردد هنا مالانهاية عند لحظة التغيير (مقدمة النبضة) ثم ينهار التردد مع عدم التغيير ويكون صفر فى المستمر وهذا يسبب زيادة التيار تدريجا حسب تقلص المجال المغناطيسى و يصل لقيمة أعلى و عند تعويض ما فقد من المكثف سيغلق الترانزيستور المسار. فى هذه اللحظة سيكمل هذا التيار مسارة فى الدايود أى أن تيار الدايود سيكون ذات القيمة الأعلى و يقل بإضمحلال المجال - المنحنى الارجوانى.
هذا التيار بمروره فى الدايود يسبب جهدا بين طرفيه ولكنه لحد ما ثابت القيمة و سبق أن علمنا أنه قد يكون أقل من 1 لأعلى من 2 فولت حسب نوعة لذا يفضل أن يكون شوتكى لصغر الهبوط على طرفيه.
الآن عندما يفتح الترانزيستور للنبضة الثانية سيكون الدايود عليه جهدا لذا تيار الملف و كذا جهد الدايود يجب أن يأخذهذا فى الإعتبار فتتغير المعادلة السابقة لتصبح
جهد الملف يتراوح ما بين قيمة صغرى = جهد الدايود و قيمة عظمى هى جهد الدخول مطروحا منها الهبوط على الترانزيستور.
التيار فى الملف هو المنحنى الأخضر حيث يزداد تدريجا و يقل تدريجا.
سيعترض البعض أن هذه المنحنيات تقريبية و الأصح اعتبار الثابت الزمنى الخ – حسنا لو راجعنا منحنيات الثابت الزمنى نجد الجزء الأول منها خطى بنسبة عالية و ربما حتى ثلث القيمة العظمى يكون الإنحراف عن الخطية غير محسوس وهو الجزء المستخدم منها عادة لتوليد موجات سن المنشار.
من التحليل السابق نجد أن التيار المار فى الملف
الترانزيستور موصل : تيار الملف = التيار الأدنى + ( فرق الجهد على الملف × زمن التوصيل ÷ الحث بالهنرى )
فرق الجهد على الملف = جهد الدخول – جهد الترانزيستور – جهد الخرج
الترانزيستور قاطع : تيار الملف = التيار الأقصى - ( فرق الجهد على الملف × زمن القطع ÷ الحث بالهنرى )
فرق الجهد على الملف = جهد الخرج – جهد الدايود
هذه القيم المبينة على الرسم السابق المنحنى الأخضر، منها يمكن حساب قيمة الملف المطلوبة
نحسبها المرة القادمة إن شاء الله و هل هناك اعتبارات أخرى نحتاط لها؟ هل هذا القدر من التيار الأدنى له معنى؟؟
اعتبارات دائرة المخفض Buck :
من مناقشة نظرية عمل الدائرة نجد أنها متسامحة جدا لأنها تتوافق مع تغير الحمل و جهد الدخول الخ و من ثم نجد أننا نحتاج لحساب القيمة الدنيا للحث و لو زادت عن ذلك فلن تؤثر كثيرا فى أداء الدائرة إن لم يكن أفضل.
هل تذكر من المرة الماضية
الترانزيستور موصل : تيار الملف = التيار الأدنى + ( فرق الجهد على الملف × زمن التوصيل ÷ الحث )
فرق الجهد على الملف = جهد الدخول – جهد الترانزيستور – جهد الخرج
إذن الحث (الأدنى هنا) = فرق الجهد على الملف × زمن التوصيل ÷ التيار
البعض يأخذ التيار الأوسط السابق حسابه أو الأدنى أو الأعلى فكلها على أى الأحوال قيم تقريبية و يفضل أن نزيد عن المحسوب لضمان حسن الأداء.
الآن نلقى نظرة أكثر قربا للدائرة نجد
1- الدخول يجب أن يزيد على الأقل 1 إلى 2 فولت عن الخرج لكى تعمل الدائرة (ربما أكثر لو لم نختار الترانزيستور المناسب – راجع جزء LDO الوحدات ذات الهبوط المنخفض) لذا هى وحدات خافضة للجهد فقط.
