في كثير من الأحيان، عند تصميم جهاز قوي باستخدام ترانزستورات الطاقة، أو اللجوء إلى استخدام مقوم قوي في الدائرة، نواجه موقفًا حيث يكون من الضروري تبديد الكثير من الطاقة الحرارية، المقاسة بالوحدات وأحيانًا عشرات الواط.

على سبيل المثال، فإن ترانزستور IGBT FGA25N120ANTD من شركة Fairchild Semiconductor، إذا تم تركيبه بشكل صحيح، قادر نظريًا على توفير حوالي 300 واط من الطاقة الحرارية من خلال غلافه عند درجة حرارة غلاف تبلغ 25 درجة مئوية! وإذا كانت درجة حرارة جسمه 100 درجة مئوية، فسيكون الترانزستور قادرًا على توفير 120 واط، وهو أيضًا كثير جدًا. ولكن لكي يتمكن جسم الترانزستور من نقل هذه الحرارة، من حيث المبدأ، من الضروري تزويده بظروف التشغيل المناسبة حتى لا يحترق قبل الأوان.

يتم إنتاج جميع مفاتيح الطاقة في حالات يمكن تركيبها بسهولة على المشتت الحراري الخارجي - المبرد. في معظم الحالات، يكون السطح المعدني للمفتاح أو أي جهاز آخر في مبيت طرفي متصلًا كهربائيًا بأحد أطراف هذا الجهاز، على سبيل المثال، بمجمع أو مصرف الترانزستور.

لذلك، فإن مهمة المبرد هي على وجه التحديد الحفاظ على الترانزستور، وبشكل رئيسي تقاطعات التشغيل، عند درجة حرارة لا تتجاوز الحد الأقصى المسموح به.

أندريه بوفني

تأثير بيئة المكون.

من الممكن أن تؤثر كمية النحاس الموجودة في الطبقة العليا التي تم تركيب المكون عليها على أداء التبريد. العنصر الثاني الذي يمكن أن يكون له تأثير هو كمية اللحام المستخدمة أثناء التثبيت.

سيتم استخدام الترانزستور الموجود في حزمة DPAK كعنصر تسخين عند الطاقة 2.5 الثلاثاء

اختبار تأثير منطقة النحاس حول المكون (DPAK)، درجة حرارة القالب:

ومن المثير للاهتمام أنه يمكن الحصول على 3 إلى 5 درجات أخرى ببساطة عن طريق تطبيق المزيد من اللحام حول اللوحة المعدنية للمكون (طرف التصريف). عادة عند تركيب المكونات لا تهتم بانتقال الحرارة من خلال الأسطح الملامسة وهذا خطأ. إنه حول الجزء الذي تكون فيه مقاومة الفقد أكبر ويمكن أن يساعد تطبيق اللحام حقًا.

قياس جودة انتقال الحرارة عبر لوحة الدوائر المطبوعة.

حتى الآن، تم قياس التدرج في درجة الحرارة لحالة واحدة فقط - دون مشاركة المروحة. ولكن مع التبريد الاصطناعي، يجب أن تنخفض كفاءة لوحة الدوائر المطبوعة بسبب مقاومة فقدان نقل الحرارة على طول اللوحة. لنكرر الاختبار ولكن أضف تشغيل المروحة بأداء منخفض جدًا وعادي (3.5 و 7 فولت). دعونا نغير الترانزستور إلى D2PAK لمحاكاة مجموعة من الترانزستورات الصغيرة.

"فانت." - درجة حرارة البلورة، تم أخذ الباقي من الجانب الخلفي للوحة الدائرة المطبوعة، النقطة "0" تحت مركز اللوحة المعدنية للترانزستور ( D2PAK, 5 واط).

معجب	فنت.	0	2.5	5	7.5	10	12.5	15	17.5	20	22.5	25	27.5	30
0	66.2	38.7	38	37.1	35.7	34.3	32	30.4	26.3	25	24.2	23.5	20.9	19.7
3.5 فولت	53.9	28.2	27.9	27	25.5	24.1	22.9	20	16	15	14.2	13.3	11.3	9.7
7 خامسا	47.7	22	21.8	21.5	20.2	19.2	18.1	16	12.2	11.5	10.7	10	8.2	7.2

توجد مخالفات طفيفة في البيانات، وذلك بسبب عدم انتظام لوحة الدوائر المطبوعة.

يعتمد الطول الفعال للمشعاع على سرعة النفخ، فإذا انتقلنا من حد التخفيض بنسبة خمسين بالمائة، فإن طول العمل سيكون:

• بدون نفخ – 30 ملم.
• سرعة نفخ منخفضة (مروحة 3.5 فولت) – 22.5 ملم.
• سرعة نفخ عالية (مروحة 7 فولت) – 20 ملم.

يرجى ملاحظة أنه تم أخذ القياسات من المركز إلى المحيط، وبالتالي فإن الطول الإجمالي أكبر بمرتين.

الاتجاه المكاني ولون لوحة الدوائر المطبوعة.

تعمل لوحة الدوائر المطبوعة كمبرد وهي ناجحة نسبيًا. ولكن بالنسبة للمبرد، فإن الاتجاه في الفضاء ولون طلاءه مهمان. يمكن أن يتم نقل الحرارة عن طريق تسخين الهواء المحيط أو من خلال الإشعاع. إذا كان المبرد داكن اللون، فإن كفاءة نقل الحرارة عن طريق الإشعاع تزداد، فهي تعد بتحسن في الإخراج يصل إلى x1.7 مرة. ربما ينبغي لنا أن نرسم الألواح باللون الأسود؟

إعداد الاختبار بسيط - لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات مقاس 25 × 40 مم (10 سم 2 × 2 جانبًا) وترانزستور في حزمة DPAK ملحوم في المنتصف. الطاقة هي نفسها كما في الاختبارات الأخرى لهذا الترانزستور، 2.5 وات.

تم تلخيص البيانات التي تم الحصول عليها في الجدول:

عدم تكافؤ درجات الحرارة داخل جانب اللوح لا يزيد عن أربع درجات.

في البداية، كانت لوحة الدوائر المطبوعة تحتوي على قناع واقي أسود. للحصول على لون فاتح، يتم إزالة القناع من الجانبين. تقول النظرية أن هذا كان ينبغي أن يؤدي إلى تدهور الكفاءة بعامل 1.7، حيث انخفض انتقال الحرارة بالإشعاع عدة مرات. في الواقع، كان تدهور الأداء 25 بالمائة فقط. النظرية هي أن المبدد الحراري المسطح يعمل بشكل أفضل في الوضع الرأسي. بدون قناع، تصل النسبة إلى 18 بالمائة فقط، ولكن مع القناع بالكاد تكون ملحوظة. يبدو أن القناع سميك جدًا ويتداخل مع نقل الحرارة.

يبلغ متوسط ​​\u200b\u200bدرجة حرارة اللوحة 50 درجة (درجة حرارة الجانب الخلفي ليست مثيرة للاهتمام) ، والطاقة 2.5 واط ، ومن هنا يمكنك حساب المقاومة الحرارية لمثل هذا "المشعاع" - 20 درجة لكل واط بمساحة 10 سم2. أو عند 200 سم2 تكون المقاومة الحرارية درجة واحدة لكل واط.

لا يوجد شيء غير عادي، فهو بالتأكيد لا يستحق إعادة طلاء اللوحة باللون الأسود. ولكن هذا ما يفسر حب الشركات المصنعة للألواح المظلمة.

المقاومة الحرارية.

سيتطلب قياس المقاومة الحرارية الكثير من المعدات والمواد التي تمت معايرتها، وهو أمر يمثل مشكلة كبيرة، لذلك دعونا نقيس انخفاض درجة الحرارة على مادة الاختبار. كمولد للحرارة، سنأخذ ترانزستورًا في حزمة DPAK بقوة 2.5 واط. يبلغ سطح تبديد الحرارة النشط حوالي 5 × 5 مم.

تم قياس فقدان الحرارة على أنه فرق درجة الحرارة بين النقطتين "أ" و"ب".

ولم يتم اختيار نقاط التحكم بشكل جيد، ولكن تم استخدام هذه الطريقة لقياس خصائص جميع المواد. تم أخذ الفقد الحراري عند انتقالين للوسائط والمعجون الحراري بعين الاعتبار.

مميزات القياسات:

• عند قياس الخسائر في الألواح، تم لحام عنصر التسخين بها، وتم تجريد الجانب الخلفي من الأكاسيد والطلاءات إلى النحاس النقي.
• في حزم BGA وTSOP، تم اختيار مكان بدون بلورة أشباه الموصلات، على الحافة.
• تم استخدام جزء صغير من تصميم وحدة النظام كـ "لوحة حديدية".
• تمت إزالة الوسادات الحرارية من المعدات، وبالتالي فإن الخصائص الدقيقة غير معروفة. اللون الأحمر من مصدر الطاقة ذي العلامة التجارية، والرمادي من "بدون اسم" الصيني المعتاد.

نتائج:

مادة	سمك، مم	درجة الحرارة، درجات	خفضت إلى 1 ملم، درجات
ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعدد الطبقات	1.5	10.3	6.9
ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الوجهين	1.5	69.4	46.3
حزمة شرائح BGA	0.76	18.8	24.7
حزمة رقاقة TSOP	0.98	31.7	32.3
صفيحة الحديد	0.6	4.2	7
وسادة حرارية (أحمر)	0.3	11.7	37.3
وسادة حرارية (رمادي)	0.37	16.9	45.7
حشية سيراميك (أبيض)	0.64	4.9	7.6

الفرق في درجات الحرارة بين اللوحة متعددة الطبقات واللوحة العادية هو ببساطة فرق كبير. من الواضح أن FR4 يوصل الحرارة بشكل سيئ، ولكن لكي تكون الطبقات الرقيقة من النحاس فعالة جدًا...

