التقنيات الحديثة في دوائر القدرة المفتاحية smps

[ابراهيم جاد]

 

 

التقنيات الحديثة في دوائر القدرة المفتاحية SMPS​

​

​

The technique of zero voltage switching in modern power conversion SWITCH MODE POWER SUPPLY

Zero Voltage Switching ZVS

هو تحويل الموجة المربعة التقليدية إلى قدرة ثابتة الجهد بالاعتماد على زمن فتح النبضة (on-time) و بالاستفادة من صدى (ارتداد) التحويل المفتاحي resonant switching transition .

المميزات العامة (Z.V.S) ​

​

​

• لا يوجد فقد خلال عملية التحويل
• التخلص شبه التام من التأثيرات المغناطيسية EMI والتأثيرات الراديوية RFI المشعة من الدائرة
• لا توجد قمم عالية للتيار
• تعطي فعالية عالية عند جهود التغذية المختلفة
• يتغير ترددها حسب الحمل
• تعطي فعلية عالية عند أي تردد تعمل عليه
• تحكم واسع المدى في قدرة الخرج
• جهد الخرج ثابت مهما كانت ظروف عملها
• تحتوي حماية من زيادة جهد الدخل
• تحتوي حماية من زيادة تيار الخرج
• تحتوي حماية من زيادة درجات الحرارة
• تحتوي حماية من زيادة قدرة الخرج
• قدرات فائقة في تحمل وجود قصر في الخرج

​

هنالك نوعان من هذه الدوائر ​

1. على خط القدرة ON-LINE أي الدوائر المباشرة مع الدخل
   وهي التي استخدمت في أجهزة عديدة منها السوني والسامسونغ والتي يلاحظ وجوب تركيب مكثفات عزل لمدخل الهوائي. ويندرج في إطارها DC/DC CONVERTER ​
2. خارج الخط OFF-LINE أي الدوائر المعزولة عن الدخل
   والتي يؤمن محولها عزل تام بين الدخل والخرج وهي الأكثر شيوعاً
   

   

   
   نظرية العمل:
   
   وهي تشبه إلى حد ما نظرية عمل محول الإضاءة fly back transformer ولكنها تسمى في دوائر القدرة بالصدى أو الرنين resonant وذلك بسبب الاختلافات بينهم في شكل الإشارة حيث هي مربعة وعدد اللفات التي لا تزيد عن 100 لفة سواء للابتدائي أو الثانوي مما يقلل إلى حد كبير جداً قيمة الجهد المرتد المتولد من تفريغ شحنة قلب الفرايت في محولات التقطيع .
   

   

   
   نجد أن التيار المار عبر الملف الابتدائي والناتج عن تشغيل الترانزيستور في وضع ON يولد تياراً بنفس اتجاهه في الملف الثانوي ويكون ذلك بعكس اتجاه ثنائي التقويم D1 وكل الطاقة يتم تخزينها في قلب الفرايت للمحول (مغنطة) ويلاحظ أن كمية هذه المغنطة تعتمد على زمن مرور التيار في الملف الابتدائي وبشكل طردي
   وعندما نفصل الترانزيستور OFF يبدأ قلب الفرايت بتفريغ شحنته المغناطيسية فيسبب مرور تيار في كلا الملفين الابتدائي والثانوي .. أما تيار الابتدائي فلا يستهلك بسبب وجوده في توصيل عكسي ولكن تتم إضافته حبث يعتبر الجهد الموجب على المكثف C1 هو السالب بالنسبة له ويقوم يشحن المكثف C2 وهذه الشحنة تساوي جهد الارتداد مضافاً إليه الجهد الموجود على المكثف C1. فلو كان جهد الخرج 120V فيكون الجهد على هذا المكثف هو 120X125%+300 أي يساوي نحو 460V . على اعتبار الجهاز يعمل على جهد 220VAC .
   

   

   
   أما التيار المتولد في الملف الثانوي فيتم إمراره عبر الثنائي D1 ومن ثم تخزينه بالمكثف C3 والذي تتناسب قيمته مع التردد المستخدم بشكل عكسي وتتناسب مع كمية الطاقة المستفادة بشكل طردي حسب التصاميم.
   
