ترحيل الحالة الصلبة (TTR) هو جهاز من سلسلة من المكونات الإلكترونية للعمل غير الميكانيكي. يفتح الافتقار إلى الميكانيكا المزيد من الفرص لمحبي الإلكترونيات لعمل تتابع الحالة الصلبة بأيديهم للاستخدام الشخصي.
فكر في هذا الاحتمال بمزيد من التفاصيل.
تصميم ومبدأ تشغيل TTR
إذا كانت معظم هذه الإلكترونيات تحتوي تقليديًا على أجزاء متحركة من مجموعات التلامس ، فإن مرحل الحالة الصلبة لا يحتوي على مثل هذه الأجزاء على الإطلاق. يتم تبديل الدائرة بدائرة الجهاز وفقًا لمبدأ المفتاح الإلكتروني. وعادة ما يلعب دور المفاتيح الإلكترونية أشباه الموصلات المدمجة في جسم التتابع - ترانزستورات الطاقة ، التريستورات ، الثايرستور.
قبل محاولة إجراء تتابع الحالة الصلبة بنفسك ، فمن المنطقي أن تتعرف على التصميم الأساسي لهذه الأجهزة ، لفهم مبدأ تشغيلها.
يتم تصنيع مرحلات الحالة الصلبة لمختلف التكوينات حسب الصناعة ، وهي مصممة لمجموعة متنوعة من الظروف العملية. مجموعة واسعة من التعديلات
في إطار دراسة دقيقة للجهاز ، من الضروري على الفور إبراز الجوانب الرئيسية لـ TTR:
- تبديل الحمل العالي
- سرعة تبديل عالية
- عزل كلفاني مثالي ؛
- القدرة على حمل الحمولات الزائدة العالية لفترة وجيزة.
من بين الهياكل الميكانيكية ، ليس من الممكن حقًا العثور على مرحل بمعلمات مماثلة. بشكل عام ، يتم التعبير عن المزايا على النظائر الميكانيكية لمرحلات الحالة الصلبة من خلال قائمة رائعة.
جهازان إلكترونيان يوفران وظيفياً تبديل الدائرة: على اليسار مصنوع على أساس تصميم الحالة الصلبة ، على اليمين هو نظام تحويل ميكانيكي تقليدي
عمليا لا تحد شروط التشغيل ل TTR من استخدام هذه الأجهزة. بالإضافة إلى ذلك ، يؤثر غياب الأجزاء الميكانيكية المتحركة بشكل إيجابي على عمر الخدمة للأجهزة. لذلك هناك كل سبب للتعامل مع مرحل الحالة الصلبة - لتجميع الجهاز بيديك.
ومع ذلك ، في الإنصاف ، جنبًا إلى جنب مع الجوانب الإيجابية ، يجب ملاحظة خصائص التتابع ، التي تتميز بأنها عيوب. لذلك ، لتشغيل الأجهزة القوية ، كقاعدة عامة ، مطلوب مكون إضافي للهيكل ، والذي تم تصميمه لإزالة الحرارة.
في حالة تبديل حمولة قوية ، غالبًا ما يتم استكمال مرحلات الحالة الصلبة بمشعات تبريد قوية. هذه النقطة تعقد استخدام TTR.
مشعات تبريد مرحل الحالة الصلبة لها أبعاد أكبر عدة مرات من أبعاد TTR ، مما يقلل من راحة وعقلانية التثبيت.
أجهزة TTR أثناء التشغيل (في الحالة المغلقة) تعطي تيار تسرب عكسي وتظهر خاصية جهد التيار غير الخطي. لا يمكن استخدام جميع مرحلات الحالة الصلبة دون قيود في خصائص الفولتية المحولة.
تصميم للاستخدام فقط في الدوائر حيث يتم توفير الطاقة بواسطة التيار المباشر. عادة ، تتميز هذه الأجهزة بأبعاد صغيرة وقدرة تبديل منخفضة
تم تصميم بعض أنواع الأجهزة لتبديل التيار المباشر فقط. يتطلب تنفيذ مرحلات الحالة الصلبة في الدائرة عادةً إجراءات إضافية تهدف إلى منع الإنذارات الكاذبة.
غالبًا ما يمكن العثور على مرحلات الحالة الصلبة في اللوحة الكهربائية العامة للشقة.