الموصلية الحرارية للحالات نفسها ليست جيدة جدًا، وهو أمر متوقع تمامًا.

كما أن أرقام الفوط الحرارية ليست جذابة للغاية، ولكنها كذلك. على خلفيتهم، تبدو السيراميك رائعة ببساطة، لكن لا يمكن استخدامها في تكنولوجيا الكمبيوتر - ليست هناك حاجة ببساطة. الغرض من الفوط الحرارية هو اختيار ارتفاعات مختلفة للمكونات، والسيراميك صلب ولن يساعد في هذا الأمر. من الصعب تحديد نوع السيراميك في حالتي. إذا حكمنا من خلال اللون والمقاومة الحرارية، فهو مصنوع من سيراميك البريليوم.

كيفية استخدام بيانات الجدول؟ نعم، الأمر بسيط للغاية - المقاومة الحرارية للحديد معروفة، ويتم إعادة حساب الأرقام المتبقية بشكل متناسب.

الاستخدام العملي

للبدء، يمكنك استخدام منهجية حساب المبرد بناءً على المواد المنشورة على موقع Electrosad.ru (pdf، 186 كيلو بايت). أو يمكنك أن تتذكر القاعدة - "لا تقم بالتحميل ولن تقوم بالتحميل". هناك مواصفات فنية لمشعات المصنع، ولكن مع محلية الصنع... يمكنك استخدام الحسابات المبسطة، لأن الحسابات الدقيقة لا معنى لها، وهناك الكثير من المعلمات التي لا يمكن التنبؤ بها. هل تعرف المقاومة الحرارية للعلبة أو لوحة الدوائر المطبوعة للوحة الأم الخاصة بك؟ لكن الموصلية الحرارية للوحة تعتمد، من بين أمور أخرى، على توجيه طبقاتها الداخلية. في الوقت نفسه، سيكون من الجيد أن نأخذ في الاعتبار أنه في بعض الأحيان ليس كل شيء على ما يرام فيما يتعلق بتنظيم تدفق الهواء.

لذلك، حساب مبسط. إذا كنت بحاجة إلى مزيد من الدقة، فيرجى استخدام الرابط أعلاه للمنهجية، ولكن بالنسبة للأسئلة الأخرى - للأسف، فقط البحث المستقل وقراءة الوثائق المتعلقة بالمكونات. ولكن من المؤسف أن التوصيات "العامة" مبسطة للغاية، وأحياناً بشكل جامح.

النقطة 1 - الطاقة الحرارية.

أما بالنسبة لمحولات طاقة المعالج، فكل شيء بسيط للغاية، وتتراوح كفاءتها حوالي 80٪. وفي الوقت نفسه، ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار على الفور أنها مصممة لاستهلاك معين للطاقة وعندما يتم تجاوز هذا الرقم (أو بشكل متناسب) تبدأ كفاءة تحويل الطاقة في الانخفاض. بشكل تقريبي، يجدر بنا أن نأخذ كفاءة تبلغ 82% للحمل المنخفض، و76% للحمل العادي. سيكون فقدان الطاقة 22 و 32 بالمائة من طاقة الخرج على التوالي. من الصعب إجراء حسابات الطاقة المنخفضة، حتى مع وجود تبسيطات قوية، لأن الخسائر في مكونات المحول تتناسب مع مربع تيار الخرج.

على سبيل المثال، اللوحة الأم التي تم تصنيفها بـ 120 وات TDP تحتوي على معالج 70 وات. في هذه الحالة، لا يتم زيادة الحمل، ومن المتوقع أن تصل الكفاءة المقدرة إلى 82٪. في هذه الحالة يتم استهلاك 70*100/82 = 85.4 وات من مصدر الطاقة. من هذا الرقم، يذهب 70 واط إلى المعالج، ويتم تبديد 85.4-70 = 15.4 واط على عناصر المحول.

نفس الحالة، ولكن استخدام معالج أكثر قوة (من حيث الاستهلاك) مع رفع تردد التشغيل سيعطي صورة مختلفة قليلاً. إذا كان يستهلك 140 واط (الأرقام عشوائية)، فمن المتوقع أن تنخفض كفاءة المحول إلى 76%. ستكون الخسائر أرقامًا مختلفة تمامًا: 140 * 100/76 = 184.2 واط من مصدر الطاقة، أو 184.2-140 = 44.2 واط لعناصر المحول.

أود أن أشير على الفور إلى أن الترانزستورات ليست كل هذه الخسائر ناجمة. يتبدد شيء ما، والكثير جدًا، على المحاثات والآثار، وقليلًا، على المكثفات. كيفية تقسيم الرقم الناتج إلى الترانزستورات والجميع؟ كل شيء يعتمد إلى حد كبير على المكونات المستخدمة. لنفترض أن ثلثي الحرارة تتبدد بواسطة الترانزستورات. فقط لا تسأل من أين جاء هذا الرقم. ويحتاج السقف إلى تبييضه.

لذلك، نحن بحاجة إلى النظر في خيارين: 15.4x2/3 = 10 واط و44.2*2/3 = 29 واط.

النقطة 2 – مساحة السطح النشطة للوحة الدوائر المطبوعة.

لنأخذ بعض اللوحة الأم ونرى كيف ستظهر.

تستخدم هذه اللوحة مكونات LFPAK المعبأة لنقل الحرارة بكفاءة إلى PCB. عظيم، يمكن إجراء الحسابات دون أي تعقيدات. إذا كانت المكونات ضعيفة في تبديد الحرارة إلى اللوحة، فسيكون حساب كفاءة تبديد الحرارة أمرًا صعبًا للغاية وسيكون من الأسهل الانتقال مباشرة إلى اختيار مبدد حرارة منفصل، وتجاهل خصائص تبديد الحرارة للوحة.

أولاً، دعونا نزيل تلك المناطق التي لا يمكنها إزالة الحرارة من المحول.

كل ما تبقى هو قياس السطح المتبقي. إذا كنت لا تأخذ في الاعتبار مساحة الحافة اليسرى السفلية مع نقش "BIOSTAR"، فستحصل على مستطيلين - العلوي 55x120 ملم والأيمن 45x85 ملم.

في السابق، تم النظر في كفاءة إزالة الحرارة بواسطة لوحة الدوائر المطبوعة. ومن النتائج التي تم الحصول عليها، تبين أن العرض الذي يزيد عن 60 ملم لم يكن فعالا (لذلك تم تجاهل الجانب الأيسر من اللوحة). في حالتي العرض 55 و 45 ملم وهو ما يفي بالشرط دون قيود. والنتيجة هي مساحة سطحية 55x120 + 45x85 = 104 سم2.

هناك فارق بسيط يفسد الانطباع العام. والحقيقة هي أن هناك مكونات أخرى على اللوحة إلى جانب المحول، وتقوم أيضًا بتسخين لوحة الدوائر المطبوعة. ومن أجل الوضوح، تجدر الإشارة إلى أن هذه المكونات تعمل كمشعات صغيرة وتقوم أيضًا بتبديد الحرارة. يوجد في هذه الصورة موصل المعالج، وهو (بتعبير أدق، المعالج) يتم تسخينه أيضًا. لكن ليس كثيرًا، فالحماية الحرارية للمعالج مضبوطة على درجة حرارة حوالي 60 درجة على الغطاء العلوي. أما الجزء السفلي من المعالج فهو أقل من درجة حرارة الغطاء. بالإضافة إلى ذلك، توجد بين الجزء السفلي من المعالج ولوحة الدوائر المطبوعة طبقة من جهات الاتصال التي لا تنقل الحرارة بشكل جيد. لذلك، يمكن تجاهل التسخين الحراري من المعالج.

النقطة 3 - المساحة والطاقة لكل ترانزستور.

يحتوي المحول على عشر مراحل، تحتوي كل منها على ثلاثة ترانزستورات. ومن الواضح أن فقدان الحرارة لا يتم توزيعه بالتساوي على جميع المكونات، ولكن الحسابات تقريبية.

يمثل الترانزستور الواحد 104/(10*3) = 3.5 سم2 من مساحة لوحة الدائرة المطبوعة. قوة:
الخيار الأول هو 10/(10*3) = 0.33 وات.
الخيار الثاني هو 29/(10*3) = 0.97 وات.

عذرا، توضيح بسيط حول المنهجية. في السابق، تم النظر في الدراسات باستخدام أقسام كبيرة إلى حد ما من لوحة الدوائر المطبوعة، والتي تكون أكبر بعدة مرات من الرقم 3.5 سم 2 الذي تم الحصول عليه في هذا الحساب. هل هذا يعني أن الدراسة السابقة كانت خاطئة؟ لا على الإطلاق، انظر عن كثب إلى الصورة، يتم تجميع الترانزستورات في مجموعة ويتم تبديد الحرارة بواسطة قسم طويل جدًا من اللوحة (45 و 55 مم).

النقطة 4 - حساب المبرد.