   نظرة حول اللفات
   
   n في المحولات المستخدمة في أجهزة التلفزيون نجد أن نسبة عدد لفات الدخل أعلى بمعدل حوالي 25% عن لفات الخرج HT فلو كانت لفات الابتدائي 24 لفة يكون عدد لفات الثانوي 18 لفة ولكن هذا لا يقتضي أن يزيد جهد الدخل بمقدار 25% عن جهد الخرج لأن هذا المحول ارتدادي وليس خطي كالمحولات العادية المستخدمة في الترددات 50/60Hz للخفض أو الرفع. حيث يعتمد جهد الخرج على مقدار الجهد الذي تم شحن قلب الفرايت به وإنه في كل الحالات يضيف جهد الخرج إلى الدخل، كما وضح سابقاً حيث يمكن تشغيل هذه الدوائر على جهد يصل 24VDC بشرط أن يسمح المصمم بذلك أو أن يستبدل ترانزيستور التقطيع بآخر تياره عالي .
   n في الغالب يستخدم سلك معزول ومن ثم مجدول في لفات الابتدائي والثانوي لزيادة تحمل التيار
   n أيضاً يلف سلك الابتدائي ملاصق تماماً لقلب الفرايت للتخلص من المفاقيد
   n يكون إتجاه لف ملفات الابتدائي معاكس لباقي اللفات وبهذه الطريقة لا يمكن الحصول على جهد سالب في الخرج إلا بقلب اللفات إذا لزم الأمر.
   
   
   وهنا تفصيل لأحد محولات التقطيع الارتدادية وقد وضح عليه عدد اللفات والجهد
   

   

   
   ومن أجل فهم نظرية عمل المذبذب داخل المنظمات المفتاحية ( SWITCHING REGULATORS ) أقدم هذا العرض عن المذبذب متعدد الإهتزاز والذي يستخدم في تطبيقات عديدة في الحياة العملية كدائرة وامض ضوئي FLASH ولا يشترط أن تكون هذه الدائرة في المنظم حيث أنه قد يستخدم المذبذبات الرقمية فمهما يكن المذبذب المستخدم أعتقد أن هذا العرض يوضح النظرية
   
   المذبذب متعدد الاهتزاز Multivibrator Oscillator
   

   

   
   الحالة الأولى: الجهود
   
   عندما Q1 في الوضع ON
   الجهد على مجمع Q1 يساوي صفر =0V
   الجهد على قاعدة Q2 هو الجهد عبر المكثف C1 وهذا الجهد في الوقت الحاضر منخفض ولكنه يبدأ بالارتفاع مع شحن C1
   وتكون Q2 في و ضع OFF حتى يصل جهد قاعدتها لأكثر من0.6V
   

   

   
   الحالة الثانية: شحن C1 وتفريغ C2
   
   المكثف C1 يشحن من خلال المقاومة R2
   C2 يفرغ عبر R3 و R4
   الخرج يكون عاليا (على مجمع Q2) و أقل قليلاً من جهد التغذية بسبب تيار تفريغ C2 عبر المقاومة R4
   يستمر الو ضع هكذا حتى يصل جهد Q2 أعلى من 0.6V فتصبح في وضع ON
   

   

   
   الحالة الثالثة: تغير الجهود على الترانزستورات بشكل تبادلي
   
   عندما Q2 في الو ضع ON
   الجهد على مجمع Q2 والذي هو جهد الخرج ينتقل من الموجب إلى الصفر
   تغير هذه الخطوة على المكثف C2 يسبب في وصول نبضة سالبة (مقارنة بالتي كانت موجودة) لقاعدة Q1 (بسبب التفريغ المفاجئ ل C2) فيصبح Q1 في وضع OFF
   عندما Q1 تصبح OFF فالجهد على مجمعها يصبح مقارباً لجهد التغذية
   

   

   
   الحالة الرابعة: تفريغ C1 وشحنC2
   
   في هذا الوضع فإن C1 يفرغ عبر R1 و R2
   المكثف C2 يبدأ بالشحن عبر المقاومة R3 من الجهد الناقص إلى الصفر حتى يصل 0.6V
   الجهد على قاعدة Q1 هو الجهد على C2
   تحافظ الدارة على هذا الوضع حتى يصل الجهد على قاعدة Q1 لأعلى من 0.6V عندها تصبح Q1 في الوضع ON لتقفز الدائرة عائدةً للحالة الأولى
   
   جعل Q1 من نوعية مختلفة عن Q2 يضمن تحديد أي الترانزستورين يبدأ العمل
   
   يعتمد زمن نبضة ON على قيمة R2/C1
   يعتمد زمن النبضة OFF على قيمة R3/C2
   والآن دعونا نتحكم في هذا المذبذب بما يخدم مصلحة توضيح عمل المذبذب داخل المنظمات المفتاحية
   

   

   
   أذكر هنا أن للمقارن (comparator) مدخلين ومخرج واحد بالإضافة لطرفي التغذية... أحد المدخلين يأخذ إشارة موجب والأخر إشارة سالب وطالما الجهد على الموجب أعلى من الجهد على السالب يكون خرجه عالياً..... أما لو حدث العكس وأصبح الجهد على طرف السالب أعلى من الموجود على الطرف الموجب يصبح خرج المقارن صفراً ويمكن للمصمم تثبيت أي المدخلين على جهد مرجعي (reference ) ليقارن به التغير على الطرف الآخر ويسمى جهد العتبة (threshold)
   ومن خلال الشكل السابق مع الشكل الموجي داخله يتضح أن هنالك تحكم مستمر في عمل المذبذب أو كما يقول المصممون التحكم دورة بدورة(Cycle-by-cycle)
   
