 |
|
|
|
|||||
مشكلة الأوبتو مع الجهود العالية
مشكلة الأوبتو مع الجهود العالية : لو أخذنا دائرة الترانزيستور لسهولتها، يمكننا إضافة وحدتين أوبتو كما بالرسم. طبيعى أن تغذى الدايودات من 5 فولت لدائرة التحكم أوأى قيمة أخرى تناسبها، و ترانزيستورات الموتورات من جهد عالى و ليكن أى قيمة مثلا 240 فولت، قد يبدو من المريح أن نوصل الأوبتو بجهد الموتور، و لكن للأسف جهد تحمل الأوبتو 30 فولت فقط لذا لا يتحمل هذا التطبيق و لا توجد وحدات تتحمل أعلى من 45 فولت سوى وحدات بطيئة الإستجابة حتى 60 فولت و بعد ذلك ثايريستور و تراياك وهى لا تناسب التطبيق بالجهد المستمر.  هذا سيضع تصور وهو وضع وحدة تغذية أخرى للأوبتو، نعم هذا رائع لكن يجب عزله جيدا إما باستخدام محول ذو عزل كافى بين ملفات تغذية الأوبتو و ملفات تغذية التحكم أو باستخدام وحدة محول مستمر/مستمر DC-DC converter ذو أرضى معزول Separate Ground وهو مكلف و يضيف مكونات كثيرة للدائرة. نفس الكلام يقال لوحدات الموسفت لذا لا داعى للتكرار. حسنا إذا قبلنا بمبدأ وحدة تغذية منفصلة فلماذا التضحية باستخدام النوع السالب من الترانزيستورات لكن هذا سيعقد الأمور أكثر. الآن من الأفضل استخدام موسفيت و من النوع السالب لتحمله جهود و تيارات أعلى و أقل فقدا للطاقة عند توصيله لذا مما سبق علمنا أن مشكلته الأساسية أنه يحتاج لفولت أعلى من تغذية الحمل بجهد فتح البوابة وهو 10 فولت و هناك خمسة حلول معروفة لهذا الأمر سنناقشها المرة القادمة بإذن الله |
| اعلانات |
|
|||||
|
أساليب التحكم فى الجهود العالية بالقنطرة
أساليب التحكم فى الجهود العالية بالقنطرة: لإضافة 10 فولت على جهد البطارية، فلحسن الحظ أن التيار ليس كبيرا وهو مما يسهل الأمور قليلا و الأشكال التالية من ملف وضعته شركة International Rectifier و التى انتجت حلولا كثيرة ميسرة لهذه المشكلة  الحل الأسهل هو استخدام وحدة تغذية معلقة – مثلا 15 فولت ، و كلمة معلقة لا تعنى سوى أنها لا تشترك مع وحدة التغذية الأساسية للدائرة فى أى توصيلات – تامة العزل (باللون الأصفر). وهى توصل بين المصدر و البوابة من خلال دائرة قيادة البوابة باللون الأزرق وهى قد تكون مجرد مقاومة أو بوابة أو أى دارة سابقة ولكن ما يعطيها الأمر هو باللون البرتقالى وهو إما رافع للمستوى Level shifterأو ببساطة أوبتو كبلر. قد تعترض أن الأوبتو لا يتحمل الجهد العالى وهذا حقيقى إلا انه لا يرى سوى جهد وحدة التغذية المعلقة. و يمكن أن تصبح الدائرة هكذا  و ليس هذا هو الحل الوحيد ولكن يمكنك تعديل الدائرة كما تشاء المقاومة R1 يمكن استخدام أى قيمة من 1ك: وحتى 100 ك. تتميز هذه الطريقة بإمكانية فتح الموسفيت لوقت طويل لذا تصلح للتحكم المستمر و تعديل عرض النبضة و عيوبها كلفة التغذية الإضافية حيث تحتاج لوحدة تغذية لكل طاقم ترانزيستورات فلو تحتاج عكس الحركة ستحتاج لوحدتين معزولتين ولو 3 فاز ستحتاج 3 وحدات. أيضا الأوبتو محدود التردد فلا يناسب ترددات أعلى من 10ك هرتز لذا قد لا يناسب أفران الحث عند 3ميجا مثلا. بدلا من الأوبتو قد تفكر فى حل دوائر رفع الفولت من جهد قليل قد يكون مقلقا لكونه يجب أن يرتفع للفولت العالى و بسرعة و السعات الشاردة تعوق سرعة الإستجابة الحل الثانى هو محول النبضات Pulse transformer هذا المحول عادة ما يكون 1:1 و فائدته العزل وهو حل بسيط و سهل لكن مشاكل المحولات قائمة من حيث نطاق ترددى محدود لذا يسبب مشاكل مع تعديل عرض النبضات و زيادة الحجم بإنخفاض التردد كما أنه لا يناسب المستمر أى لا تستطيع فتح الموتورات أو تغذية الحمل فى اتجاه ما بإستدامة.  