إذا تم توفير الطاقة والحرارة الفائقة، فيمكن حساب مساحة السطح المطلوبة. للقيام بذلك، عليك أن تقرر مقدار ما سيتم تخصيصه لارتفاع درجة الحرارة. في وحدة النظام، تعتبر درجة الحرارة العادية 35 درجة، وأكثر من 50 درجة، يعتبر المكون ساخنًا. اتضح أن هناك 50-35 = 15 درجة متبقية لارتفاع درجة الحرارة.

يرجى ملاحظة أن هذه الاعتبارات تؤثر على درجة حرارة المبرد (لوحة الدوائر المطبوعة)، وستكون درجة حرارة البلورة أعلى قليلاً.

لتبدأ، دعونا نحاول الاستغناء عن تدفق الهواء القسري.

تم بالفعل حساب مساحة سطح اللوحة (أو بالأحرى جانب واحد). بعد ذلك، يجب ضرب هذا الرقم بـ 1.5، لأن اللوحة لها وجهان. لماذا لا مضاعفة ذلك؟ هناك نقطتان هنا:

• أولاً، الجانب الخلفي من اللوحة الأم لا يبدد الحرارة بشكل فعال.
• ثانيا، لوحة الدوائر المطبوعة نفسها ليست مصنوعة من النحاس النقي ولا تعمل بكفاءة بسبب الخسائر.

بعد حساب السطح الفعال (الذي تم تخفيضه إلى لوحة مثالية)، يمكن تطبيق صيغة حسابية مبسطة عليه - يتم تسخين سطح مساحته 300 سم2 بدرجة واحدة عند إمداده بقوة واحدة وات. ولكن يمكنك الحصول على حل أبسط - فقد تم قياسه مسبقًا أنه بالنسبة للوحة الدوائر المطبوعة الداكنة (متعددة الطبقات بشكل طبيعي)، فإن معامل 1 درجة لكل واط يقع على (جانب واحد) من سطح 200 سم 2.

وفي أسوأ الحالات 0.97 وات ستكون مساحة الرادياتير المطلوبة 0.97 * 200/15 = 13 سم2.

حسنا، حان الوقت لذرف الدموع. إذا كان هناك 13 سم 2 على لوحة الترانزستور، فلا داعي للتفكير في أي مشعاع. وهكذا...3.5 سم2 فقط.

إذا أخذنا طاقة أقل (الخيار الأول يتطلب 0.33 واط فقط)، فإن مساحة المبرد المطلوبة ستكون 0.33 * 200/15 = 4.4 سم2.

حسنًا. إذا كنت لا تستخدم مشعاعًا إضافيًا، فإن الخيار الأول عملي تمامًا، فقط ارتفاع درجة الحرارة سيكون 19 درجة بدلاً من 15. ليست قاتلة، ودرجة حرارة الترانزستور نفسه ستكون 54 درجة. أما بالنسبة للحالة الثانية، فإن عدم وجود المبرد سيخبرك بقسوة شديدة - ارتفاع درجة الحرارة 56 درجة أو درجة الحرارة 91 درجة.

من الواضح سبب قيام الشركة المصنعة لهذه اللوحة الأم بتثبيت غرفة التبريد على الترانزستورات. للتقريب الأول، من أجل التشغيل الطبيعي للمحول، تحتاج إلى مشعاع 13 سم 2 * 30 = 390 سم 2، كبير جدًا. سأحاول أن أقوم بافتراض لا أساس له من الصحة وهو أن الرادياتير الذي تم تركيبه من قبل الشركة المصنعة له مساحة سطحية فعالة أقل بكثير مما هو مطلوب، مما يعني أنه ستكون هناك حاجة لتدفق هواء إضافي.

الاستنتاجات

الحرب هراء، الشيء الرئيسي هو المناورات!

الاستنتاجات، المحاولة الثانية.

مم …. الاستنتاجات ليست مكتوبة على الإطلاق، ربما؟

تحتوي جميع الحافظات تقريبًا على سطح بلاستيكي (سيراميك)، مما يجعل من الصعب تبديد الحرارة من خلاله. يمكنك تركيب مشعاع و/أو نفخه بتدفق هواء قوي، لكن التأثير سيظل متواضعًا. حسنا، ليس المقصود منهم هذا، ماذا يمكنك أن تفعل؟ علاوة على ذلك، فإن الأمر ليس أسهل لأن البلورة تقع في أعماق كبيرة تحت السطح.

إذا كانت الحالة تستخدم وصلة أسلاك من النوع الذي تمت مناقشته في قسم TSOP، فيجب أن تكون مادة العلبة أعلى بسمك الخيوط وهامش صغير فوقها للعزل الكهربائي. إذا كانت الأسلاك غائرة بعمق في العلبة وموجودة حول البلورة (انظر الصورة في قسم QFN)، فلا تزال هناك حاجة إلى هامش ملحوظ فوق البلورة، لأن الأسلاك التي تربط البلورة بالأسلاك ترتفع قليلاً فوق رقاقة أشباه الموصلات . لهذا السبب لم أختبر بشكل منفصل مجموعة مشتركة مثل drMOS - فلا فائدة من ذلك. هذا هو نفس "TSOP"، استنادًا إلى طريقة توصيل أسلاك الطاقة (وبالتالي سمك الغطاء العلوي فوق البلورة)؛ وQFN، عن طريق إزالة الحرارة في لوحة الدوائر المطبوعة.

ولإزالة الحرارة من خلال اللوحة الموجودة في الأسفل. يتم رفع العلبة العادية، بدون إدخالات، قليلاً فوق اللوحة وتنقل الحرارة بشكل سيء للغاية عبر الجزء السفلي. لا يتم ترك الفجوة بسبب أي ضرر خاص، فهي مطلوبة من الناحية التكنولوجية - قد تكون هناك عيوب محلية في لوحة الدائرة المطبوعة (قناع واقي، علامات، تخفيف اللوحة متعددة الطبقات)، وهناك اختلاف في المعلمات عند تشكيل الخيوط وتصنيع القضية.

تتمثل المهمة الرئيسية لحزمة SMD في التأكد من أن المسامير، وجميع المسامير، تتناسب بشكل آمن مع منصات لوحة الدائرة المطبوعة. هذا هو المكان الذي تظهر فيه الفجوة بين الحالة واللوحة. إنها صغيرة الحجم، لكن خصائص عزلها الحراري "جيدة". إذا كان المكون يولد الكثير من الحرارة، فيمكن استخدام نسخة معدلة من الغلاف، مع وجود لوحة معدنية في الأسفل. في هذه الحالة، يتم تركيب بلورة أشباه الموصلات على هذه اللوحة، وإلا فلا فائدة من تسييج الحديقة. الحل جيد، لكن لماذا لا ينتشر؟ إذا نسينا التكلفة المتزايدة قليلاً للعلبة والتعبئة والتغليف للكريستال، فستظل هناك مشكلة خطيرة للغاية - حيث يتداخل الجزء السفلي "المعدني" مع توجيه اللوحة.

لا يمكنك وضع مثل هذه الحالة على السبورة، فالقناع الواقي لا يمكن أن يضمن عدم وجود ماس كهربائي. حتى لو قمت بلف أذرع التقنيين وتثبيتها، فسيظل الأمر سيئًا - في الإلكترونيات الحديثة، جميع الدوائر عبارة عن خطوط، ولها مقاومة محددة جدًا. وبما أن المعدن السفلي يقع مباشرة فوق الموصلات، فسيتم تغيير المعاوقة ولن تتوافق مع المحسوبة. إذا تغيرت ممانعة الدائرة على طولها، تحدث انعكاسات محلية جزئية ويتشوه شكل الإشارة.

لذلك، إذا تم استخدام علبة معدنية في الأسفل، فيجب عزل المنطقة المقابلة من اللوحة عن التوجيه. عادة، إذا كان هناك معدن في الأسفل، فإنه يحتل جزءا كبيرا منه، مما يؤثر حتما على جودة توجيه الدائرة - ببساطة مساحة أقل. لذلك، على الرغم من أن الإدخالات نفسها مفيدة، إلا أنها لم يتم تثبيتها لأسباب موضوعية. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه في الدوائر الدقيقة، غالبا ما يتم تثبيت بلورات أشباه الموصلات على لوحات توزيع الحرارة، فهي ببساطة غير مرئية، كونها معزولة في السكن. في الوقت نفسه، يتم تحسين تبديد الحرارة، ويبدو المظهر الخارجي للحالة تقليديا.

بالمناسبة، نظرت ذات مرة إلى رقائق SDRAM في حزمة TSOP - لقد استخدموا بلورة ضخمة من أشباه الموصلات تغطي كامل مساحة العلبة. في هذه الحالة، تم تركيب البلورة على لوحة نحاسية رقيقة. رقائق الذاكرة حساسة للغاية للتدفئة المحلية، وبالتالي فإن إدخال اللوحة له ما يبرره للغاية.

وبناء على نتائج القياس، تراكمت بعض الاستنتاجات العامة، وحان الوقت لجمعها في مكان واحد.

تؤثر أنواع الحالات على آلية التبريد. إذا كانت العبوة لا تنص على تبديد الحرارة داخل اللوحة (TSOP، وSOIC وما شابه ذلك)، فلا يجب الاعتماد على تبديد الحرارة الفعال عن طريق لوحة الدوائر المطبوعة. في حالة وجود سطح متطور، يمكنك الاعتماد على تدفق الهواء. خلاف ذلك، سيتعين عليك تثبيت مشعاع إضافي.