   المذبذب متعدد الاهتزاز Multivibrator Oscillator
   

   

   
   الحالة الأولى: الجهود
   
   عندما Q1 في الوضع ON
   الجهد على مجمع Q1 يساوي صفر =0V
   الجهد على قاعدة Q2 هو الجهد عبر المكثف C1 وهذا الجهد في الوقت الحاضر منخفض ولكنه يبدأ بالارتفاع مع شحن C1
   وتكون Q2 في و ضع OFF حتى يصل جهد قاعدتها لأكثر من0.6V
   

   

   
   الحالة الثانية: شحن C1 وتفريغ C2
   
   المكثف C1 يشحن من خلال المقاومة R2
   C2 يفرغ عبر R3 و R4
   الخرج يكون عاليا (على مجمع Q2) و أقل قليلاً من جهد التغذية بسبب تيار تفريغ C2 عبر المقاومة R4
   يستمر الو ضع هكذا حتى يصل جهد Q2 أعلى من 0.6V فتصبح في وضع ON
   

   

   
   الحالة الثالثة: تغير الجهود على الترانزستورات بشكل تبادلي
   
   عندما Q2 في الو ضع ON
   الجهد على مجمع Q2 والذي هو جهد الخرج ينتقل من الموجب إلى الصفر
   تغير هذه الخطوة على المكثف C2 يسبب في وصول نبضة سالبة (مقارنة بالتي كانت موجودة) لقاعدة Q1 (بسبب التفريغ المفاجئ ل C2) فيصبح Q1 في وضع OFF
   عندما Q1 تصبح OFF فالجهد على مجمعها يصبح مقارباً لجهد التغذية
   

   

   
   الحالة الرابعة: تفريغ C1 وشحنC2
   
   في هذا الوضع فإن C1 يفرغ عبر R1 و R2
   المكثف C2 يبدأ بالشحن عبر المقاومة R3 من الجهد الناقص إلى الصفر حتى يصل 0.6V
   الجهد على قاعدة Q1 هو الجهد على C2
   تحافظ الدارة على هذا الوضع حتى يصل الجهد على قاعدة Q1 لأعلى من 0.6V عندها تصبح Q1 في الوضع ON لتقفز الدائرة عائدةً للحالة الأولى
   
   جعل Q1 من نوعية مختلفة عن Q2 يضمن تحديد أي الترانزستورين يبدأ العمل
   يعتمد زمن نبضة ON على قيمة R2/C1
   يعتمد زمن النبضة OFF على قيمة R3/C2
   دوائر Zero Voltage Switching ومن أجل الحفاظ على جهد خرج ثابت تعتمد الأساليب التالية:
   
   1- إيقاف المذبذب تماماً عن العمل
   2- التحكم في زمن فتح نبضة المذبذب
   3- التحكم في زمن إطفاء نبضة المذبذب
   4- التحكم في تردد المذبذب نفسه ويكون نتيجة للتحكم في زمن الفتح والإغلاق Quasi-Resonant
   
   وبما أنه لا يمكن حصر جميع الدوائر فقد فضلت الحديث عن STR-F6654 نظراً لانتشارها الواسع وتقدم التكنولوجيا بها وهي جزء من سلسلة منظمات الجهد المفتاحية المعزولة متغيرة التردد والتي تعتمد مبدأ الارتداد OFF-LINE QUASI-RESONANT FLYBACK SWITCHING REGULATORS والسلسلة هي STR-F66xx . بالإضافة أنه تم شرح العديد من وظائفها في موضوع كل شيء عن الروابط الضوئية Photocouplers
   
   مواصفات خاصة
   STR-F6654 SWITCHING REGULATOR
   
   تسمى المنظم المفتاحي
   فقد صممت هذه المتكاملة بشكل دقيق لتلبية المتطلبات المتزايدة للدقة والفاعلية في دوائر التغذية المفتاحية النهائية (خرج) مع المحولات fly back converters وهي تستخدم الموسفت MOSFET في الخرج.
   ولها قدرة تحكم في الخرج أكثر من 150W عند جهود التشغيل من 85VAC وحتى 265VAC والذي يسمي بالجهد الشامل UNIVERSAL .
   أقصى جهد مسموح على الدخل 399Vrsm . يشعر به على الطرف 4
   يحدد تيار الخرج بحسب دورات التردد ... وجهد الخرج متقن القيمة وله حماية .. وهي أيضاً محمية من زيادة تيار الخرج .... وفي حلة قصر الخرج فإنها تقف عن العمل (تقفل) LATCH وتقفل كذلك عند وجود مشكلة في جهد تغذيتها
   تيار البدء متدني واستهلاكها للطاقة ضعيف جداً في وضع الانتظار Standby و يصل إلى أدنى من 30W
   تعمل على درجات حرارة من 25 تحت الصفر وحتى 125
   آخر رقمين في اسم المتكاملة مرتبط بالجهد الأقصى على خرجها وهي تتحمل حتى 650V على DRAN
   