أيضا عند الترددات العالية تسبب السعات الشاردة و الحث الطفبلى لأسلاك التوصيل مشاكل فى دقة الإستجابة المرة القادمة إن شاء الله نستكمل باقى الحلول. |
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
|||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|||||
|
ضخ الشحنه فى القنطرة : يمكن استخدام طريقة Charge Pump أو ضخ الشحنات كما بالدائرة  هنا نجد مهتز أو مذبذب يغذى مكثفين من خلال عاكس وجه وهو يعمل بنفس نظرية مضاعف الفولتية المستخدم لتوليد جهد عالى جدا باستخدام المكثفات و الدايودات و تتميز بإمكانية الفتح المستديم للموسفيت و لكن الإستجابة للتقطيع تخضع لمشكلة المواءمة بين زيادة سعة المكثف و التى تسبب البطئ فى الإستجابة و بين صغرها و التى تسبب محدودية عرض النبضة لسرعة تفريغه، وهذا يسبب مشكلة فى تغيير عرض النبضة أحيانا. كما أن الحاجة لجهد عالى مثل 200 فولت أو أعلى سيحتاج لأكثر من مرحلتين. طريقة Bootstrap أو التمهيد أو المصادر الذاتية :  هذه الطريقة رغم كونها بسيطة و غير مكلفة لكن لها قيود مثل المحول النبضى و فترة الدوام (تعديل عرض النبضة) فكلها ترتبط بمعدل تحديث المكثف المستخدم لذا يصعب تنفيذها و لهذا أيضا تعتمد كثيرا على المتكاملات المتخصصة مثل IR2112 و سيلى شرحها لاحقاطريقة الموجة الحاملة Carrier :  هذه الطريقة تستخدم مولد تردد أعلى بكثير من تردد النبضات و يتحكم فيه ليعطى عرض النبضة المطلوب و ينقل خرجه بمحول و دائرة تقويم كما بالرسم لإعادة تشكيل نبضة التحكم فى البوابة وهو يصلح لأى فترة تحكم إلا أنه محدود نوعا ما فى سرعة القطع و الوصل لكن يمكن تحسينه بإضافة مكونات أخرى للدائرة. المتكاملة الشهيرة IR2112 المرة القادمة إن شاء الله. |
|
|||||
|
متكاملات قيادة الموسفيت و الترانزيستورات IGBT: أنتجت شركة International Rectifier و اختصارا IR مجموعة من المتكاملات لهذا الغرض منها مثلا IR2117/8 ذات المخرج الواحد للتحكم فى موسفيت مع الحمل و المجوعة IR2110 وحتى IR2113 ذات المخرجين لجانب كامل من القنطرة. المتكاملة IR2117 لا تختلف عن IR2118 إلا فى نقطة هامة وهى أن الأولى IR2117 الخرج مع الدخل أى أن 1 على الدخول يفتح الموسفيت أو IGBT بينما الثانية IR2118 على العكس، صفر على الدخول يفتح الموسفيت أو IGBT و لذلك تم توصيل دخل الأولى بالأرضى و الثانية بالموجب.  