ستدرس هذه الورقة استخدامات ووظائف المكثفات المتصلة بالتوازي مع الثنائيات الأربعة ، في مقوم الجسر ، المعروف أيضًا باسم جسر Graetz. إنهم مسؤولون عن تقليل التداخل الناجم عن نشاط الثنائيات ، وتخفيف التداخل الكهرومغناطيسي الذي يمكن أن يضر بالامتثال للوائح EMC ، وبشكل عام ، يقومون بتحسين كفاءة جسر الصمام الثنائي ويقومون بتنفيذ مصدر طاقة منخفض الضوضاء.
كيف يمكن أن تؤدي إضافة المكثفات بالتوازي على مقوم الجسر إلى تحسين الأداء
عادة ، يتكون مصدر الطاقة من محول طاقة ، يليه مقوم الجسر التقليدي ، ويتكون من أربعة صمامات ثنائية متصلة ببعضها البعض في تكوين معين (انظر الشكل 1). تخلق هذه المكونات ضوضاء كهربائية يتم تخفيفها بشكل كبير باستخدام المكثفات. يحتوي محول الجهد ، كمكون غير مثالي ، على محاثة تسرب وسعة طفيلية. عندما لا تعمل الثنائيات الأربعة لمقوم الجسر ، حيث أن لها تيارًا عكسيًا يتدفق من خلالها ، فإن العناصر “غير المثالية” تشكل دائرة طنين تتأرجح بتردد عالٍ. بمعنى آخر ، عندما يكون الصمام الثنائي في حالة توصيل ثم يقوم بتبديل حالته إلى نظام التيار العكسي ، فإنه يستمر في العمل لفترة قصيرة ، ولكن بعد ذلك على الفور ، مرة أخرى في النظام الحالي العكسي ، يتوقف عن التوصيل بشكل فوري تقريبًا. يحدث هذا بسرعة كبيرة ، ويسبب رنين المحاثات والسعة الطفيلية. تعتمد الاضطرابات على السرعة التي يقاطع بها التقاطع التدفق العكسي. هذا التذبذب ، مع إشاراته عالية التردد المصاحبة له ، تمكن من السفر عبر الدائرة بأكملها ، مما يتسبب في اضطرابات من أنواع مختلفة. تمكنت الاضطرابات أيضًا من الانتشار في البيئة ، بسبب تردداتها العالية. تتمثل إحدى طرق تخفيف هذا الإزعاج تحديدًا في استخدام المكثفات المتصلة بالتوازي مع الثنائيات. إنهم لا يلغيون التذبذب ، لكنهم يقللونه بنسبة مهمة. هذه طريقة غير شائعة ، حيث نادرًا ما تفكر المخططات التقليدية في هذا البديل. يوضح الشكل 1 ، على التوالي ، المخطط التقليدي ، الجزء العلوي ، والمخطط باستخدام المكثفات بالتوازي مع كل صمام ثنائي ، أسفل.