   

   
   الشكل الكلي المختصر للمنظم المفتاحي STR-F6654
   
   ندخل الآن في تفاصيل دوائر القدرة من الداخل
   
   STARTUP دائرة البدء
   

   

   
   بالنظر للرسم المرفق للتركيب الداخلي لسلسلة STR-F66xx نجد أن الطرف (4) وهو مدخل جهد تشغيل الحافز والتحكم والمسئول عن قيام الدائرة STARTUP وإغلاقها SHUTDOWN .
   مقاومة البدء startup resistor
   نلاحظ في هذا النوع من المنظمات المفتاحية الصغر النسبي لمقومة البدء ويعود سبب ذلك إلى أنها تحمل على عاتقها عبئ التشغيل الأولي لدائرة المنظم ZVS والذي من مميزاته الأولى التحكم بجميع نبضات التردد Cycle-by-Cycle . وسيعمل المنظم بداية حسب الجهد والتيار الماران عبرها
   
   يتم شحن المكثف C2 بواسطة مقاومة البدء startup resistor Rs من جهد التغذية الرئيس وهنا يبدأ هذا الجهد بالوصول لدائرة الحافز وتبدأ الموسفت بالعمل ومع مرور الزمن يزداد التيار المار بها مما يولد جهداً على الطرف (1) في المنظم وعندما يصل الجهد على المكثف C2 للقيمة 16V يكون الجهد على الطرف (1) قد وصل للقيمة 0.73V وفي هذه اللحظة يبدأ المذبذب عمله و تقوم دائرة التحكم control circuit بالسماح للمنظم بالعمل regulator operation وبمجرد عمله تسحب دائرة المنظم تياراً شدته 30mA . وهذا التيار يمكنه تفريغ المكثفC2 لو استمر وعلى الرغم من ذلك فإنه يطلب من مقاومة البدء تأمين تياراً لا تقل شدته عن 0.5mA لكي يحافظ على الوضع set للقفل Latch والذي يلزمه تياراً شدته 0.4mA . ولكن هذا الهبوط يكون لحظياً حيث أنه وبمجرد عمل المنظم وثبوت جهد خرجه يقوم الثنائي D2 بإعادة شحن المكثف C2عن طريق الملف D من الجهد الذي ولده المنظم ليصل الجهد على طرفه (طرف 4) 18V بشكل اسمي
   

   

   
   لاحظ من خلال هذا المنحنى لقيمة الجهد على طرف (4) كيف أن الجهد يبدأ من الصفر مرتفعاً بالتدريج خلال شحن المكثف عبر المقاومة Rs حتى يصل الجهد للقيمة 16V وهذه القيمة قادرة على تشغيل دائرة حافز المنظم ولكنها تستهلك ما قيمته 30mA وشحنة المكثف وحدها لا تقدر على تحمل هذا التيار بدون وصول جهد تعزيز
   
   علاقة مقاومة البدء Rs بالمكثف C2
   يعتمد زمن تأخير التشغيل –التشغيل السلس- Soft Start على قيمة المقاومة Rs مقرونة بقيمة المكثف C2 .فعندما قيمة المقاومة Rs تساوي 68KΩ فهذا يهيأ المنظم للعمل بالجهد الشامل UNIVERSAL والذي هو ما بين 85VAC وحتى 265VAC مع مراعاة أن ذلك يخفض قدرة المنظم للنصف تقريباً أما لو أردنا تشغيله على الجهد 220VAC فتكون قيمة المقاومة Rs بقيمة 100KΩ .
   تختار قيمة المكثف بين أدنى قيمة حين تكفي شحنته لبدء تشغيل المنظم (لا يصل الجهد على الطرف 4 لأدنى من 11V) وبين القيمة القصوى المسموح بها لتأخير التشغيل Soft Start وهذه القيم بين (من 47 إلى 100F)
   أقصى جهد يمكن أن يوجد على الطرف 4 بدون أن يسقط المنظم هو 20.5V وأدنى جهد هو11V وهذه القيم هامة جداً بسبب أنها تستشعر قيمة جهد الدخل وتشغل دوائر الحماية وكذلك تحدد جهد DC على خرج الحافز والذي بدوره يحدد مقدار هبوط الجهد على مصب DRAIN موسفت الخرج حيث جهد الارتداد في الثانوي يعتمد على قيمة الجهد الذي هبط في الابتدائي خاصة مع بداية التشغيل.
   يمكن أن تظهر مشكلة وهي أن تغير الحمل في دائرة الخرج سوف يؤرجح الجهد الواصل عبر الثنائي D2 للطرف 4 مما قد يسبب بعض التشويش في عمل المنظم لذا توضع مقاومة صغيرة على التوالي لتجعل هذا التأرجح في الحدود المعقولة.
   