الفوط الحرارية شريرة، وينعكس جوهرها الضار بوضوح في القياسات. في عدد من الحالات، يؤدي إدخال هذا العنصر إلى نتيجة أسوأ من عدم وجود مشعاع على الإطلاق. للأسف، عند استخدام مشعاع جماعي مشترك في عدة حالات، لا يمكنك الاستغناء عن هذا الشر - على الأقل قليلاً، لكن الحالات تختلف في السماكة، واللوحة الحرارية مصممة لتعويض الفرق. تتطلب بعض الحالات ببساطة استخدام الوسادات الحرارية، لأنها تحتوي على سطح معدني متصل بالدائرة الكهربائية.

المشعات المحلية أفضل من المشعات الجماعية، لأنها لا تتطلب استخدام وسادة حرارية، ولكن يجب أن يكون حجم وشكل هذا المبرد مناسبًا - حجم كبير (بتعبير أدق، سطح)، إبر أو زعانف نادرة وعالية. حجم المكون المعتاد هو 5x5 ... 10x10 مم، مما يجعل من الصعب اختيار المبرد المناسب. انظر إلى نتائج الاختبار، مشعات 10 سم 2 ... 20 سم 2 لا يمكن أن يكون لها تأثير كبير دون تدفق الهواء القسري، وهذه بالفعل هياكل كبيرة جدًا.

في حالة ارتفاع درجة حرارة أحد المكونات، يكون استخدام تدفق الهواء أكثر فعالية من تركيب المبرد. السبب تافه - المقاومة الحرارية العالية من خلال الغطاء العلوي. الحالات ببساطة ليست مصممة لتبديد الحرارة من خلال الجزء العلوي. لن نتحدث عن تغليف DirectFET في الوقت الحالي، لأنه ليس شائعًا جدًا. من المؤسف.

فيما يتعلق بحماية الدوائر الكهربائية من قطبية الطاقة غير الصحيحة باستخدام ترانزستور التأثير الميداني، تذكرت أنني واجهت منذ فترة طويلة مشكلة لم يتم حلها تتمثل في فصل البطارية تلقائيًا عن الشاحن عند إلغاء تنشيط الأخير. وأصبح لدي فضول لمعرفة ما إذا كان من الممكن تطبيق نهج مماثل في حالة أخرى، حيث تم استخدام الصمام الثنائي أيضًا كعنصر إغلاق منذ زمن سحيق.

هذه المقالة هي دليل نموذجي لبناء الدراجات، لأن... يتحدث عن تطوير دائرة تم تطبيق وظائفها منذ فترة طويلة في ملايين الأجهزة الجاهزة. ولذلك، فإن الطلب لا يتعامل مع هذه المادة على أنها شيء نفعي تمامًا. بل هي ببساطة قصة كيفية ولادة جهاز إلكتروني: من التعرف على الحاجة إلى نموذج أولي فعال من خلال جميع العقبات.

لماذا كل هذا؟

عند عمل نسخة احتياطية من مصدر طاقة تيار مستمر منخفض الجهد، فإن أسهل طريقة لتضمين بطارية الرصاص الحمضية هي كمخزن مؤقت، ببساطة بالتوازي مع مصدر التيار الكهربائي، كما حدث في السيارات قبل أن يكون لديها أدمغة معقدة. على الرغم من أن البطارية لا تعمل في الوضع الأمثل، إلا أنها تكون مشحونة دائمًا ولا تتطلب أي تبديل للطاقة عندما يتم إيقاف تشغيل جهد التيار الكهربائي عند مدخل مصدر الطاقة أو تشغيله. أدناه سنتحدث بمزيد من التفصيل عن بعض مشاكل هذا التضمين ومحاولة حلها.

خلفية

فقبل ​​عشرين عاما فقط، لم تكن مثل هذه القضية مدرجة على جدول الأعمال. والسبب في ذلك هو دوائر مصدر الطاقة الرئيسي (أو الشاحن)، والتي تمنع البطارية من التفريغ إلى دوائر الخرج الخاصة بها عند إيقاف تشغيل جهد التيار الكهربائي. دعونا نلقي نظرة على أبسط دائرة كتلة مع تصحيح نصف الموجة:

من الواضح تمامًا أن نفس الصمام الثنائي الذي يصحح الجهد المتناوب لملف التيار الكهربائي سيمنع أيضًا تفريغ البطارية على الملف الثانوي للمحول عند إيقاف تشغيل جهد مصدر التيار الكهربائي. إن دائرة مقوم جسر الموجة الكاملة، على الرغم من أنها أقل وضوحًا إلى حد ما، إلا أنها تتمتع بنفس الخصائص تمامًا. وحتى استخدام مثبت الجهد البارامترى مع مضخم التيار (مثل الدائرة الدقيقة 7812 واسعة الانتشار ونظائرها) لا يغير الوضع:

في الواقع، إذا نظرت إلى الدائرة المبسطة لمثل هذا المثبت، يصبح من الواضح أن تقاطع باعث ترانزستور الإخراج يلعب دور نفس الصمام الثنائي للإغلاق، والذي يغلق عند فقدان الجهد عند خرج المقوم، ويحافظ على شحن البطارية سليمة.

ومع ذلك، في السنوات الأخيرة تغير كل شيء. تم استبدال مصادر طاقة المحولات ذات التثبيت البارامتري بمحولات جهد AC/DC أكثر إحكاما وأرخص، والتي تتمتع بكفاءة ونسبة طاقة/وزن أعلى بكثير. ولكن مع كل المزايا، فإن مصادر الطاقة هذه لها عيب واحد: تتميز دوائر الخرج الخاصة بها بتصميم دوائر أكثر تعقيدًا، والتي عادةً لا توفر أي حماية ضد تدفق التيار من الدائرة الثانوية. ونتيجة لذلك، عند استخدام مثل هذا المصدر في نظام من النوع "BP -> بطارية عازلة -> تحميل"، عندما يتم إيقاف تشغيل جهد التيار الكهربائي، تبدأ البطارية في التفريغ بشكل مكثف إلى دوائر الخرج الخاصة بمصدر الطاقة.

أبسط طريقة (الدايود)

الحل الأبسط هو استخدام صمام ثنائي حاجز شوتكي متصل بالسلك الموجب الذي يربط مصدر الطاقة والبطارية:

ومع ذلك، فقد تم بالفعل التعبير عن المشاكل الرئيسية لمثل هذا الحل في المقالة المذكورة أعلاه. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون هذا النهج غير مقبول نظرًا لحقيقة أن بطارية الرصاص الحمضية بقدرة 12 فولت تتطلب جهدًا لا يقل عن 13.6 فولت لتعمل في وضع المخزن المؤقت. وما يقرب من نصف فولت يسقط عبر الصمام الثنائي يمكن أن يجعل هذا الجهد بعيد المنال ببساطة مع مصدر الطاقة الحالي (حالتي بالضبط).

كل هذا يجبرنا على البحث عن طرق بديلة للتبديل التلقائي والتي يجب أن تتمتع بالخصائص التالية:

1. انخفاض الجهد الأمامي المنخفض عند التشغيل.
2. القدرة على تحمل، دون تسخين كبير، التيار المباشر المستهلك من مصدر الطاقة بواسطة الحمل والبطارية العازلة عند التشغيل.
3. ارتفاع انخفاض الجهد العكسي وانخفاض الاستهلاك الذاتي خارج الدولة.
4. عادة ما تكون في حالة إيقاف التشغيل، بحيث أنه عندما يتم توصيل بطارية مشحونة بنظام تم إلغاء تنشيطه في البداية، فإنها لا تبدأ في التفريغ.
5. الانتقال التلقائي إلى حالة التشغيل عند تطبيق جهد التيار الكهربائي، بغض النظر عن وجود البطارية ومستوى شحنها.
6. أسرع انتقال تلقائي ممكن إلى حالة إيقاف التشغيل في حالة انقطاع التيار الكهربائي.

لو كان الدايود جهازا مثاليا، فإنه سيحقق كل هذه الشروط دون أي مشاكل، لكن الواقع القاسي يلقي ظلالا من الشك على النقطتين 1 و 2.

الحل الساذج (مرحل التيار المستمر)

عند تحليل المتطلبات، فإن أي شخص "على دراية" ولو قليلًا سوف يأتي بفكرة استخدام مرحل كهرومغناطيسي لهذا الغرض، وهو قادر على إغلاق جهات الاتصال فعليًا باستخدام المجال المغناطيسي الناتج عن التحكم الحالي في اللف. وربما سيخربش شيئًا كهذا على منديل:

في هذه الدائرة، يتم إغلاق اتصالات التتابع المفتوحة عادةً فقط عندما يتدفق التيار عبر الملف المتصل بمخرج مصدر الطاقة. ومع ذلك، إذا قمت بالاطلاع على قائمة المتطلبات، فقد اتضح أن هذه الدائرة لا تتوافق مع النقطة 6. بعد كل شيء، إذا تم إغلاق جهات اتصال التتابع مرة واحدة، فلن يؤدي فقدان جهد التيار الكهربائي إلى فتحها لسبب ذلك يبقى اللف (ومعه دائرة الإخراج الكاملة لمصدر الطاقة) متصلاً بالبطارية من خلال نفس جهات الاتصال! هناك حالة نموذجية من ردود الفعل الإيجابية، عندما يكون لدائرة التحكم اتصال مباشر مع الدائرة التنفيذية، ونتيجة لذلك، يكتسب النظام خصائص الزناد ثنائي الاستقرار.