كيف يعمل تتابع الحالة الصلبة؟
يتم تغذية إشارة التحكم (عادة ما تكون جهدًا منخفضًا ، تنبثق ، على سبيل المثال ، من وحدة تحكم التحكم) إلى LED الخاص بالزوج الإلكتروني البصري الموجود في دائرة TTR. يبدأ LED في إصدار الضوء تجاه الصمام الثنائي الضوئي ، والذي يفتح بدوره ويبدأ في تمرير التيار.
مخطط TTR معمم ، يوضح بوضوح كيفية عمل الجهاز الإلكتروني: 1 - مصدر جهد التحكم ؛ 2 - optocoupler داخل مبيت التتابع ؛ 3 - تحميل مصدر التيار ؛ 4 - الحمل
يأتي التيار المار عبر الصمام الضوئي إلى قطب التحكم في الترانزستور الرئيسي أو الثايرستور. يفتح المفتاح ، يغلق دائرة الحمل.
هذه هي طريقة عمل وظيفة تبديل الجهاز. عادة ما تكون جميع الإلكترونيات مغلقة في حاوية متجانسة. في الواقع ، تم استدعاء الجهاز مرحل الحالة الصلبة.
ويمكن العثور على كيفية توصيل مرحل الحالة الصلبة في هذه المادة.
مفاتيح الحالة الصلبة
يمكن تقسيم مجموعة الأجهزة الحالية بالكامل بشكل مشروط إلى مجموعات بناءً على فئة الحمل المتصل وميزات مراقبة الجهد والتبديل.
وبالتالي ، سيتم رسم ما مجموعه ثلاث مجموعات:
- الأجهزة العاملة في دوائر التيار المستمر.
- الأجهزة العاملة في دوائر التيار المتردد.
- تصميمات عالمية.
يتم تمثيل المجموعة الأولى بأجهزة بمعلمات جهد تحكم العمل من 3 إلى 32 فولت. هذه إلكترونيات صغيرة الحجم نسبيًا ، مزودة بمؤشرات LED ، قادرة على العمل دون انقطاع عند درجات حرارة -35 / +75 درجة مئوية.
تصميم واسع النطاق لجهاز إلكتروني للاستخدام في شبكة كهربائية أحادية الطور. تم العثور على خيارات تصميم أخرى أيضًا ، ولكن بشكل أقل تكرارًا.
المجموعة الثانية - الأجهزة المصممة للتثبيت في شبكات التيار المتردد. فيما يلي تصميمات TTR للتركيب في شبكات التيار المتردد ، يتم التحكم فيها بجهد 24 - 250 فولت. هناك أجهزة قادرة على تبديل الأحمال عالية الطاقة.
المجموعة الثالثة هي الأجهزة العالمية. دارات هذا النوع من الأجهزة تدعم الموالفة اليدوية للاستخدام في ظروف معينة.
إذا بدأت من طبيعة الحمل المتصل ، يجب أن تميز نوعين من مرحلات التيار المتردد ذات الحالة الصلبة: مرحلة واحدة وثلاث مراحل. تم تصميم كلا النوعين لتحويل حمولة قوية بما فيه الكفاية عند تيارات تتراوح من 10 إلى 75 أمبير. وفي الوقت نفسه ، يمكن أن تصل قيم الذروة الحالية قصيرة المدى إلى 500 أمبير.
نسخة واسعة النطاق للاستخدام في شبكة كهربائية من ثلاث مراحل. يستخدم غالبًا كمنظم خطي للسخانات الكهربائية القوية (TEN)
يمكن أن تعمل الدوائر الحثية السعوية والمقاومة كحمل يتم تبديله بواسطة مرحلات الحالة الصلبة. يسمح لك تصميم المفاتيح بالتحكم بسلاسة ، على سبيل المثال ، عناصر التسخين والمصابيح المتوهجة والمحركات الكهربائية بدون ضوضاء غير ضرورية.
الموثوقية عالية بما فيه الكفاية. ولكن من نواح عديدة ، يعتمد استقرار ومتانة مرحلات الحالة الصلبة على جودة الإنتاج. وبالتالي ، غالبًا ما تتميز الأجهزة المصنعة تحت علامة تجارية Impuls معينة بفترة خدمة قصيرة.
من ناحية أخرى ، لا تترك منتجات شنايدر إلكتريك أي مجال للانتقاد.