   ظروف تشغيل المنظم
   التشغيل السلس, والمذبذب المرن وتنظيم الجهد
   Soft Start, Quasi Resonant and Voltage Regulation
   
   يستخدم المذبذب الداخلي في المنظم مكثفاً بقيمة (4.7nF) Css لإنتاج تردد المذبذب المغذي للحافز من أجل تشغيل ترانزيستور الخرج الموسفت
   وللمنظم أسلوبين في العمل:
   1- التشغيل السلس Soft Start في زمن 50S
   2- التشغيل العادي normal operation من الجهد المستحث مغناطيسياً والذي يسببه رنين المنظم (جهد الارتداد)
   وفي كلا الحالتين فإن جهد خرج المنظم يتمم (يوضع في القيمة المناسبة) بواسطة التركيبة المؤلفة على مكبر الخطأ والمكونة من الرابط المستشعر بجهد الخرج ومن التيار الغير منتظم والواصل من مصب الموسفت drain (يمر لحظة فتح الموسفت) حيث يقارن الاثنين comparator مع جهد مرجعي داخل المنظم قيمته 0.73V .
   بشكل عام ... بإمكان التغذية الخلفية القادمة من الرابط الضوئي والمغذية للمقارن وتظهر على خرجه أن تنهي عمل المذبذب وتوقف الموسفت عن العمل ولاحظ أن إيقاف المذبذب عن العمل عن طريق المقارن يكون لحظياً ويختلف عن إيقافه عن طريق القفل Latch والذي يستمر حتى هبوط الجهد على الطرف (4) مابين 11 إلى 8 فولت أما إيقاف المذبذب بالمقارن فيزول بمجرد زوال المؤثر
   يعود المذبذب ثانية للعمل في إحدى حالتين إما عند تفريغ شحنة المكثف Css أو إذا تم استشعار الإشارة الناتجة عن الجهد المرتد على الطرف 1
   
   ​

 

 

[ابراهيم جاد]

   

1- التشغيل السلس Soft Start في زمن 50S
Fixed 50 S Off-Time: Soft-Start Mode

بداية العمل
يضبط زمن إطفاء المذبذب على 50S (خمسين ميكرو ثانية) في بداية التشغيل
في حالة عدم وجود الجهد المرتد (صدى / طنين) على الطرف (1) والذي يكون بسبب
 إما بداية التشغيل
 أو وجود قصر بدائرة الخرج
 أو للتحكم في تشغيل المنظم بواسطة جهود تشغيلية منخفضة القدرة لوضع الانتظارStandby

فإنه يتم استشعار ذلك من خلال مقاومة المصرف R5 ومرشح الضجيج R4/C5 المتواجدة على طرف 1 في المنظم
فعندما لا يتجاوز طرف( 1 ) قمة الجهد المرجعي 0.73V فإن مقارن التغذية الخلفية يوقف عمل المذبذب المحلي
توقف المذبذب عن العمل يترك المجال للمقاومة Rss أن تقوم بتفريغ المكثف Css والذي كان مشحوناً بجهد مقداره 6.5V وتستمر Rss بتفريغ المكثف حتى يصل جهده إلى 3.7V عندها يعمل المذبذب، ويشغل الموسفت. وتستغرق هذه العملية زمن 50S .
عندما يغير المقارن حالته يبدأ بالسماح للدورات الترددية بالتواصل و ذلك فقط في حالة غياب الجهد الخلفي حيث يسمح للمقاومة R5 التحكم في التيار الأقصى للموسفت.

التشغيل مع وجود جهد التغذية الخلفية
Soft Start with Voltage Feedback
جهد الخرج مضبوط تماماً حسب التغذية الخلفية القادمة من الرابط الضوئي والتي يحددها قيمة مكبر الخطأ المستخدم في خرج دائرة المنظم وهذا الجهد يظهر عبر المقاومة R4 مجموعاً له الجهد الذي سببه مرور التيار عبر المصرف إلى المنبع في الموسفت من R5.
الإشارة على الطرف (1) تكون نتيجة التعاكس بين إشارة مكبر الخطأ وقمم الجهد التي سببها مرور التيار عبر الموسفت وإن الانحياز ذو الجهد المستمر DC عبر المقاومة R4 يعبر عن قيمة تيار الحمل وبناءً على ذلك فإن حملاً قليلاً light load لا يشكل عبر هذه المقاومة جهد يذكر فلا يصل الجهد المتكون لقيمة جهد العتبة للمقارن 0.73V
في هذه الحالة فإن الموسفت تقف عن العمل.
ولتلافي هذا السقوط فإن تياراً شدته (1.3mA) يتم تمريره للطرف (1)
(constant-current sink of 1.35 mA is turned on) ليقف عند جهد عتبة المقارن

وضع التشغيل العادي
Normal Operation (Quasi - Resonant) Mode

كنا في السابق قد تحدثنا في موضوع (كل شيء عن الرابط الضوئي) وعندها وجدنا أننا مجبرين على الدخول في دوائر التغذية (القدرة) وبعد عرض الموضوع وجدنا أن الروابط صممت بشكل أساس للعمل في دوائر القدرة والاستخدامات الأخرى لها هي نوع من الاستفادة من عنصر إلكتروني موجود.