وبالتالي، فإن مثل هذا النهج الساذج ليس حلاً للمشكلة. علاوة على ذلك، إذا قمت بتحليل الوضع الحالي بشكل منطقي، فيمكنك بسهولة التوصل إلى استنتاج مفاده أنه في الفترة "BP -> البطارية العازلة"، في ظل ظروف مثالية، لا يوجد حل آخر غير صمام يوصل التيار في اتجاه واحد. في الواقع، إذا لم نستخدم أي إشارة تحكم خارجية، فبغض النظر عما نفعله في هذه المرحلة من الدائرة، فإن أيًا من عناصر التحويل لدينا، بمجرد تشغيلها، سيجعل الكهرباء الناتجة عن البطارية غير قابلة للتمييز عن الكهرباء الناتجة عن البطارية مزود الطاقة.

الدوار (مرحل التيار المتردد)

بعد إدراك كل مشاكل النقطة السابقة، عادة ما يأتي الشخص "النافش" بفكرة جديدة تتمثل في استخدام مصدر الطاقة نفسه كصمام موصل أحادي الاتجاه. ولم لا؟ بعد كل شيء، إذا لم يكن مصدر الطاقة جهازًا قابلاً للعكس، وكان جهد البطارية الذي يتم توفيره لمخرجه لا يخلق جهدًا متناوبًا يبلغ 220 فولت عند الإدخال (كما يحدث في 100٪ من الحالات في الدوائر الحقيقية)، فيمكن أن يكون هذا الاختلاف يمكن استخدامها كإشارة تحكم لعنصر التبديل:

البنغو! تم استيفاء جميع المتطلبات والشيء الوحيد المطلوب لذلك هو مرحل قادر على إغلاق جهات الاتصال عند تطبيق جهد التيار الكهربائي عليه. قد يكون هذا مرحلًا خاصًا للتيار المتردد مصممًا لجهد التيار الكهربائي. أو مرحل عادي مزود بمصدر طاقة صغير خاص به (أي دائرة تنحي خالية من المحولات مع مقوم بسيط تكفي هنا).

كان بإمكاننا الاحتفال بالنصر، لكن هذا القرار لم يعجبني. أولاً، تحتاج إلى توصيل شيء ما مباشرة بالشبكة، وهو أمر غير جيد من الناحية الأمنية. ثانيًا، حقيقة أن هذا المرحل يجب أن يقوم بتبديل تيارات كبيرة، ربما تصل إلى عشرات الأمبيرات، وهذا يجعل التصميم بأكمله ليس تافهًا ومضغوطًا كما قد يبدو في البداية. وثالثًا، ماذا عن مثل هذا الترانزستور ذو التأثير الميداني المناسب؟

الحل الأول (FET + مقياس جهد البطارية)

قادني البحث عن حل أكثر أناقة للمشكلة إلى إدراك حقيقة أن البطارية التي تعمل في وضع المخزن المؤقت بجهد يبلغ حوالي 13.8 فولت، دون "إعادة شحن" خارجي، تفقد جهدها الأصلي بسرعة حتى في حالة عدم وجود حمل . إذا بدأ في التفريغ من مصدر الطاقة، فإنه يفقد في الدقيقة الأولى ما لا يقل عن 0.1 فولت، وهو أكثر من كافٍ للتثبيت الموثوق به بواسطة مقارنة بسيطة. بشكل عام، الفكرة هي كما يلي: يتم التحكم في بوابة ترانزستور تأثير المجال المبدئي بواسطة جهاز مقارنة. يتم توصيل أحد مدخلات المقارنة بمصدر جهد ثابت. يتم توصيل الإدخال الثاني بمقسم جهد مصدر الطاقة. علاوة على ذلك، يتم تحديد معامل التقسيم بحيث يكون الجهد عند خرج المقسم عند تشغيل مصدر الطاقة أعلى بحوالي 0.1..0.2 فولت من جهد المصدر المستقر. ونتيجة لذلك، عند تشغيل مصدر الطاقة، سوف يسود الجهد من المقسم دائمًا، ولكن عندما يتم إلغاء تنشيط الشبكة، مع انخفاض جهد البطارية، سينخفض ​​بما يتناسب مع هذا الانخفاض. بعد مرور بعض الوقت، سيكون الجهد عند خرج المقسم أقل من جهد المثبت وسيقوم جهاز المقارنة بكسر الدائرة باستخدام ترانزستور تأثير المجال.

رسم تخطيطي تقريبي لمثل هذا الجهاز:

كما ترون، يتم توصيل الإدخال المباشر للمقارنة بمصدر الجهد المستقر. جهد هذا المصدر، من حيث المبدأ، ليس مهما، والشيء الرئيسي هو أنه ضمن الفولتية المدخلات المسموح بها للمقارنة، ولكنه مناسب عندما يكون ما يقرب من نصف جهد البطارية، أي حوالي 6 فولت. يتم توصيل الإدخال العكسي للمقارنة بمقسم جهد مصدر الطاقة، ويتم توصيل الإخراج ببوابة ترانزستور التبديل. عندما يتجاوز الجهد عند المدخل العكسي ذلك عند المدخل الأمامي، يقوم خرج المقارنة بتوصيل بوابة ترانزستور التأثير الميداني بالأرض، مما يؤدي إلى تشغيل الترانزستور وإكمال الدائرة. بعد إلغاء تنشيط الشبكة، ينخفض ​​جهد البطارية بعد مرور بعض الوقت، وينخفض ​​معه الجهد عند الإدخال العكسي للمقارن، وعندما يكون أقل من المستوى عند الإدخال المباشر، يقوم المقارن "بتمزيق" بوابة الترانزستور من الأرض وبالتالي كسر الدائرة. بعد ذلك، عندما "يعود مصدر الطاقة إلى الحياة" مرة أخرى، سيرتفع الجهد عند الإدخال العكسي على الفور إلى المستوى الطبيعي وسيفتح الترانزستور مرة أخرى.

من أجل التنفيذ العملي لهذه الدائرة، استخدمت شريحة LM393 التي كانت بحوزتي. إنها رخيصة جدًا (أقل من عشرة سنتات في تجارة التجزئة) ولكنها في نفس الوقت اقتصادية ولها خصائص جيدة جدًا ومقارنة مزدوجة. فهو يسمح بجهد إمداد طاقة يصل إلى 36 فولت، وله معامل نقل لا يقل عن 50 فولت/ملي فولت، ومدخلاته تتمتع بمقاومة عالية إلى حد ما. أول ترانزستور P-channel عالي الطاقة متاح تجاريًا، FDD6685، تم استخدامه كترانزستور تبديل. وبعد عدة تجارب تم استخلاص دائرة التبديل العملية التالية:

في ذلك، يتم استبدال المصدر المجرد للجهد المستقر بمثبت حدودي حقيقي للغاية يتكون من المقاوم R2 وثنائي زينر D1، ويتم تصنيع المقسم على أساس تقليم المقاوم R1، مما يسمح لك بضبط معامل التقسيم إلى المطلوب قيمة. نظرًا لأن مدخلات المقارنة لها مقاومة كبيرة جدًا، فإن قيمة مقاومة التخميد في المثبت يمكن أن تكون أكثر من مائة كيلو أوم، مما يسمح بتقليل تيار التسرب، وبالتالي الاستهلاك الإجمالي للجهاز. قيمة المقاوم التشذيب ليست حرجة على الإطلاق ويمكن تحديدها في نطاق يتراوح من عشرة إلى عدة مئات من كيلو أوم دون أي عواقب على أداء الدائرة. نظرًا لحقيقة أن دائرة الخرج الخاصة بالمقارن LM393 مبنية وفقًا لدائرة تجميع مفتوحة، فإن مقاوم الحمل R3 بمقاومة عدة مئات من كيلو أوم مطلوب أيضًا لإكماله الوظيفي.

يأتي ضبط الجهاز إلى ضبط موضع شريط تمرير المقاوم المتقلب على الموضع الذي يتجاوز فيه الجهد في الساق 2 من الدائرة الدقيقة الجهد الموجود في الساق 3 بحوالي 0.1..0.2 فولت. للإعداد، من الأفضل عدم استخدام مقياس متعدد في دوائر ذات مقاومة عالية، ولكن ببساطة عن طريق ضبط شريط تمرير المقاوم على الموضع السفلي (وفقًا للمخطط)، قم بتوصيل مصدر الطاقة (لم نقوم بتوصيل البطارية بعد)، وبعد قياس الجهد عند الطرف 1 من الدائرة الدقيقة، قم بتحريك جهة اتصال المقاوم لأعلى. بمجرد انخفاض الجهد بشكل حاد إلى الصفر، يمكن اعتبار الضبط المسبق مكتملاً.