2- عندما يفتح الترانزيستور لن يغلق الدايود فورا ولكنه سيأخذ بضع ميكرو ثانية ليغلق و خلالها سيكون الترانزيستور فعليا فى حال قصر على الأرضى وهى لحظة قد تسبب تلفه، فضلا عن كونها طاقة ضائعة، لذا استخدام الدايودات الأسرع مثل الشوتكى له زمن غلق بالنانو ثانية بالتأكيد أفضل لضمان طول عمر الوحدة و تحسين كفاءة الأداء.
3- عندما يتلف الترانزيستور المستخدم،فى الغالبية العظمى من الحالات سيتلف كقصر بين الدخول و الخروج واضعا كل جهد الدخول على الحمل مما يسبب إتلافة فورا وهذا ليس حلا مثاليا لتصميم دائرة أو جهاز لذا يجب استخدام دائرة حماية أخرى كما استخدمنا فى الدوائر الخطية و المسماة Crawbar أو “العتلة” أو قضيب الحماية.
الآن صممنا دائرة ووجدنا الدخول 12 فولت و الخروج 5 و سنفقد على الترانزيستور 1 فولت و على الدايود نصف) من الداتا شيت لهما ( و اختارنا أن نستخدم تردد 100ك هرتز إذن الزمن 1÷100ك أى 10 ميكرو ثانية نصفها توصيل و نصفها قطع و ليكن التيار 2 أمبير و بذلك سيكون فولت الملف = 12-5-1 = 6 فولت
6 × 5 ميكرو ÷ 2 أمبير = 15 ميكرو هنرى و توجهت للمحل لشراء 15 ميكرو هنرى فوضع البائع أمامى هذه بقيمة 15 ميكرو هنرى
أيها اختار؟؟
أولا : أيها يتحمل سلكه 2 أمبير؟ هذا أمر يجب مراعاته حتى لا يحترق عند تشغيل الدائرة و يمكن التسامح فيه قليلا لأن السلك فعليا قصير (بضع لفات)
ثانيا : أى القلوب أختار؟ هل تذكر عندما قلنا الملف الأكبر أفضل؟ لماذا - هل الأصغر اسوأ؟ لسبب بسيط جدا أنه يجب أن يظل ملف، ولو وصل لحد التشبع مع نهاية زمن الشحن سيصبح قصر وتقريبا لا وجود له و نعود للخطر الذى تحدثنا عنه و تطلب منا استخدام الملف أساسا. هذا يضع لنا شيء هام نحتاط منه وهو لو كان القلب صغير المقطع، سيسبب التيار الأدنى (وهو مستديم و يزيد عليه الترانزيستور التيار عند التوصيل ثم يعود عند الغلق) تشبع القلب لذا يجب أن نختار قلب يسمح بهذا التيار الأدنى عند الحمل الكامل و يصل للتيار الأقصى دون تشبع.
كيف نحسبه؟ للأسف من الداتا شيت فإن لم تجد فالتجربة و الخطأ.
ثالثا : التردد فكل نوع خامة تناسب تردد معين و كلما ارتفع التردد زاد الفقد فى الحديد (أو خامة الفرايت) لذا اختيار الخامة الملائمة أمر هام
رابعا : الإستجابة فالقلوب خصوصا الدائرية منها ذات الوان اسود – اصفر – احمر- أخضر – أزرق و بعضها ذو لونين الجانبين لونهما مختلف.
وهى ليست لتجميل القلوب ولكنها شفرة كالمقاومات أو غيرها و تفترق من حيث دخولها فى التشبع و بعض الصفات الأخرى فالبعض يدخل فجأة و يكون المنحنى له حاد (المنحنى الأخضر) وهو قد يناسب مرشحات الخرج لقيمة الحث العالية لكن كملف رئيسى سيسبب التشبع الفجائى عند زيادة التيار و هبوط فجائى لقيمة الحث فى انهيار الدائرة و خروج الفولت للحمل و تلفه أما النوع المطلوب ذو التشبع التدريجى (المنحنى الأحمر) و الذى يتيح الفرصة للعمل فى الحدود القصوى ثم يعطى دوائر التحكم الفرصة لتتفاعل مع الحمل الزائد.