وبحسب العرض السابق لوظائف المنظم المفتاحي وجد أن كل وظائف التحكم به تعتمد على الجهد المتكون على مداخل التغذية الخلفية له والتي جمعت معاً في المدخل على الطرف (1) في المنظم المعنيين بدراسته حيث هذا المدخل يتحكم ب:
1- تشغيل / إيقاف مذبذب المنظم عن العمل
2- التحكم في عدد نبضات (عدد الدورات) مذبذب المنظم
3- التحكم في زمن الفتح والإغلاق لكل دورة
4- جهد خرج ثابت مهما تكن ظروف الحمل
5- إيقاف المذبذب عن العمل عند وجود استهلاك زائد للقدرة

جميع البنود السابقة يتحكم بها الرابط الضوئي عدا البند الأخير (إيقاف المذبذب عن العمل عند وجود استهلاك زائد للقدرة)

(شكل 1)
من خلال الرسم السابق يتضح أن الرابط الضوئي ذو الأطراف الستة والمكتوب عليه ON قد أضيف للدائرة إضافة ويمكن الاستغناء عنه إذا ما أردنا عدم تقليل القدرة في زمن الانتظار فوظيفته الحفاظ على جهد منخفض على طرف المنظم فيمنعه ذلك (أي المنظم) من العمل الطبيعي وتجد المذبذب الداخلي آيل للسقوط دائماً لاحظ شكل النبضات على هذا الطرف

(شكل 2)
بالرجوع الى وظائف المنظم من خلال الرسوم السابقة
فإن عمل المنظم قد أنجز حسب وقت الإطفاء fixed off-time في المراحل السابقة
ومن أجل الحصول على ظروف تشغيلية لكامل قدرة المنظم فإنه يجب السماح للجهد المرتد بالوصول للطرف (1)
وهنا يظهر تأثير الرابط الضوئي فهو المسئول عن قيمة جهد الخطأ بحسب ما يمرره من جهد لهذا الطرف وعملية التنظيم تكون من خلاله
في هذه الحالة يرتفع الجهد على الطرف 1, فتكون فترة تشغيل المذبذب ON أعلى زمناً من الفترة OFF وكلما زاد جهد الخطأ ارتفع جهد (1) ويصبح المقارن العلوي 1.45V هو المسئول عن تفريغ المكثف Css . ولا يمكن لهذا الجهد أن يصل بالمنظم المفتاحي إلى حد الإقفال التام لأن الإغلاق التام يعني ضياع الجهد في مرحلة الخرج الثانوية وبالتالي يختفي جهد الإقفال فيعود المنظم المفتاحي للعمل وهكذا .... إذاً فهذا الرابط يتحكم في جهد المنظم لحدود معينة (من 70V و حتى 140V )

(شكل3)
ونحن هنا سوف نستفيد من المغناطيسية المفرغة demagnetization من المحول والتي تستشعر من خلال المقارن ذو جهد العتبة comparator threshold 1.45 V.
فعندما يبدأ تأثير الرنين الظاهري Quasi resonance فإننا نستغل طبيعة المغناطيسية من خلال اندفاعها عبر الملف الحثي والسعة الذاتية لدائرة القدرة
ما أن يتوقف عبور التيار في الثنائي الموجود في خرج الدائرة فإن الطاقة المخزنة في الملف الابتدائي تبدأ في الرنين rings والذي يحدد تردد الطنين هو معمل الحث المغناطيسي للمحول مع المكثف الموجود على الملف الابتدائي لملف المحول
إن إضافة هذا المكثف تضبط تردد الرنين وتقلل من النغمات التوافقية وهذا بدوره يحبط التأثيرات المغناطيسية الغير مرغوبة EMI (Electro Magnetic Interference EMI)
في خلال النصف الأول من دورة الرنين يتم فتح وتشغيل الموسفت MOSFET في حدود أدنى جهد على طرفيها وبناءً عليه فإن الموسفت تعمل على جهد منخفض وتيار معدوم the MOSFET is low voltage and zero current switched (LVS/ZCS).
وتكون الفاعلية العظمى للتأثيرات المغناطيسية عندما ينتهي مفعول الجهد الظاهري quasi resonance (المرتد) و يتحقق ذلك عندما الموسفت في وضع الصفر بالنسبة للجهد والتيار وذلك في منتصف الدورة الثاني
هذا الشكل يهتم بشكل الموجات المتكونة على المصب DRAIN

(شكل 4)
دائرة القفل LATCH CIRCUIT

(شكل 5)
​

ووظيفتها إبقاء خرج المذبذب منخفضاً و إيقاف المنظم عن العمل في إحدى الحالتين

1. زيادة حرارة المنظم عن140 درجة ​
2. زيادة جهد الدخل عن 265VAC ويكون بمحصلة 399VDC وعلى الطرف (4) 22.5V​

1. 
   
