مرحلات أشباه الموصلات - الأنواع والجهاز ومبدأ التشغيل
العديد من القراء ، عند سماعهم لكلمة "ريلاي" ، سيتخيلون بالتأكيد ملفًا ينجذب في جوهره اتصال متحرك. وهذا ليس مفاجئًا على الإطلاق ، لأن المرحلات في الأصل كانت دائمًا كهرومغناطيسية ، وكلمة "ريلاي" تُفهم عمومًا على أنها تعني جهازًا كهرومغناطيسيًا لفتح وإغلاق دائرة كهربائية.
ومع ذلك ، لفترة طويلة ، تم استخدام مفاتيح أشباه الموصلات لتبديل الدوائر الكهربائية في مختلف مجالات التكنولوجيا: الترانزستورات ، الثايرستور ، التيرستورات. لم يسلم التقدم والمرحلات في أشباه الموصلات.
على الرغم من حقيقة أن الدوائر ذات التيارات والفولتية الكبيرة يتم تبديلها تقليديًا بمساعدة المرحلات الكهرومغناطيسية ، فمن الممكن اليوم بالفعل تنفيذ مفاتيح كهربائية ثابتة وقوية من أشباه الموصلات. هذه المفاتيح هي مرحلات أشباه الموصلات أو مرحلات الحالة الصلبة (من مرحل الحالة الصلبة الإنجليزية ، اختصار SSR).
وبالتالي ، أصبح مرحل أشباه الموصلات الآن جهازًا إلكترونيًا بالكامل ، بدون اتصال ميكانيكي متحرك ، والذي يعمل على تشغيل / إيقاف تشغيل الأحمال القوية في دوائر الطاقة عن طريق توفير جهد تحكم منخفض لمدخل التحكم في الجهاز الإلكتروني.
يوجد داخل مبيت مرحل الحالة الصلبة (الحالة الصلبة) دائرة استشعار تستجيب لإشارة التحكم ، بالإضافة إلى قسم إمداد الطاقة - إلكترونيات الحالة الصلبة على جانب الدائرة عالية الطاقة.
تُستخدم هذه المرحلات في دارات التيار المستمر والتيار المتردد ، حيث تؤدي نفس الوظائف مثل المرحلات الكهرومغناطيسية الميكانيكية السابقة والموصلات ، والآن فقط تم حل المشكلة دون تحريك الأجزاء في دائرة التبديل. نتيجة لذلك ، بفضل الثايرستور القوي والترياس والترانزستورات المدمجة في علب الترحيل ، أصبح من الممكن تبديل التيارات حتى مئات الأمبيرات دون اللجوء إلى المكونات الميكانيكية.
بالمقارنة مع المرحلات الكهروميكانيكية ، تتمتع مرحلات الحالة الصلبة بسرعة تبديل آمنة أعلى تصل إلى مئات الميكروثانية ، في حين أن دائرة التحكم ودائرة الطاقة معزولة تمامًا كلفانيًا عن بعضها البعض (عادةً ما يتم استخدام العزل البصري).
مرحلات الحالة الصلبة قادرة على تحمل الحمل الزائد على جانب التبديل لفترة قصيرة والبقاء في الخدمة ، وهو ما لا يمكن للأسلاف الكهروميكانيكية التباهي به. في الوقت نفسه ، يعمل مرحل الحالة الصلبة بصمت ، وله أبعاد مضغوطة ، ولا تتأكسد جهات الاتصال هنا (نظرًا لعدم وجود جهات اتصال على هذا النحو) ، ولا توجد شرارات ، ولا يخاف الجهاز من الغبار أو الاهتزاز.
بالطبع ، مقاومة المركب شبه الموصل للمرحل في حالة التوصيل غير خطية ، وفي التيارات عالية التحويل يحتاج الجهاز إلى التبريد على الإطلاق ، لكن الإيجابيات تتداخل بالتأكيد مع هذه السلبيات التقليدية. بالإضافة إلى ذلك ، يُقاس عمر مرحل الحالة الصلبة بملايين دورات التبديل.
مرحلات الحالة الصلبة أحادية الطور أو ثلاثية الطور ، لتبديل التيار المستمر أو التيار المتردد. تحتوي مرحلات تبديل التيار المتردد على مستشعر عبور صفري مدمج ، بحيث يحدث التبديل عند صفر تيار عمليًا ، دون الإضرار بمفتاح الحالة الصلبة ، دون حدوث ارتفاعات تيار خطيرة من الأحمال الاستقرائية.
تعمل الثايرستور أو التيرستورات كمفاتيح في مرحل التيار المتردد ، وفي الحقل أو الترانزستورات IGBT... يتم توفير الطاقة لدائرة التحكم مباشرة من مصدر إشارة التحكم ، ولا يتجاوز تيار التحكم بضعة ملي أمبير ، ويمكن أن يكون تيار التحويل عشرات أو مئات الأمبيرات.
تتوفر مرحلات الحالة الصلبة ثلاثية الطور غير القابلة للانعكاس والانعكاس. تحتوي مرحلات الانعكاس ثلاثية الطور على مدخلي تحكم ، وعند الإخراج قد لا تغير إحدى المراحل موضعها على الإطلاق.
بالمقارنة مع المشغلات المغناطيسية الميكانيكية الضخمة ، تعمل مرحلات أشباه الموصلات المدمجة بصمت ولا تبلى ، ولا تحتاج إلى تنظيف جهات الاتصال بشكل دوري ، وبالنسبة للأحمال القوية ، يكفي توفير غلاف الترحيل بتبريد جيد ، وفي بعض الحالات سوف المبرد فيما عدا التثبيت المقدم لها.
بالنسبة للإنتاج الصناعي المترب والمتفجر ، هنا يتبين أن مرحل الحالة الصلبة هو المنقذ الحقيقي ، حيث يتم استبعاد قوس التلامس الميكانيكي بسبب غيابه ، ولن يسمح الغلاف المغلق للتتابع بالإلكترونيات أن تتسخ .
مرحلات الحالة الصلبة المصغرة في غلاف بلاستيكي متاحة لتركيب ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكن لمثل هذه المرحلات تبديل التيارات حتى 2 أمبير بجهد رئيسي 220-240 فولت ، على سبيل المثال ، يمكن تشغيل مروحة أو مضخة أو مصباح أو حتى مبرد صغير بإشارة رقمية 5 فولت من جهاز استشعار ، والذي عادة ما يكون مهمًا جدًا لأنظمة أتمتة المنزل لعشاق DIY.