عندما يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر ، باستخدام جسر من أربعة ديودات ، يوجد اثنان من الثنائيات في التوصيل واثنان آخران في المنع في المرة الواحدة. يولد الانتقال بين الثنائيات الموصلة والمنعشة حتمًا اختلافات غير خطية في الإشارة. يساعد وجود مكثف ذو سعة منخفضة على تخفيف هذا النقص في الإشارة مع تقليل الضوضاء الناتجة عن التذبذب. والنتيجة هي إشارة مستمرة أكثر نظافة. لا تنتج الإشارة غير الكاملة عن الثنائيات فقط ولكن أيضًا عن طريق التبديل الاستقرائي للمحول. على أي حال ، فإن هذه المكثفات ، كما يتضح من الشكل 2 ، لها وظيفة تخفيف (أو خفض التردد) التوافقيات 50 هرتز التي تنتجها الثنائيات ، والتي يمكن أن تمتد بخلاف ذلك إلى ترددات HF (حتى في نطاق MHz). كما يتضح ، فإن وجود المكثف يخلق تأخيرًا زمنيًا صغيرًا في الإشارة. عادةً ما تكون القيمة 10 nF أكثر من المقبول ، على الرغم من أن قيم بضع مئات من pF جيدة بالتأكيد. يختلف سلوك الثنائيات باختلاف الشركة المصنعة وأيضًا مع الدفعة ذات الصلة ، لذلك هناك حل آخر يتمثل في توصيف واختبار نماذج الصمام الثنائي المختلفة. نظريًا ، يجب معالجة الضوضاء والإشارات الزائفة من خلال مرحلة منظم الجهد التالي ومكثفات المرشح الكبيرة ، لكن التوافقيات ، على الرغم من أنها ليست عالية الطاقة ولكن في تردد الراديو ، تنتشر في الأثير قبل الوصول إلى المنظم. في الواقع ، قد تسبب تشويشًا للمعدات الراديوية في المنطقة المجاورة مباشرة. في المحاكاة النظرية ، يكاد يكون من المستحيل اكتشاف مثل هذه الاختلافات ، ولكن في دائرة حقيقية ، وبمساعدة راسمات الذبذبات ومحللات الطيف ، يمكن للمستخدم فهم الاختلاف. تنجح المكثفات بالتوازي في خفض التذبذبات الطفيلية الناتجة عن الاسترداد العكسي للديودات بشكل كبير. يمكن أن تحدث الاضطرابات (حتى الصغيرة منها) في شكل طفرات تيار ضيقة جدًا ، مما يؤدي في الواقع إلى إنشاء دائرة طنين ذات السعات الطفيلية للثنائيات والمحثات الطفيلية للأطراف المكونة والتوصيلات الكهربائية. يتطلب التصميم المناسب اختيارًا دقيقًا للمكونات الإلكترونية لتجنب مشاكل التداخل الكهرومغناطيسي. لتخفيف التداخل ، من الضروري حساب تردد الطنين واختيار المكونات بعناية بحيث يخفف المرشح الإشارة بعدد معين من الديسيبل عند هذا التردد. عادةً ما يكون المقاوم 100 أوم ، ويتم حساب قيمة المكثف وفقًا لذلك. بالنسبة للدوائر التي تستخدم الثنائيات لتصحيح جهد 50 هرتز أو 60 هرتز ، فإن الحل بسيط للغاية.
الاستنتاجات
يمكن العثور على ضوضاء الصمام الثنائي ليس فقط في مقومات الجسر ، ولكن أيضًا في جميع الدوائر المعرضة للتذبذب وتبديل الإشارة. في بعض الأحيان قد يكون من المفيد أيضًا إدخال محاثة صغيرة في سلسلة مع كل صمام ثنائي. تذكر أن الضوضاء تتناسب مع التيار المتدفق خلال الحمل ، لذا فإن الحمل القوي جدًا يتوافق مع تداخل أكبر. يمكن أن يكون الحل الآخر هو اعتماد ثنائيات تصحيح سريعة للغاية. ومع ذلك ، إذا اختار المرء استخدام الثنائيات البطيئة ، فمن الطبيعي جدًا توقع وجود بقايا عالية التردد ، حتى أعلى من 300 كيلوهرتز. ينتج عن استخدام الثنائيات السريعة إشارات نظيفة إلى حد ما ، دون الحاجة إلى استخدام ، نظريًا ، أي شبكة snubber إضافية أو مكثفات إلكتروليتية أخرى. تعمل المكثفات المتصلة بالثنائيات أيضًا على حمايتها من التيارات الزائدة. عندما يتم تشغيل الجهاز على البارد لأول مرة في اليوم ، يتم تفريغ مكثف المرشح. في هذه الحالة ، يشبه هذا المكون دائرة كهربائية قصيرة ، وفي الواقع ، فإنه يضع خرج مصدر الطاقة في دائرة كهربائية قصيرة. في اللحظات الأولى من التشغيل ، يتدفق تيار كبير عبر الصمامات الثنائية للجسر ، مع وجود خطر محتمل للضرر. مع استخدام المكثفات يتم تجنب هذا الخطر ، خاصة إذا تم استخدام نماذج السيراميك. أخيرًا ، يُنصح باستخدام المكثفات التي يمكنها تحمل جهد 400 فولت على الأقل أو 650 فولت أفضل.