هذا هو المخطط الصندوقى لهما من الداخل حيث نجد أعلى أقصى اليسار دخل التغذيةVcc وهى مصممة للعمل من 9 فولت إلى 24 فولت و المرجح 15 فولت و تحته دخل التحكم وهو 9 فولت أو أعلى ثم الأرض. الجانب الأيمن به Vs وهو التغذية الموجبة للحمل و تتحمل حتى 600 فولت ثم طرف HO وهو يوصل بالبوابة و الطرف Vs وهو يوصل بالمصدر (الباعث). أول الدخل من اليسار يتصل بمكبر/عازل نوع "شميت" حتى يتخلص من أى تذبذبات فى الدخل و يوفر انتقالا سريعا و حادا لبوابة التحكم حيث تتصل بدائرة كشف انخفاض الفولت Under Voltage Detect حيث إنخفاض جهد التغذية Vcc عن 9 فولت يوقف المتكاملة حتى لا تسبب تحكم غير كامل أو خاطىء للخرج. يلى ذلك وحدة مولد ذبذبات Pulse Generator لتوليد نبضات لتجهيز الخرج اللازم للخرج. أيضا يلى ذلك مرحلة مرشح للنبضات و دائرة أخرى لكشف انخفاض الفولت Under Voltage Detect حيث إنخفاض جهد تغذية الحمل هذه المرة Vs عن قيمة Vcc+0٫3 فولت يوقف المتكاملة حتى لا تسبب تدمير مكونات المتكاملة. رائع أن نجد المتكاملة تتحكم حتى 600 فولت أى يمكنك استخدامها بسهولة مع موتورات 48 فولت أو 200 فولت أو 400 مثل انفيرتر موجة جيبية حيث يرفع جهد البطارية إلى 350 فولت ثم يشكل من هذا الموجة الجيبية، لكن هل يناسب ذلك 220 فولت مع تقويم موجة كاملة؟ حسنا نظريا نعم و عمليا هذه المتكاملات مستخدمة فى هذه التطبيقات لكن بحذر حيث لا توفر العزل الكافى الآمن لذلك كثيرا ما توجد فى وحدات تغيير سرعة موتورات التيار المتردد حيث يكون الغلاف بكامله و أزرار التحكم من البلاستيك ولا إمكانية للمس المكونات الداخلية بواسطة البشر. الدائرة الكاملة لهذه المتكاملة فى الصورة  وواضح أنها ذاتها للمتكاملتين فقط دخول الأولى عكس الثانية وواضح على دخول الثانية خط فوق كلمة IN للدلاله على أنه صفر و ليس واحد. الدايود 1 أمبير لكن يجب أن يكون سريع و المكثف بين 8 و 6 يتحمل جهد التشغيل للحمل و قيمته تعتمد أساسا على تردد النبضات الداخلة. قانون حسابه فى الداتاشيت و كثير من الدوائر تستخدم 0.1 ميكروفاراد.  المتكاملة 2110 الشهيرة المرة القادمة بإذن الله |
|
|||||
|
المجموعة IR2110 وحتى IR2113 : أنتجت شركة International Rectifier و اختصارا IR مجموعة من المتكاملات لهذا الغرض منها المجوعة IR2110 وحتى IR2113 ذات المخرجين لجانب كامل من القنطرة أو أحد الأفرع الثلاثه لإنفيرتر 3 فاز. تركيبها كما بالرسم مشابه للسابقة إلا أن بها عدة اختلافات وقد أضفت اللون الأحمر و البرتقالى للجزء الخاص بالجهد العالى و الأخضر و الفستقى للجهد المنخفض.  أعلى يسار الصورة نجد تغذية الجزء الخاص بالدخول VDD وهو هنا يعمل من 3.3 فولت و حتى 20 فولت مستمر ثم Hin وهو دخول نبضات جانب الجهد العالى ثمSD وهو اختصار Shut Down أى الغلق للتحكم فى تشغيل أو إيقاف الخرج (تغذية الحمل) ثم Lin وهو دخول نبضات الجانب ذو الجهد المنخفض و أخيرا أرضى التغذية Vss. تدخل الإشارات من اليسار عبر مكبر/عازل شميت كما سبق ثم مذبذب متعدد لحجب الدخول من العبور فى حال تفعيل الإغلاق ثم مرحلة لرفع الفولت لقيمة الخرج المناسبة و مولد نبضات تماما كالسابقة ووحدة كشف انخفاض الفولت Under Voltage Detect لضمان الخرج و منه إلى طاقم موسفيت لتكوين نبضة الخرج التى تتحكم فى الموسفيت/IGBT .  