فى الروابط التالية بعض خواص هذه القلوب
http://www.sentex.ca/~mec1995/circ/toroids.htm
http://www.herostechnology.co.uk/pages/pages_comp/micrometals.html
تيار كبير؟ حسنا راقب ما يلى
متكاملات تسهل تصميم هذه التقنية:
رغم أن المتكاملات السابق شرحها يمكنها تكوين دوائر تخفيض للجهد بهذا النسق وتجدها تفصيلا فى الداتا شيت إلا انك ستحتاج لضبط عدة مكونات للحصول على التردد المناسب الخ، لذا قدمت لنا بعض الشركات متكاملات صممت خصيصا لهذا الغرض مثل LM2575 لتيار حتى 1 أمبير والرقم LM2585 حتى 3 أمبير و أيضا LM2576 حتى 3 أمبير وهى تأتى بعدة قيم حيث يضاف للرقم كما بالصورة قيمة فولت الخرج وهى عادة 3.3 ف و 5 فولت و 12 فولت و 15 فولت و أخيرا –Adj بمعنى قابلة للضبط حيث بنفس طريقة LM317 يمكنك ضبطها بمقاومة متغيرة (مجزئ جهد) للحصول على أى فولت من 1.23 إلى 37 فولت وبنفس المعادلة.
تتميز هذه المتكاملة بأنها اختصرت كل العوامل فالمذبذب مثبت داخليا البعض عند 54ك هرتز و البعض عند 100 ك هرتز و تحسس التيار أيضا داخليا فلا تحتاج لوضع المقاومة التى تسبب ازعاج للكثير و أضافت ما لم نتحدث عنه سوى فى المتكاملات الخطية وهو الحماية ضد ارتفاع الحرارة فتغلق ذاتيا.
أيضا جعلت الملف قطعة قياسية و انتجت الشركات منه الآف القطع ليتاح للمستخدم بدون جهد، ونظرا لصغر قيمته يمكنك استخدام العديد من الملفات الموجودة فى قطع أخرى مثل لمبات الإضاءة الموفرة أو الليد أو تستخرج قلب حلقى من وحدة تغذية قديمة ذو قطر 1.5 إلى 2 سم و ربما تستطيع استخدامه كما هو أو تضيف إليه بضع لفات أخرى. الدايود هو 1 أمبير شوتكى ، طبعا ستسأل أليس المفترض أن يكون 3 أمبير؟!!!
أرجو ان يكون ما سبق من الشرح يغنينى عن الإجابة أن 3 أمبير هو تيار الحمل و الدايود فقط لتفريغ مجال الملف لذا تياره يبدأ مساويا لتيار الحمل لكنه لا يستديم طوال الوقت لكن لو أردت - استخدم 3 أمبير. المهم أن يكون شوتكى لسرعته و انخفاض الفقد عليه.
من مميزات هذه الدائرة أنها عالية الكفاءة (الثابت منها قرابة 85% و المتغير قرابة 75%) لذا نادرا ما تسخن (إلا طبعا لو وضعت دايود عادى يسبب قصر ليها) و لو ارتفعت حرارتها فلن تقارن بتلك الخطية إطلاقا.
أطرافها سهلة ولا تحتاج لشرح الطرف 1 دخول وهو حتى 40 فولت و هناك مجموعة منها مميزة بالحرفين HV أى فولت عالى تتحمل 60 فولت.
الطرف 2 هو الخرج والذى يوصل بالدايود و الملف ، الطرف 3 أرضى و الطرف 4 يوصل بعد الملف أى على الحمل لتحسس الجهد على الحمل ومن ثم تثبيت الخرج. و أخيرا الطرف 5 للتحكم فيها كمفتاح تشغيل فهو يوصل بالأرضى لتعمل أو يترك لتوقفها.
يمكن استغلال هذه الخاصية لعمل دائرة حماية ضد انخفاض جهد الدخول
طبعا لا ننسى أن نوصل طرفى 2،4 كما سبق فهما الخرج و التغذية العكسية للضبط فقط ما نريد شرحه فى هذه الصورة.