   طالما أن القفل Latch في وضع العمل hold in فإنه يستهلك تياراً شدته 0.4mA وهذا التيار يمر عبر المقاومة Rs من الطرف (4) Vin ويستمر القفل على حاله حتى هبوط الجهد على طرف (4) إلى ما دون 8.5V أما لو لم يصل الجهد لهذه القيمة (يصلها عند إغلاق الجهاز) فإن الجهد على الطرف (4) يبقى متأرجح القيمة بين 10v إلى 16v ​

(شكل 6)



وعند وصول الجهد عند الطرف(4) إلى ما دون 6.5V يعود القفل للوضع RFSET (وذلك لن يحدث دون اغلاق الجهاز) ويسمح للمنظم بالعمل
​

يوجد بدائرة المنظم دائرة تصفية Filter لزمن مقداره 10S تمنع الاستشعار الخاطئ لتغير الجهد في الدخل

الحماية من ارتفاع التيار في الخرج
​

Over-Current Protection (OCP) Functions

بالعودة للرسم الإجمالي للمنظم فإن المقاومة الموضوعة بين sources والأرضي هي التي تستشعر بمرور التيار خلال الموسفت ومرور التيار بها يتناسب طردياً مع القدرة المستهلكة في الخرج وكذلك مع الجهد المتولد على طرفها والمغذي للطرف (1) في المنظم

(شكل7)
وكلما قلت قيمة هذه المقاومة (R5) كلما كانت دائرة المنظم ذات قدرة أعلى وقيمتها حساسة جداً بالرغم من صغرها (0.33 to 0.47Ω)​

فوضع قيمة أعلى تجعل مذبذب المنظم يطفئ لأدنى حمل أما الخطر الكبير فهو وضع قيمة أقل لأن ذلك سوف يحطم المنظم المفتاحي فالمنظم وكما سردنا سابقاً يزيد من عرض النبضة (زمن فتح الموسفت) كلما زادت قدرة الاستهلاك وزيادة الاستهلاك تظهر على الطرف (1) كنقص في الجهد فيزيد المنظم زمن ON ونقص قيمة المقاومة يقلل الجهد ويزيد من زمن ON فتستمر الموسفت في وضع ON حتى تتلف في زمن لا يمكن حسابه فهو أقل من ثانية

الحماية من ارتفاع جهد المصدر

Over-Voltage Protection Circuit
عندما يرتفع جهد التغذية فإن الجهد على الطرف (4) يستشعر ذلك فهو في الوضع الطبيعي 18V فإذا وصل هذا الجهد إلى 22.5V فإن المنظم يقف عن العمل

الشكل (8) ​

الفحص

الفحوصات حول المنظم المفتاحي
​

SWITCHING REGULATOR TEST STR-F6654

يوضح لنا الشكل التالي الفحوصات على المنظم في وضع الانتظار STANDBY

(شكل 9)
وأهم هذه الفحوصات هو :
 الرابط العلوي يكون في الوضع ON فيمرر الجهد الذي من المفترض وصوله للرابط يمرره أرضاً فيؤدي ذلك إلى نقص في مركبة الجهد DC على الطرف (1) والتي تحمل إشارة فتح وغلق الموسفت مما يزيد في زمن إغلاق المذبذب فيؤدي ذلك لضعف قدرة الخرج والهدف من ذلك توفير الطاقة
 طرف التحكم بعمليات المنظم و الجهد على الطرف (1) يكون بحدود ال 0.33V ويأخذ الشكل الذي وضح سابقاً
 الجهد على طرف (2) هو الجهد المتولد نتيجة مرور التيار في الموسفت وهو يغذى للطرف (1) ويكون في الحدود 0.6V وهذا هو طرف sources للموسفت
 الطرف (3) وهو طرف DRAIN للموسفت وتعتمد قيمته الجهد هنا على جهد التغذية AC وقياس هذا الجهد يكون وهمياً ولكنه قياساً بالآفوميتر يساوي القياس على مكثف التغذية الرئيس
 الطرف (4) وهو طرف تغذية المنظم والجهد علية في الظروف الطبيعية 17V
 الطرف (5) هو طرف الأرضي​

