يُعدّ المحاثة جزءًا أساسيًا من مصدر طاقة التيار المستمر/المستمر. هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار المحاثة، مثل قيمة المحاثة، ونسبة تيار التيار المستمر (DCR)، والحجم، وتيار التشبع. غالبًا ما يُساء فهم خصائص تشبع المحاثة، مما يُسبب مشاكل. ستناقش هذه الورقة كيفية وصول المحاثة إلى التشبع، وتأثير التشبع على الدائرة، وطريقة الكشف عن تشبع المحاثة.
يسبب تشبع المحاثة
أولاً، عليك أن تفهم بشكل حدسي ما هو تشبع المحاثة، كما هو موضح في الشكل 1:
الشكل 1
نحن نعلم أنه عندما يمر تيار عبر الملف الموضح في الشكل 1، فإن الملف سوف يولد مجالًا مغناطيسيًا؛
سيتم مغناطيسية النواة المغناطيسية تحت تأثير المجال المغناطيسي، وستدور المجالات المغناطيسية الداخلية ببطء.
عندما يتم مغناطيسية النواة المغناطيسية بالكامل، يكون اتجاه المجال المغناطيسي هو نفسه تمامًا مثل المجال المغناطيسي، حتى لو تم زيادة المجال المغناطيسي الخارجي، فإن النواة المغناطيسية لا تحتوي على مجال مغناطيسي يمكنه الدوران، ويدخل المحاثة في حالة مشبعة.
ومن وجهة نظر أخرى، في منحنى المغناطيسية الموضح في الشكل 2، فإن العلاقة بين كثافة التدفق المغناطيسي B وقوة المجال المغناطيسي H تفي بالصيغة الموجودة على اليمين في الشكل 2:
عندما تصل كثافة التدفق المغناطيسي إلى Bm، فإن كثافة التدفق المغناطيسي لم تعد تزداد بشكل كبير مع زيادة شدة المجال المغناطيسي، ويصل المحاثة إلى التشبع.
ومن العلاقة بين المحاثة والنفاذية µ، يمكننا أن نرى:
عندما يصبح المحاثة مشبعة، سيتم تقليل الميكرومتر بشكل كبير، وفي النهاية سيتم تقليل المحاثة بشكل كبير وستفقد القدرة على قمع التيار.
الشكل 2
نصائح لتحديد تشبع المحاثة
هل هناك أي نصائح للحكم على تشبع المحاثة في التطبيقات العملية؟
ويمكن تلخيصها في فئتين رئيسيتين: الحساب النظري والاختبار التجريبي.
☆يمكن أن يبدأ الحساب النظري من أقصى كثافة للتدفق المغناطيسي وأقصى تيار المحاثة.
☆يركز الاختبار التجريبي بشكل أساسي على شكل موجة التيار المحاثي وبعض طرق الحكم الأولية الأخرى.
سيتم وصف هذه الأساليب أدناه.
حساب كثافة التدفق المغناطيسي
هذه الطريقة مناسبة لتصميم المحاثة باستخدام قلب مغناطيسي. تشمل معلمات القلب طول الدائرة المغناطيسية (le)، والمساحة الفعالة (Ae)، وغيرها. كما يحدد نوع القلب المغناطيسي درجة المادة المغناطيسية المقابلة، وتحدد المادة المغناطيسية قيمة فقدان القلب المغناطيسي وكثافة التدفق المغناطيسي التشبعي.
وباستخدام هذه المواد، يمكننا حساب أقصى كثافة للتدفق المغناطيسي وفقًا لحالة التصميم الفعلية، على النحو التالي:
في الممارسة العملية، يمكن تبسيط الحساب، باستخدام ui بدلاً من ur؛ وأخيرًا، بالمقارنة مع كثافة تدفق التشبع للمادة المغناطيسية، يمكننا الحكم على ما إذا كان المحاثة المصممة تنطوي على خطر التشبع.
حساب أقصى تيار محاثة
تعتبر هذه الطريقة مناسبة لتصميم الدائرة مباشرة باستخدام المحاثات النهائية.
تحتوي طوبولوجيات الدوائر المختلفة على صيغ مختلفة لحساب تيار المحاثة.
خذ شريحة Buck MP2145 كمثال، ويمكن حسابها وفقًا للصيغة التالية، ويمكن مقارنة النتيجة المحسوبة بقيمة مواصفات المحاثة لتحديد ما إذا كانت المحاثة ستكون مشبعة.
الحكم على شكل موجة التيار الحثي
وهذه الطريقة هي أيضًا الطريقة الأكثر شيوعًا وعملية في الممارسة الهندسية.
باستخدام MP2145 كمثال، تُستخدم أداة محاكاة MPSmart. يتضح من شكل موجة المحاكاة أنه عندما لا يكون المحث مشبعًا، يكون تيار المحث موجة مثلثية ذات ميل معين. أما عندما يكون المحث مشبعًا، فسيكون لشكل موجة تيار المحث تشوه واضح، ناتج عن انخفاض المحاثة بعد التشبع.
في الممارسة الهندسية، يمكننا ملاحظة ما إذا كان هناك تشويه في شكل موجة تيار المحاثة بناءً على ذلك للحكم على ما إذا كان المحاثة مشبعة.
فيما يلي شكل الموجة المُقاسة على لوحة العرض التوضيحية MP2145. يُلاحظ تشوه واضح بعد التشبع، وهو ما يتوافق مع نتائج المحاكاة.
قم بقياس ما إذا كان المحاثة تسخن بشكل غير طبيعي واستمع إلى الصفير غير الطبيعي
هناك العديد من المواقف في الممارسة الهندسية، قد لا نعرف نوع القلب الدقيق، ومن الصعب معرفة حجم تيار تشبع المحاثة، وأحيانًا لا يكون من المناسب اختبار تيار المحاثة؛ في هذا الوقت، يمكننا أيضًا تحديد ما إذا كان التشبع قد حدث بشكل أولي عن طريق قياس ما إذا كان المحاثة لديه ارتفاع غير طبيعي في درجة الحرارة، أو الاستماع إلى ما إذا كان هناك صراخ غير طبيعي.
تم تقديم بعض النصائح لتحديد تشبع المحاثة هنا. آمل أن تكون مفيدة.
وقت النشر: ٧ يوليو ٢٠٢٣