الزينر + 2 × جهد القاعدة/باعث للترانزيستور يحددان متى تعمل فإن زاد جهد الدخول عن القيمة السابقة، سيفتح الترانزيستور موصلا طرف التحكم رقم 5 بالأرض. طبعا سيسأل البعض ما رقم الترانزيستور؟
حسنا تيار طرف التحكم الأقصى 30 ميكرو أمبير إذن أى ترانزيستور بالقطبية المناسبة و تيار قليل سيعمل مثلا عائلة BCxxx – طبعا لا تختار 2N3055 مثلا هنا فتيار التسريب فيه اكبر من 30 ميكرو!!
أيضا سيسأل البعض لماذا المعادلة فيها 2 جهد القاعدة؟
عند جهد الزينر سيوصل الزينر و يمكن اعتباره محذوف من الدائرة مع حذف قيمته أى لو كان 5.1 فولت مثلا فعند تمام 5.1 سيوصل و يصبح الجهد على المقاومتين = الدخول 5.1 – الزينر 5.1 = صفر و نظرا لمجزئ الجهد R1,R2 نريد الإرتفاع قليلا عن جهد القاعدة/باعث.
تيار كبير؟ حسنا راقب ما يلى
احتياطات صناعية للتيارات العالية:
هناك أيضا اعتيار يجب ملاحظته وهو خاص بأى مثبت جهد فى هذه السلسة وهو طرف التغذية العكسي الذى يربط الخرج بمكبر الخطأ.
قد تظن أنه توصيل داخلى أى جزء من الدائرة لتثبيت الخرج، حسنا هو كذلك فى حالة التيار المنخفض، لكن فى التيارات الكبيرة 5 أمبير و أكثر فإن مقاومة سلك توصيل الخرج للحمل ستسبب هبوطا فى الجهد غير محسوب (لكونه يعتمد على طول السلك و قطره و خامته و قيمة التيار الفعلى المحسوب و كلها أمور تتغير من وضع لآخر أو مستخدم لآخر) لذا قالجهد الذى تبذله لتثبيت جهد الخرج سيضيع فى طول السلك، كما أن هناك مفاضلة كبيرة بين قطر السلك و ثمنه و معاناة وزنه فى الأقطار الكبيرة و الأطوال الكبيرة ، يجب أن لا ننسى أن هناك تطبيقات تتطلب أن يكون الشاحن فى طابق و البطاريات فى طابق و الأحمال فى طابق كمحطات الإتصال اللاسلكى و أجهزة الملاحة و السنترالات (المقسمات) وغيرها من الإستخدامات التى تتطلب الإحتياط بالبطاريات كمصدر بديل للطاقة – لاحظ أنه إن كان الجهاز يقبل العمل على بطارية ما ، فلا معنى إطلاقا لإستخدام UPS و فقد الطاقة فى انفيرتر للرفع إلى 220 ثم دائرة تقويم أخرى و فقد آخر للطاقة للتخفيض لجهد البطارية – فكر فى 48 فولت 50 أمبير مثلا أى 2.5 كيلو وات.
هل تذكر هذه الدائرة التى وضعناها سابقا؟
حسنا سنمد سلك غليظ ليتحمل تيار عالى لحمل ما فى الجوار فتصبح هكذا
الإطار هو جسم وحدة التغذية و منه يخرج سلكين لكل منهما مقاومة ما و سيكون هناك هبوطا فى الجهد قدره التيار × مجموع المقاومتين ولذا يتغير بحسب قيمة التيار اللحظية و بحسب قيمة مقاومة السلك و الذى يعبر مناطق خارجية قد تتعرض لبرودة شديدة شتاء و حرارة عالية صيفا ولا يخفى أن المقاومة تزداد خطيا بزيادة الحرارة مما يزيد الفقد و يرفع حرارة السلك أكثر.
ليس الخطر فقط فى قيمة هذا التغيير و لكن أيضا كون الحمل عديد من الأجهزة التى تسحب من مصدر واحد سيجعلها تؤثر على بعضها البعض من خلال عدم ثبات وحدة التغذية. ما الحل؟ أن نثبت الجهد على الحمل وليس على خرج الوحدة.