لاحظ هنا أن الجهد على طرفي دخل الرابط هو 1.04V

وضع القياسات عند التشغيل العادي NORMAL OPERATION

وهذا الشكل يوضح هذه القياسات

(الشكل 10) ​

الفروقات هنا تتحدث عن نفسها

ملاحظات:

 أعتقد أنه من العبث محاولة فحص الجهد على أطراف الرابط السفلي لتحديد عمل المنظم فلو قارنت هذه الجهود مع الجهود في وضع الانتظار ستجد أن الفروق أقل من أن تعتمد كفروق للصيانة وعلى الرغم من ذلك فإن النقص القليل جداً في الجهد على طرفيه مقارنة بوضع الانتظار يدل على أن التيار الذي مر به قد نقص وهذا يرفع قيمة ممانعة ترانزيستور خرج الرابط ويؤدي ذلك لزيادة في جهد الخرج ولم تظهر هذه الزيادة لأنها تهبط مع الحمل في الخرج
 ولكن من المهم جداً فحص جهد التغذية الخلفية وهو هنا 1.73V لتحديد وضع تشغيل المنظم
 الجهد على الطرف (2) هو أكثر الجهود تحديداً للقدرة التي يعمل عليها المنظم وأعتقد أن فحص هذا الطرف يمكن أن يكون مجدياً في تحديد قيمة الحمل الموجود على الدائرة (الخرج) فقيمته طردية مع القدرة المستهلكة
 الجهد على الطرف (3) يساوي جهد المصدر ظاهرياً ولكن كلما زاد الحمل على الدائرة يحدث به بعض الاختلال فهو يصل لقيمة مرتفعة تعادل جهد التغذية مضافاً لها قيمة جهد الدخل ولكن الآفوميتر لا يقيسه​

 الجهد على الطرف (4) يكون ثابتاً وفي الحدود 18V طالما المنظم يعمل بشكل طبيعي

شكل النبضات على الطرف (1) في حالتي العمل والانتظار

(شكل 11) ​

وهذه الجهود والمرسومة من خلال راسم الإشارة حقيقية تماماً ورسمتها بشكلها الحقيقي حتى يظهر الفرق بين وضعي التشغيل والانتظار وهي تقيس بالأفو مثل القياسات براسم الإشارة .

شكل الجهود والإشارات في الخرج

(شكل 12) وأيضاً هذه الإشارات والجهود حقيقية وأخذت من خرج دائرة القدرة وجميعها 115VP/P ​

وتجدر هنا الملاحظة أن الشكل الحقيقي للنبضات يختلف عن الذي نرسمه للتوضيح فموضوع الإشارة الزرقاء محسوم وليس به طاقة أما الأخضر فلاحظ كيف أن الرأس مدبب ثم يبدأ بالتوسع قليلاً حيث لا يوجد استهلاك للطاقة أما الشكل الأحمر فلاحظ كيف أن عرض النبضة قد زاد من أعلى وهذا طبعاً يزيد التيار فتزيد القدرة وعند تحميل الدائرة قدرة أعلى وهي الحالة التي ليس بها إشارة لاحظ أن المنظم يقف عن العمل ثم يعود تلقائياً

بحسب الدراسة السابقة فيمكن للمكثف على الطرف (4) أن يجف وتنخفض قيمته وهو مازال غير مؤثر في عمل الدائرة وعند جفافه الزائد يمكن أن يؤدي لتشغيل الدائرة وإطفائها ومن ثم إطفائها تماماً (عموماً لم أجرب ذلك) ولكن عدم استقرار غير مبرر مع انخفاض الجهد على الطرف (4) لما دون 16V يمكن أن يكون وراءه هذا المكثف أو مكثف التنعيم الرئيسي ومن السهل قياس ذلك لأي فني

على الرغم من أن الجميع يعلمون إلا أنه يجب التنويه على
 أن دخل الدائرة معزول عن خرجها وهذا يستلزم تغيير نقطة common عند القياس داخل الدائرة أو خارجها​

 وأن الجزء الأولي من الدائرة موصول بجهد المصدر مباشرة ويسبب الصدمة الكهربية في حال لمسه مباشرة ولتلافي الصدمة الكهربية ينصح دائماً باستخدام محول عزل داخل الورش

​

 

 

[م اسلام معروف]

   

مهندس ابراهيم
للاسف كل المواضيع المدرجه ليس فيها ولا صوره

 

 

[ابراهيم جاد]

   

م / اسلام
كل المواضيع بها الصور وواضحه عندى
يا اسلام حدث الجهاز بتاعك ببرامج سوفت مثل ادوبى اكروبات ريدر
او فك الكيس واشترى غيره حديث

هل يوجد احد من المشرفين لديه نفس الشكوى

 

 

[م اسلام معروف]

   

وحياتك كيسه خيال
وعاليه جدا

وجربت علي اكثر من جهاز