لا ينبغي أن تسعى إلى إيقاف التشغيل عند الحد الأدنى من فرق الجهد، لأن هذا سيؤدي حتما إلى تشغيل غير صحيح للدائرة. في الظروف الحقيقية، على العكس من ذلك، عليك خفض الحساسية عمدا. والحقيقة هي أنه عند تشغيل الحمل، ينخفض ​​\u200b\u200bالجهد عند مدخل الدائرة حتما بسبب الاستقرار غير المثالي في مصدر الطاقة والمقاومة المحدودة لأسلاك التوصيل. يمكن أن يؤدي هذا إلى حقيقة أن الجهاز شديد الحساسية سيعتبر مثل هذا التراجع بمثابة انقطاع لمصدر الطاقة وكسر الدائرة. ونتيجة لذلك، سيتم توصيل مصدر الطاقة فقط في حالة عدم وجود حمل، وسيتعين على البطارية أن تعمل بقية الوقت. صحيح، عندما يتم تفريغ البطارية قليلاً، سيتم فتح الصمام الثنائي الداخلي لترانزستور التأثير الميداني وسيبدأ التيار من مصدر الطاقة بالتدفق إلى الدائرة من خلاله. ولكن هذا سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الترانزستور وإلى حقيقة أن البطارية ستعمل في وضع الشحن المنخفض على المدى الطويل. بشكل عام، يجب إجراء المعايرة النهائية تحت حمل حقيقي، ومراقبة الجهد عند الطرف 1 من الدائرة الدقيقة وترك هامش صغير للموثوقية في النهاية.

تتمثل العيوب الكبيرة لهذا المخطط في التعقيد النسبي للمعايرة والحاجة إلى تحمل الخسائر المحتملة في طاقة البطارية من أجل ضمان التشغيل الصحيح.

العيب الأخير طاردني وبعد بعض التفكير قادني إلى فكرة عدم قياس جهد البطارية، ولكن مباشرة اتجاه التيار في الدائرة.

الحل الثاني (ترانزستور التأثير الميداني + مقياس اتجاه التيار)

لقياس اتجاه التيار، يمكن استخدام بعض أجهزة الاستشعار الذكية. على سبيل المثال، مستشعر Hall الذي يسجل ناقل المجال المغناطيسي حول الموصل ويسمح لك بتحديد ليس فقط الاتجاه، ولكن أيضًا قوة التيار دون كسر الدائرة. ومع ذلك، نظرا لعدم وجود مثل هذا المستشعر (والخبرة مع مثل هذه الأجهزة)، فقد تقرر محاولة قياس علامة انخفاض الجهد على قناة الترانزستور ذات التأثير الميداني. بالطبع، في الحالة المفتوحة، يتم قياس مقاومة القناة بمئات الأوم (وهذا هو الغرض من الفكرة برمتها)، ولكنها مع ذلك محدودة تمامًا ويمكنك محاولة اللعب عليها. هناك حجة إضافية لصالح هذا الحل وهي أنه ليست هناك حاجة لإجراء تعديلات دقيقة. سنقوم فقط بقياس قطبية انخفاض الجهد، وليس قيمته المطلقة.

وفقًا للحسابات الأكثر تشاؤمًا، مع مقاومة قناة مفتوحة لترانزستور FDD6685 تبلغ حوالي 14 مللي أوم وحساسية تفاضلية للمقارنة LM393 من عمود "الحد الأدنى" تبلغ 50 فولت/مللي فولت، سيكون لدينا تأرجح جهد كامل قدره 12 فولت عند خرج المقارنة بتيار عبر الترانزستور يزيد قليلاً عن 17 مللي أمبير. كما ترون، القيمة حقيقية تماما. من الناحية العملية، يجب أن تكون أصغر تقريبًا، لأن الحساسية النموذجية للمقارن لدينا هي 200 فولت / ملي فولت، ومقاومة قناة الترانزستور في الظروف الحقيقية، مع الأخذ في الاعتبار التثبيت، من غير المرجح أن تكون أقل من 25 مللي أوم، و لا يجوز أن يتجاوز تأرجح جهد التحكم عند البوابة ثلاثة فولت.

سيبدو التنفيذ المجرد كما يلي:

هنا يتم توصيل مدخلات المقارنة مباشرة بالحافلة الموجبة على الجانبين المتقابلين من ترانزستور التأثير الميداني. عندما يمر التيار من خلاله في اتجاهات مختلفة، فإن الفولتية عند مدخلات المقارنة ستختلف حتما، وسوف تتوافق إشارة الفرق مع اتجاه التيار، وسوف يتوافق الحجم مع قوته.

للوهلة الأولى، تبين أن الدائرة بسيطة للغاية، ولكن هنا تنشأ مشكلة مع مصدر الطاقة للمقارنة. يكمن في حقيقة أننا لا نستطيع تشغيل الدائرة الدقيقة مباشرة من نفس الدوائر التي من المفترض أن تقيسها. وفقًا لورقة البيانات، يجب ألا يكون الحد الأقصى للجهد عند مدخلات LM393 أعلى من جهد الإمداد مطروحًا منه 2 فولت. إذا تم تجاوز هذه العتبة، يتوقف جهاز المقارنة عن ملاحظة الفرق في الفولتية عند المدخلات المباشرة والعكسية.

هناك حلان محتملان لهذه المشكلة. الأول، الواضح، هو زيادة جهد مصدر المقارنة. الشيء الثاني الذي يتبادر إلى ذهنك، إذا فكرت قليلاً، هو تقليل جهد التحكم بالتساوي باستخدام مقسمين. إليك ما قد يبدو عليه الأمر:

هذا المخطط آسر ببساطته وإيجازه، ولكن لسوء الحظ، فهو غير ممكن في العالم الحقيقي. الحقيقة هي أننا نتعامل مع فرق الجهد بين مدخلات المقارنة بمقدار بضعة ميلي فولت فقط. في الوقت نفسه، فإن انتشار مقاومة المقاومات حتى من أعلى فئة الدقة هو 0.1٪. مع الحد الأدنى المقبول لنسبة القسمة من 2 إلى 8 ومقاومة مقسم معقولة تبلغ 10 كيلو أوم، سيصل خطأ القياس إلى 3 مللي فولت، وهو أكبر بعدة مرات من انخفاض الجهد عبر الترانزستور عند تيار 17 مللي أمبير. يتم إلغاء استخدام "الموالف" في أحد المقسمات لنفس السبب، لأنه لا يمكن تحديد مقاومته بدقة تزيد عن 0.01% حتى عند استخدام المقاوم الدقيق متعدد الدورات (بالإضافة إلى ذلك، لا تنسى حول الوقت ودرجة الحرارة الانجراف). بالإضافة إلى ذلك، كما هو مكتوب أعلاه، من الناحية النظرية، لا ينبغي أن تحتاج هذه الدائرة إلى المعايرة على الإطلاق نظرًا لطبيعتها "الرقمية" تقريبًا.

بناءً على كل ما قيل، فإن الخيار الوحيد المتبقي عمليًا هو زيادة جهد الإمداد. من حيث المبدأ، هذه ليست مشكلة من هذا القبيل، مع الأخذ في الاعتبار أن هناك عددًا كبيرًا من الدوائر الدقيقة المتخصصة التي تسمح لك ببناء محول تصاعدي للجهد المطلوب باستخدام أجزاء قليلة فقط. ولكن بعد ذلك سوف يتضاعف تقريبًا تعقيد الجهاز واستهلاكه، وهو ما أود تجنبه.

هناك عدة طرق لبناء محول تعزيز منخفض الطاقة. على سبيل المثال، تستخدم معظم المحولات المتكاملة جهد الحث الذاتي لمحث صغير متصل على التوالي بمفتاح "طاقة" موجود مباشرة على الشريحة. هذا النهج له ما يبرره لتحويل قوي نسبيا، على سبيل المثال، لتشغيل الصمام مع تيار عشرات المللي أمبير. في حالتنا، من الواضح أن هذا زائد عن الحاجة، لأننا نحتاج فقط إلى توفير تيار يبلغ حوالي ملي أمبير واحد. تعد دائرة مضاعفة الجهد DC باستخدام مفتاح التحكم ومكثفين وثنائيين أكثر ملاءمة لنا. يمكن فهم مبدأ عملها من الرسم البياني:

في اللحظة الأولى، عندما يتم إيقاف تشغيل الترانزستور، لا يحدث شيء مثير للاهتمام. يمر التيار من ناقل الطاقة عبر الثنائيات D1 و D2 إلى الخرج، ونتيجة لذلك يكون الجهد على المكثف C2 أقل قليلاً من الجهد الذي يتم توفيره للإدخال. ومع ذلك، إذا فتح الترانزستور، فإن المكثف C1، من خلال الصمام الثنائي D1 والترانزستور، سوف يشحن تقريبًا إلى جهد المصدر (مطروحًا منه الانخفاض المباشر عبر D1 والترانزستور). الآن، إذا أغلقنا الترانزستور مرة أخرى، يتبين أن المكثف المشحون C1 متصل على التوالي مع المقاوم R1 ومصدر الطاقة. ونتيجة لذلك، فإن الجهد الخاص به سوف يضاف إلى جهد مصدر الطاقة، وبعد أن عانى من بعض الخسائر في المقاوم R1 والصمام الثنائي D2، سوف يشحن C2 إلى مضاعفة Uin تقريبًا. بعد ذلك، يمكن بدء الدورة بأكملها من جديد. نتيجة لذلك، إذا تم تبديل الترانزستور بانتظام، واستخراج الطاقة من C2 ليس كبيرًا جدًا، فمن 12 فولت تحصل على حوالي 20 بتكلفة خمسة أجزاء فقط (بدون حساب المفتاح)، من بينها لا يوجد ملف واحد أو عنصر الأبعاد