كيف تصنع TTR بيديك؟
نظرًا لميزة تصميم الجهاز (monolith) ، لا يتم تجميع الدائرة على لوح من القماش ، كما هو معتاد ، ولكن على تثبيت مثبت على الحائط.
هذا ما يبدو عليه تصميم مرحل الحالة الصلبة العصامي. من السهل فعل شيء كهذا. هناك حاجة فقط إلى المهارات الأساسية للمهندس الإلكتروني وكهربائي. تكاليف المواد صغيرة
هناك العديد من حلول الدوائر في هذا الاتجاه. يعتمد الخيار المحدد على طاقة التحويل المطلوبة والمعلمات الأخرى.
المكونات الإلكترونية لتجميع الدائرة
قائمة عناصر دائرة بسيطة للتطوير العملي وبناء مرحل الحالة الصلبة تفعل ذلك بنفسك كما يلي:
- نوع Optocoupler MOS3083.
- نوع Triac VT139-800.
- سلسلة الترانزستور KT209.
- المقاومات ، زينر ديود ، إل إي دي.
يتم لحام جميع هذه المكونات الإلكترونية عن طريق التركيب السطحي وفقًا للرسم البياني التالي:
رسم تخطيطي لمرحل الحالة الصلبة منخفض الطاقة لتجميع DIY. يسمح عدد صغير من الأجزاء والتثبيت المفصلي البسيط بلحام الدائرة دون صعوبة
نظرًا لاستخدام MOS3083 optocoupler في دائرة توليد إشارة التحكم ، يمكن أن يختلف جهد الدخل من 5 إلى 24 فولت.
وبسبب السلسلة ، التي تتكون من الصمام الثنائي الزينر والمقاوم المحدود ، يتم تقليل التيار المار عبر LED للتحكم إلى الحد الأدنى الممكن. يوفر هذا الحل عمر خدمة طويل لمصباح LED للتحكم.
فحص الدائرة المجمعة للتشغيل
يجب فحص الدائرة المجمعة للتشغيل. ليس من الضروري توصيل جهد تحميل 220 فولت بدائرة التبديل من خلال ثلاثي. يكفي توصيل جهاز قياس - جهاز اختبار موازي لخط تبديل التيرستورات.
التحقق من أداء مرحل الحالة الصلبة باستخدام جهاز قياس. إذا تم تطبيق جهد تحكم على دخل الجهاز ، فيجب أن يكون انتقال التيرست مفتوحًا
يجب ضبط وضع القياس لجهاز الاختبار على "mOhm" وتطبيق الطاقة (5-24V) على دائرة توليد جهد التحكم. إذا كان كل شيء يعمل بشكل صحيح ، يجب أن يظهر المختبر الفرق في المقاومة من "mOhm" إلى "kOhm".
الإسكان متجانسة
سوف تكون هناك حاجة إلى لوحة من الألمنيوم بسماكة 3-5 مم تحت قاعدة علبة التتابع الحالة الصلبة المستقبلية. أبعاد اللوحة غير حرجة ، ولكن يجب أن تتوافق مع شروط إزالة الحرارة بكفاءة من الترياك عند تسخين هذا العنصر الإلكتروني.
إطار لصب حالة الجهاز المستقبلي. مصنوعة من شريط من الورق المقوى أو مواد أخرى مناسبة. يتم تثبيته على ركيزة ألومنيوم مع غراء عالمي.
يجب أن يكون سطح لوح الألمنيوم مسطحًا. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري معالجة كلا الجانبين - للتقشير بورق صنفرة ناعم ، وتلميع.
في المرحلة التالية ، تم تجهيز اللوحة المحضرة بـ "صب الخرسانة" - يتم لصق حدود من الورق المقوى السميك أو البلاستيك حول المحيط. يجب أن يكون نوعًا من الصناديق ، سيتم ملؤه لاحقًا بالإيبوكسي.
يتم وضع دائرة إلكترونية لترحيل الحالة الصلبة التي يتم تجميعها بواسطة "مظلة" داخل الصندوق الذي تم إنشاؤه. يتم وضع الترياق فقط على سطح لوح الألمنيوم.
تثبيت الترياك على ركيزة ألمنيوم. الشرط الرئيسي هو أن هذا المكون الإلكتروني يجب الضغط عليه بقوة إلى القاعدة المعدنية. هذه هي الطريقة الوحيدة لضمان تبديد الحرارة عالي الجودة والتشغيل الموثوق به.