ألجانب العلوى الأيمن به VB وهو الأعلى قد يصل إلى 600 فولت حسب رقم المتكاملة ثم HO اختصار High Out وهو خرج لبوابة الموسفيت العالى الجهد ثم Vs وهو متصل بمصدر/باعث الترانزيستور للجانب العالى و أيضا خرج للحمل ثم Vcc وهو تغذية خرج جانب الجهد المنخفض ثم LO وهو خرج لبوابة الموسفيت المنخفض الجهد و أخيرا طرف COM وهو طرف سالب الخرج . جدير بالذكر هنا أن نرجع للداتاشيت لمعرفة قيم هذه الجهود فمثلا بالنسبة للمتكاملة المذكورة نجد: Vcc وهو تغذية الجانب المنخفض من -0.3 فولت وحتى 25 فولت، من الطبيعى أن يجب أن يكون موجبا لكن لو لأى خطأ ما انقلب الجهد سالبا فلن تتحمل أكثر من 0.3 فولت ثم يبدأ التلف. Vss هو رجوع (سالب ) تغذية الدخول VDD هو موجب تغذية الدخول وهو حتى 25 فولت أعلى من Vss أى أن المتكاملة تعمل على TTL ذات 5 فولت أو CMOS حتى 15 فولت أو بالتحكم بدوائر الكترونية صناعية 24 فولت مثلا. وهذا يوحى إمكانية جمع المصادر معا كما سيلى لاحقا.  تراعى نفس النقاط كالسابقة الدايود سريع القطع و المكثفات تتحمل الجهود التى تتعرض لها . أيضا نفس التحذيرات السابقة فرائع أن نجد المتكاملة تتحكم حتى 600 فولت أى يمكنك استخدامها بسهولة مع موتورات 48 فولت أو 200 فولت أو 400 مثل انفيرتر موجة جيبية حيث يرفع جهد البطارية إلى 350 فولت ثم يشكل من هذا الموجة الجيبية، لكن هل يناسب ذلك 220 فولت مع تقويم موجة كاملة؟ أو ثلاثة منها لتكون 3 قاز؟ حسنا نظربا نعم و موقع الشركة به شرح و دوائر لهذا التطبيق و عمليا هذه المتكاملات مستخدمة فى هذه التطبيقات لكن بحذر حيث لا توفر العزل الكافى الآمن لذلك كثيرا ما توجد فى وحدات تغيير سرعة موتورات التيار المتردد حيث يكون الغلاف بكامله و أزرار التحكم من البلاستيك ولا إمكانية للمس المكونات الداخلية بواسطة البشر. الفرق بين جهد Com فى الخرج و جهد Vss فى الدخول لا يزيد عن 5 فولت٫ تطبيقات على المتكاملات السابقة موضوعنا القادم إن شاء الله. التعديل الأخير تم بواسطة : ماجد عباس محمد بتاريخ 06-10-2017 الساعة 07:10 PM |
|
|||||
|
نقاط يجب أن نراعيها فى عائلة المتكاملات 211x: أهم شيء للتعامل مع هذه النوعيه هى حساب مكثف التهيئة Bootstrap Capacitor و قد جمعت الشركة المنتجة كافة المعلومات الهامة و السابق ذكرها فى ملف ملاحظات تطبيقية Application Note رقم AN-978 وهذا رابطها https://www.infineon.com/dgdl/an-978...53559f7cf21200 طبعا إضافة للداتاشيت الخاص بكل متكاملة. المكثف مسؤول (مع باقى دائرته ) عن توفير التغذية للجزء العالى من المتكاملة لكن لحسن الحظ فالجهد عليه لا يزيد عن قيمة تغذية جهد البوابة Vcc , و للسهولة ، هذه هى الدائرة مرة أخرى مع بعض الإيضاحات، فالمكثف الخاص بدائرة التهيئة بالللون الأحمر – الدايود باللون الأخضر.  قيمة هذا المكثف تعتمد على خمسة عناصر وهى: 1- الفولت المطلوب لبوابة القطعة 5 فولت أو 10 أو 15 حسب ما تريد (سواء كانت موسفيت أو IGBT ). 2- قيمة التيار الساكن (الثابت) لتغذية دائرة الجانب العالى . ورمزه IQBS 3- التيارات فى منطقة رفع الجهد من المتكاملة. 4- تيار التسريب بين البوابة و الباعث للقطعة. 