لتنفيذ مثل هذا المضاعف، بالإضافة إلى العناصر المذكورة بالفعل، نحتاج إلى مولد التذبذب والمفتاح نفسه. قد يبدو الأمر مليئًا بالتفاصيل، لكنه في الواقع ليس كذلك، لأننا لدينا بالفعل كل ما نحتاجه تقريبًا. أتمنى ألا تنسى أن LM393 يحتوي على مقارنتين؟ وماذا عن حقيقة أننا استخدمنا واحدًا منهم فقط حتى الآن؟ بعد كل شيء، المقارنة هي أيضا مكبر للصوت، مما يعني أنه إذا قمت بتغطيته بردود فعل إيجابية على التيار المتردد، فسوف يتحول إلى مولد. في الوقت نفسه، سيتم فتح وإغلاق ترانزستور الإخراج بانتظام، مما يؤدي بشكل مثالي إلى دور المفتاح المضاعف. هذا ما نحصل عليه عندما نحاول تنفيذ خطتنا:

في البداية، قد تبدو فكرة تشغيل المولد بالجهد الذي ينتجه بالفعل أثناء التشغيل فكرة جامحة للغاية. ومع ذلك، إذا ألقيت نظرة فاحصة، يمكنك أن ترى أن المولد يتلقى الطاقة في البداية من خلال الثنائيات D1 و D2، وهو ما يكفي لبدء تشغيله. بعد حدوث التوليد، يبدأ المضاعف في العمل، ويزداد جهد الإمداد بسلاسة إلى حوالي 20 فولت. لا تستغرق هذه العملية أكثر من ثانية، وبعد ذلك يتلقى المولد ومعه المقارنة الأولى طاقة تتجاوز بشكل كبير جهد تشغيل الدائرة. وهذا يمنحنا الفرصة لقياس فرق الجهد بشكل مباشر عند المصدر واستنزاف ترانزستور التأثير الميداني وتحقيق هدفنا.

هنا هو الرسم البياني النهائي للمفتاح لدينا:

لم يتبق شيء لشرحه، كل شيء موصوف أعلاه. كما ترون، لا يحتوي الجهاز على عنصر تعديل واحد، وإذا تم تجميعه بشكل صحيح، يبدأ العمل على الفور. بالإضافة إلى العناصر النشطة المألوفة بالفعل، تمت إضافة صمامين ثنائيين فقط، حيث يمكنك استخدام أي صمامات ثنائية منخفضة الطاقة بأقصى جهد عكسي لا يقل عن 25 فولت وتيار أمامي بحد أقصى 10 مللي أمبير (على سبيل المثال، على نطاق واسع تستخدم 1N4148، والتي يمكن فكها من اللوحة الأم القديمة).

تم اختبار هذه الدائرة على اللوح، حيث أثبتت أنها تعمل بكامل طاقتها. تتوافق المعلمات التي تم الحصول عليها تمامًا مع التوقعات: التبديل الفوري في كلا الاتجاهين، وعدم وجود استجابة كافية عند توصيل الحمل، والاستهلاك الحالي من البطارية هو 2.1 مللي أمبير فقط.

يتم أيضًا تضمين أحد خيارات تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة. 300 نقطة في البوصة، عرض من جانب الأجزاء (لذلك تحتاج إلى الطباعة في صورة معكوسة). يتم تركيب ترانزستور التأثير الميداني على جانب الموصل.

الجهاز مُجمَّع وجاهز تمامًا للتثبيت:

لقد قمت بتوصيله بالطريقة القديمة، فتبين أنه ملتوي بعض الشيء، ولكن مع ذلك، يقوم الجهاز بوظائفه بانتظام لعدة أيام في دائرة بتيار يصل إلى 15 أمبير دون أي علامات ارتفاع درجة الحرارة.

نشرت أصلا في مهنيا عن الطاقة. الرجاء ترك أي تعليقات هناك.

ستحتوي منزل مصمم الراديو دائمًا على الثنائيات والترانزستورات القديمة من أجهزة الراديو والتلفزيون التي أصبحت غير ضرورية.

وفي أيدي ماهرة، هذه ثروة يمكن استغلالها بشكل جيد. على سبيل المثال، اصنع بطارية شمسية شبه موصلة لتشغيل راديو ترانزستور في الظروف الميدانية. كما هو معروف، عند إضاءتها بالضوء، تصبح أشباه الموصلات مصدرًا للتيار الكهربائي - خلية ضوئية.

سوف نستخدم هذه الخاصية. تعتمد القوة الحالية والقوة الدافعة الكهربائية لهذه الخلية الكهروضوئية على مادة أشباه الموصلات وحجم سطحها والإضاءة. ولكن من أجل تحويل الصمام الثنائي أو الترانزستور إلى خلية ضوئية، عليك الوصول إلى بلورة أشباه الموصلات، أو بالأحرى، تحتاج إلى فتحها.

سنخبرك بكيفية القيام بذلك بعد قليل، ولكن في الوقت الحالي، قم بإلقاء نظرة على الجدول الذي يوضح معلمات الخلايا الكهروضوئية محلية الصنع. تم الحصول على جميع القيم تحت الإضاءة بمصباح 60 واط على مسافة 170 ملم، وهو ما يتوافق تقريبًا مع شدة ضوء الشمس في يوم خريفي جميل.

وكما يتبين من الجدول، فإن الطاقة المولدة بواسطة خلية ضوئية واحدة تكون صغيرة جدًا، لذا يتم دمجها في بطاريات. لزيادة التيار المزوّد للدائرة الخارجية، يتم توصيل خلايا ضوئية متطابقة على التوالي. ولكن يمكن تحقيق أفضل النتائج من خلال الاتصال المختلط، عندما يتم تجميع البطارية الضوئية من مجموعات متصلة على التوالي، كل منها يتكون من عناصر متطابقة ومتصلة بالتوازي (الشكل 1).

3). يتم تجميع مجموعات من الثنائيات المعدة مسبقًا على لوح مصنوع من الجيتيناكس أو الزجاج العضوي أو النسيج، على سبيل المثال، كما هو موضح في الشكل 4. ويتم توصيل العناصر ببعضها البعض بواسطة أسلاك نحاسية رقيقة معلبة.

من الأفضل عدم لحام الأطراف المناسبة للكريستال، لأن ذلك قد يؤدي إلى تلف بلورة أشباه الموصلات بسبب ارتفاع درجة الحرارة. ضع اللوحة مع الخلية الكهروضوئية في علبة متينة ذات غطاء علوي شفاف.

قم بلحام كلا الطرفين بالموصل - ستقوم بتوصيل السلك من الراديو به. تولد البطارية الضوئية الشمسية المكونة من 20 ثنائيًا KD202 (خمس مجموعات من أربع خلايا ضوئية متوازية) في الشمس جهدًا يصل إلى 2.1 فولت بتيار يصل إلى 0.8 مللي أمبير. وهذا يكفي لتشغيل جهاز استقبال الراديو باستخدام ترانزستور واحد أو اثنين.

الآن دعونا نتحدث عن كيفية تحويل الثنائيات والترانزستورات إلى خلايا كهروضوئية. قم بإعداد نائب، قواطع جانبية، كماشة، سكين حاد، مطرقة صغيرة، مكواة لحام، لحام من الرصاص والقصدير POS-60، صنوبري، ملاقط، جهاز اختبار 50-300 ميكرو أمبير أو ميكرومتر وبطارية 4.5 فولت. يجب تفكيك D226 وD237 وغيرها في حالات مماثلة بهذه الطريقة.

أولاً، قم بقطع الخيوط على طول الخطين A وB باستخدام قواطع جانبية (الشكل 1). قم بتسوية الأنبوب المجعد B برفق لتحرير الطرف D. ثم قم بتثبيت الصمام الثنائي في الرذيلة بواسطة الحافة.

ضع سكينًا حادًا على خط اللحام، ثم اضرب الجزء الخلفي من السكين برفق، ثم قم بإزالة الغطاء. تأكد من أن نصل السكين لا يتعمق في الداخل - وإلا فقد يؤدي ذلك إلى إتلاف البلورة.

الاستنتاج د: قم بإزالة الطلاء - الخلية الكهروضوئية جاهزة. بالنسبة للثنائيات KD202 (وكذلك D214، D215، D242-D247)، استخدم الزردية لقضم الحافة A (الشكل 2) وقطع الطرف B. كما في الحالة السابقة، قم بتصويب الأنبوب المجعد B وحرر الطرف المرن G .

مرحبًا عزيزي القراء في مدونة prosamostroi.ru! في القرن الحادي والعشرين، تحدث تغييرات باستمرار. وهي ملحوظة بشكل خاص في الجانب التكنولوجي. ويتم اختراع مصادر طاقة أرخص، ويتم توزيع أجهزة مختلفة في كل مكان لتسهيل حياة الناس.

سنتحدث اليوم عن شيء مثل البطارية الشمسية - وهو جهاز ليس اختراقًا، ولكنه مع ذلك أصبح جزءًا متزايدًا من حياة الناس كل عام. سنتحدث عن ماهية هذا الجهاز وما هي مزاياه وعيوبه. سننتبه أيضًا إلى كيفية تجميع البطارية الشمسية بيديك.

البطارية الشمسية: ما هي وكيف تعمل؟

البطارية الشمسية هي جهاز يتكون من مجموعة معينة من الخلايا الشمسية (الخلايا الكهروضوئية) التي تحول الطاقة الشمسية إلى كهرباء. معظم الألواح الشمسية مصنوعة من السيليكون لأن هذه المادة تتمتع بكفاءة جيدة في "معالجة" ضوء الشمس الوارد.