يجب ألا تلمس أي أجزاء أو موصلات أخرى للدائرة ركيزة الألومنيوم. يتم تطبيق الترياك على الألومنيوم من خلال هذا الجزء من العلبة ، والذي تم تصميمه للتثبيت على المبرد.
يجب عليك استخدام عجينة موصلة للحرارة على منطقة التلامس لجسم التريا والركيزة الألومنيوم. يجب تثبيت بعض أنواع الترياك ذات الأنود غير المعزول من خلال لوحة الميكا.
خيار إرفاق التيرستاك بالركيزة باستخدام المسامير. على الجانب العكسي ، يتسطح البرشام مع سطح الركيزة
يجب الضغط على الترياك بقوة إلى القاعدة بنوع من الوزن وملء بغراء الإيبوكسي حول المحيط أو تأمينه بطريقة ما دون إزعاج سطح الجزء الخلفي من الركيزة (على سبيل المثال ، المسامير).
تحضير مركب وملء الجسم
لتصنيع جسم صلب لجهاز إلكتروني ، سيطلب خليط مركب. يعتمد تكوين الخليط المركب على مكونين:
- الايبوكسي بدون تصلب.
- مسحوق المرمر.
بفضل إضافة المرمر ، يحل السيد الرئيسي مشكلتين في وقت واحد - يتلقى حجمًا شاملاً من مركب الحشو عند استهلاك رمزي لراتنج الإيبوكسي ويخلق ملء الاتساق الأمثل.
يجب خلط الخليط جيدًا ، وبعد ذلك يمكنك إضافة مادة التقسية والخلط جيدًا مرة أخرى. بعد ذلك ، قم بتثبيت التثبيت "المثبت على الحائط" بعناية داخل صندوق الكرتون باستخدام المركب الذي تم إنشاؤه.
هذه هي الطريقة التي يبدو بها مثيل نهائي لترحيل الحالة الصلبة الذي تم تجميعه بنفسك. غير معتاد إلى حد ما وغير قابل للعرض ، ولكنه موثوق بما فيه الكفاية
يتم التعبئة إلى المستوى العلوي ، تاركًا جزءًا فقط من رأس مؤشر التحكم LED على السطح. في البداية ، قد لا يبدو سطح المركب سلسًا تمامًا ، ولكن بعد فترة ستتغير الصورة. يبقى فقط لانتظار الجبيرة لتتصلب بالكامل.
في الواقع ، يمكنك استخدام أي حلول صب مناسبة. المعيار الرئيسي هو أن تركيبة الصب يجب ألا تكون موصلة للكهرباء ، بالإضافة إلى درجة جيدة من صلابة الصب بعد التصلب. الحالة المصبوبة لترحيل الحالة الصلبة هي نوع من حماية الدائرة الإلكترونية من التلف المادي العرضي.
يُظهر هذا الفيديو كيف وعلى أساس أي مكونات إلكترونية يمكن إجراء ترحيل الحالة الصلبة. يتحدث المؤلف بوضوح عن جميع تفاصيل ممارسات التصنيع التي واجهها شخصيًا أثناء إنتاج المفتاح الإلكتروني:
فيديو حول المشكلة التي قد تواجهها بعد الحصول على TTR أحادي المرحلة من البائعين من الصين. على طول الطريق ، يجري نوعًا من مراجعة جهاز تبديل الجهاز:
التصنيع الذاتي لمرحلات الحالة الصلبة هو الحل الممكن ، ولكن فيما يتعلق بالمنتجات تحت حمل الجهد المنخفض ، تستهلك طاقة منخفضة نسبيًا.
من الصعب صنع أجهزة أكثر قوة وعالية الجهد بيديك. وسيكلف هذا التعهد المالي نفس المبلغ المقدر لنسخة المصنع. لذا ، إذا لزم الأمر ، من الأسهل شراء جهاز صناعي جاهز.
إذا كان لديك أي أسئلة حول تجميع مرحل الحالة الصلبة ، فيرجى طرحها في مربع التعليقات ، وسنحاول منحهم إجابة واضحة للغاية. هناك يمكنك مشاركة تجربة الإنتاج الذاتي للمرحلات أو تقديم معلومات قيمة حول موضوع المقالة.