5- تيار تسريب المكثف ذاته ( فقط لو كان مكثف كيماوى ، ولا يحتسب لو من أنواع أفضل) لهذا فالقيمة الصغرى لهذا المكثف تحسب من المعادلة  حيث: Qg = شحنه بوابة القطعة فى الجانب العالى التردد المستخدم = f تيار التسريب للمكثف- لو كيمائى = Icbs(leak) التيار الأقصى للجهد العالى = Iqbs(max) مصدر التغذية لدوائر التحكم – المنطق – فى الدخول = Vcc الهبوط فى الجهد عند التوصيل الأمامى لدايود التهيئة =Vf الهبوط فى الفولت على موسفيت الجانب المنخفض او الحمل =Vls أدنى فرق جهد بين تغذية الجهد العالى و الحمل =Vmin اللشحنة المطلوبة لمرحلة رفع الجهد لكل دورة = Qls وهى تقريبا 5 نانو كولوم للوحدات 500ف / 600 فولت و 20 نانو كولوم للوحدات 1200 فولت الدايود باللون الأخضر يجب أن يتحمل الجهد الواقع عليه و غالبا الجهد العالى و تياره يساوى حاصل ضرب شحنة البوابة فى التردد المستخدم وهو لوحدات مثل IRF450 على تردد 100 ك هرتز يكون التيار حوالى 12 مللى أمبير. الملف فى الرابط السابق أيضا يتحدث عن الفقد فى الطاقة نتيجة التقطيع وهى تقرب من نصف وات ولكن تزداد بزيادة عدد الوحدات فكل وحدة لها سعة دخول بين البوابة و المصدر Gate/Source و سعة ميللر بين الخرج و الدخل يجب التغلب عليهم.. لتجنب اهتزاز الدائرة و تعرضها لنبضات سالبة أعادت الشركة رسم الدائرة مع وضع الحث الناتج من الاسلاك و التوصيلات و الحمل ذاته أيضا وهى المشار إليها بالأسهم الزرقاء. - تذكر أنها ليست ملفات تمت إضافتها فيمكن بالتالى حذفها.  و لمعالجة هذا الأثر يفضل رفع قيمة مكثف التهيئة CB باللون الأحمر أكثر من 0.47 ميكرو و ذلك سيفرض استخدام مكثفات كيماوية لذا يجب أن يكون أحدها على الأقل له معامل جودة عالية و المسمى بذو مقاومة توالى صغيرة Low ESR و نضع مكثف آخر C1 (باللون الأخضر) على التغذية المنخفضة على الأقل 10 أمثال مكثف التهيئة السابق و أيضا أحدها على الأقل له معامل جودة عالية و المسمى بذو مقاومة توالى صغيرة Low ESR و يجب مراعاة توصيل هذه المكثفات أقرب ما يكون لأطراف المتكاملة (تذكر ما سبق شرحة فى القنطرة). جدير بالذكر أن زيادة عدد الوحدات (موسفيت أو IGBT على التوازى لزيادة الحمل) يتطلب زيادة قدرة الخرج لدرجة أنك قد تضطر لإستخدام مرحلة موسفيت لقيادة وحدات الخرج. أعلم أنك ستحتج لأن دخل الوحدة موسفيت أو IGBT هو مقاومة عالية جدا لكن ليس المهم إمداد البوابة بالتيار لكن المهم هو شحن السعات بين البوابة و المصدر/باعث بالسرعة الكافية للفتح السريع و الغلق السريع و إلا فلن تستجيب الوحدات بالسرعة المطلوبة. إرجع للوثيقة السابق الإشارة إليها.  لو تريد تشغيل أكثر من وحدة معا لمزيد من التيار مثلا ثلاث أو أربع موسفيت / IGBT على التوازى فإن سعات البوابة/باعث (باللون الأخضر) للوحدات ستتراكم و تسبب بطء فى الإستجابة كما أن سعة ميللر miller capacitor و التى تربط بين خرج أى مكون و دخله (هنا بين المصب و البوابة باللون الأحمر لكونها الأخطر) ستنقل نبضة من الخرج للبوابة عند غلق الوحدة مسببة إعادة فتحها عنوة أو ببساطة يدخل فى الإهتزاز. الحل هنا أن نزيد من قدرة خرج المتكاملة للتغلب على محدودية قدرة الخرج و عدم صغر معاوقة الخرج لها بالقدر الكافى. هنا نضيف عازل Buffer من زوجين موسفيت أو أكثر كما فى المرة القادمة بإذن الله |