كيف؟ حسنا ببساطة نستشعر هذا الجهد عند الحمل بدلا من عند خرج الوحدة ولذا اُضيف زوج من الأسلاك لنقل الجهد على طرفى الحمل رجوعا إلى مكبر الخطأ و يسمى مستشعر أو Sense ولذا فهو لا يحمل سوى ما يكفى تيار دخول مكبر العمليات وهو أقل من مللى أمبير واحد
يجب أن نلاحظ هنا أن السلكين معا يجب توصيلهما ولا تقول حسنا الأرضى لا داعى منه، إرجع للرسم السابق ستجد أنك ادخلت نصف المشكلة و حللت نصفها فقط.
أيضا يجب مراعاة قطبية السلكين لذا غالبا ما يكونا بلونين مختلفين لسهولة التمييز.
عند صيانة الوحدة أو إصلاحها لا تنسى أن تضع سلك بين طرفى +Sense و الطرف الموجب للخرج و سلك بين -Senseو طرف الأرضى أو السالب للخرج حتى تعمل الوحدة بصورة طبيعية
مزيد من التردد؟ حسنا فليكن أكثر من فاز
اكثر من فاز:
فى كثير من الحالات و خاصة عندما يكون التيار كبير يفضل استخدام نظام 3 فاز لأنه أكثر اقتصادا من فاز واحد. فدوما ما ينص من قبل هيئة الإمداد بالطاقة على جودة توزيع الأحمال لتقليل تيار الرجوع فى الطرف الأرضى أو المسمى متعادل أو غيره. كما أن من وجهة نظر الدوائر الإلكترونية، فتقسيم التيار على أكثر من وحدة من أشباه الموصلات يؤدى لتقليل الكلفة أحيانا أيضا و تقليل خطر التلف و توفير ميزة أن عندما يتلف واحد لا تتوقف المعدة كليا و يمكن أن تظل تعمل بقدرة مخفضة.
من مميزات تعدد الفازات أيضا زيادة التردد مما يجعل التخلص منه أسهل و لهذا يرغب فى استخدامه فى الإلكترونيات ذات الضوضاء العالية و التردد العالى، هل يضيء هذا على تلميحات معينه؟ نعم انها هى اللوحة الأم فى الحاسب و خاصة أنه يعمل على تردد 3 جيجا تقريبا.
لهذا صمت شركة انترسل متكاملة للتعامل مع اكثر من فاز "ISL6312CRZ 4phass buck 4 motherboards " خصيصا للوحات الحاسب من نوع المخفض للجهد Buck توفر الميزات التالية
• يمكنها تحويل القدرة بالتعامل مع 2-3-4 فاز
• تحكم دقيق للجهد مع تحسس فرقى بعيد للفولت ( اى تتحسس افولت عند الحمل وليس عند الخرج كما سبق الشرح) بدقة تصل إلى نصف بالمائة.
• استجابة مثالية للتغيرات الفجائية حيث يمكنها تعديل مكان النبضة مع تنسيق الفازات للحصول على أفضل النتائج
• تحسس فرقى تام للتيار المستمر باستخدام مقاومة. برمجة دقيقة لخط الحمل مع تناسق دقيق لتيار المسارات (الأوجه المتعددة).
• التحكم فى الفترة الميتة بين النبضات
• تتعامل مع معالجات AMD أو انتل
• تحدد آليا جهد المعالج من خلال 8 بت وحدة تحويل رقمى تماثلى
• حماية ضد زيادة التيار
• حماية من زيادة الجهد متعددة المستويات
• يمكن اختيار التردد حتى 1.5 ميجا هرتز لكل فاز (وجه)
الدائرة الداخلية معقدة وكبيرة ولا داعى لمناقشتها هنا فقط نذكرها للفكرة. أما الإستخدام فهو بسيط و الدائرة فى صفحة 5 توضح 4 مخارج مستقلة تصب فى حمل واحد
ثلاث منها مزودة بمخرجين للتحكم فى الترانزيستورين العلوى و السفلى أما الرابع فعلى ما يبدو لعدم نوافر اطراف فهو ذو مخرج وحيد لذا تحتاج لمتكاملة قيادة مثل
ISL6612, ISL6613
و التى تحول هذا المخرج إلى مخرجين للتحكم فى الترانزيستورين
هكذا نكون قد غطينا أغلب دوائر الخفض Buck . هل هناك حل آخر لمشكلة تلف الترانزيستور الرئيسى و التى تضع جهد الدخول على الحمل؟