تعمل الألواح الشمسية على النحو التالي:

خلايا السيليكون الضوئية، التي يتم تعبئتها في إطار (إطار) مشترك، تتلقى ضوء الشمس. إنها تسخن وتمتص الطاقة الواردة جزئيًا. تطلق هذه الطاقة على الفور الإلكترونات الموجودة داخل السيليكون، والتي تدخل من خلال قنوات متخصصة إلى مكثف خاص، حيث تتراكم الكهرباء، ويتم معالجتها من الثابت إلى المتغير، ويتم توفيرها للأجهزة الموجودة في المبنى السكني/السكني.

مزايا وعيوب هذا النوع من الطاقة

وتشمل المزايا ما يلي:

شمسنا هي مصدر طاقة صديق للبيئة ولا يساهم في التلوث البيئي. لا تنبعث الألواح الشمسية من النفايات الضارة المختلفة في البيئة.

الطاقة الشمسية لا تنضب (وبطبيعة الحال، في حين أن الشمس على قيد الحياة، ولكن هذا لا يزال مليارات السنين في المستقبل). ويترتب على ذلك أن الطاقة الشمسية ستكون بالتأكيد كافية لحياتك بأكملها.

بمجرد قيامك بتركيب الألواح الشمسية بشكل صحيح، لن تحتاج إلى صيانتها بشكل متكرر في المستقبل. كل ما تحتاجه هو إجراء فحص وقائي مرة أو مرتين في السنة.

عمر خدمة مثير للإعجاب للألواح الشمسية. تبدأ هذه الفترة من 25 سنة. ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه حتى بعد هذا الوقت لن يفقدوا خصائص أدائهم.

قد يتم دعم تركيب الألواح الشمسية من قبل الحكومة. على سبيل المثال، يحدث هذا بنشاط في أستراليا وفرنسا وإسرائيل. في فرنسا، يتم إرجاع 60% من تكلفة الألواح الشمسية.

تشمل العيوب ما يلي:

حتى الآن، الألواح الشمسية ليست قادرة على المنافسة، على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى توليد كميات كبيرة من الكهرباء. وهذا أكثر نجاحا في الصناعات النفطية والنووية.

يعتمد إنتاج الكهرباء بشكل مباشر على الظروف الجوية. بطبيعة الحال، عندما يكون الجو مشمسًا في الخارج، ستعمل الألواح الشمسية الخاصة بك بطاقة 100٪. عندما يكون يوم غائم، سينخفض ​​هذا الرقم بشكل ملحوظ.

لإنتاج كمية كبيرة من الطاقة، تتطلب الألواح الشمسية مساحة كبيرة.

كما ترون، لا يزال مصدر الطاقة هذا يتمتع بمزايا أكثر من العيوب، والعيوب ليست فظيعة كما قد تبدو.

اصنع بطارية شمسية بنفسك من وسائل ومواد مرتجلة في المنزل

على الرغم من أننا نعيش في عالم حديث ومتطور بسرعة، إلا أن شراء وتركيب الألواح الشمسية يظل من اختصاص الأثرياء.

تتراوح تكلفة لوحة واحدة تنتج 100 واط فقط من 6 إلى 8 آلاف روبل. هذا لا يشمل حقيقة أنه سيتعين عليك شراء المكثفات والبطاريات ووحدة التحكم في الشحن وعاكس الشبكة والمحول وأشياء أخرى بشكل منفصل. ولكن إذا لم يكن لديك الكثير من المال، ولكنك ترغب في التحول إلى مصدر طاقة صديق للبيئة، فلدينا أخبار جيدة لك - يمكنك تجميع بطارية شمسية في المنزل.

وإذا اتبعت جميع التوصيات، فلن تكون كفاءتها أسوأ من النسخة المجمعة على نطاق صناعي. في هذا الجزء سننظر في التجميع خطوة بخطوة. سننتبه أيضًا إلى المواد التي يمكن تجميع الألواح الشمسية منها.

من الثنائيات

هذه هي واحدة من أكثر المواد الميزانية.

إذا كنت تخطط لصنع بطارية شمسية لمنزلك من الثنائيات، فتذكر أن هذه المكونات تُستخدم فقط لتجميع الألواح الشمسية الصغيرة التي يمكنها تشغيل بعض الأدوات الصغيرة. الثنائيات D223B هي الأنسب. هذه هي الثنائيات ذات الطراز السوفيتي، وهي جيدة لأنها تحتوي على علبة زجاجية، نظرًا لحجمها، فهي تتمتع بكثافة تركيب عالية ولها سعر معقول.

بعد شراء الثنائيات، قم بتنظيفها من الطلاء - للقيام بذلك، فقط ضعها في الأسيتون لبضع ساعات. بعد هذا الوقت، يمكن إزالتها بسهولة منها.

ثم سنقوم بإعداد السطح لوضع الثنائيات في المستقبل. يمكن أن يكون هذا لوحًا خشبيًا أو أي سطح آخر. من الضروري عمل ثقوب فيه على كامل مساحتها، وبين الثقوب سيكون من الضروري الحفاظ على مسافة من 2 إلى 4 ملم.

ثم نأخذ الثنائيات الخاصة بنا وندخلها بذيول الألومنيوم في هذه الثقوب. بعد ذلك، يجب ثني ذيول فيما يتعلق ببعضها البعض ولحام بحيث عند تلقي الطاقة الشمسية يقومون بتوزيع الكهرباء في "نظام" واحد.

بطاريتنا الشمسية البدائية المصنوعة من الثنائيات الزجاجية جاهزة. عند الإخراج، يمكن أن يوفر طاقة لبضعة فولت، وهو مؤشر جيد للتجميع محلي الصنع.

من الترانزستورات

سيكون هذا الخيار أكثر خطورة من خيار الصمام الثنائي، لكنه لا يزال مثالاً على التجميع اليدوي القاسي.

لكي تصنع بطارية شمسية من الترانزستورات، ستحتاج أولًا إلى الترانزستورات نفسها. لحسن الحظ، يمكن شراؤها في أي سوق أو متاجر إلكترونية تقريبا.

بعد الشراء، سوف تحتاج إلى قطع غطاء الترانزستور. يوجد تحت الغطاء العنصر الأكثر أهمية وضروريًا - بلورة أشباه الموصلات.

يمكنك استخدام كل من الخشب والبلاستيك. البلاستيك، بطبيعة الحال، سيكون أفضل. نقوم بحفر ثقوب فيه لوصلات الترانزستور.

ثم ندخلها في الإطار ونلحمها معًا، مع مراعاة معايير "الإدخال والإخراج".

عند الإخراج، يمكن لهذه البطارية توفير طاقة كافية لتشغيل، على سبيل المثال، آلة حاسبة أو لمبة ضوء ديود صغيرة. مرة أخرى، يتم تجميع هذه البطارية الشمسية من أجل المتعة فقط ولا تمثل عنصرًا خطيرًا في "إمدادات الطاقة".

من علب الألمنيوم

هذا الخيار هو بالفعل أكثر خطورة، على عكس الخيارين الأولين.

وهذه أيضًا طريقة رخيصة وفعالة للحصول على الطاقة. الشيء الوحيد هو أنه عند الخرج سيكون هناك الكثير منه في إصدارات الثنائيات والترانزستورات، ولن يكون كهربائيًا، بل حراريًا. كل ما تحتاجه هو عدد كبير من علب الألمنيوم وغطاء.

الجسم الخشبي يعمل بشكل جيد. يجب تغطية الجزء الأمامي من السكن بزجاج شبكي. وبدونها، لن تعمل البطارية بفعالية.

قبل البدء في التجميع، تحتاج إلى طلاء علب الألمنيوم بالطلاء الأسود. هذا سيسمح لهم بجذب ضوء الشمس جيدًا.

ثم، باستخدام الأدوات، يتم عمل ثلاثة ثقوب في الجزء السفلي من كل جرة. في الأعلى، يتم إجراء انقطاع على شكل نجمة. تنحني الأطراف الحرة إلى الخارج، وهو أمر ضروري لتحسين اضطراب الهواء الساخن.

بعد هذه التلاعبات، يتم طي العلب في خطوط طولية (أنابيب) داخل جسم البطارية.

يتم بعد ذلك وضع طبقة من العزل (الصوف المعدني) بين الأنابيب والجدران/الجدار الخلفي. يتم بعد ذلك تغطية المجمع بمادة البولي كربونات الخلوية الشفافة.

هذا يكمل عملية التجميع. الخطوة الأخيرة هي تركيب مروحة الهواء كمحرك لحامل الطاقة. على الرغم من أن هذه البطارية لا تولد الكهرباء، إلا أنها قادرة على تدفئة مساحة المعيشة بشكل فعال.

بالطبع، لن يكون هذا مشعاعًا كاملاً، ولكن مثل هذه البطارية يمكنها تدفئة غرفة صغيرة - على سبيل المثال، خيار ممتاز لمنزل صيفي. تحدثنا عن مشعات التدفئة ثنائية المعدن الكاملة في المقالة - أي مشعات التدفئة ثنائية المعدن أفضل وأقوى، حيث قمنا بفحص هيكل بطاريات التدفئة هذه بالتفصيل وخصائصها التقنية والشركات المصنعة المقارنة. أنصحك بقراءته.

البطارية الشمسية افعلها بنفسك - كيفية صنعها وتجميعها وتصنيعها؟

الابتعاد عن الخيارات محلية الصنع، وسوف ننتبه إلى أشياء أكثر خطورة.

سنتحدث الآن عن كيفية تجميع بطارية شمسية حقيقية وصنعها بيديك بشكل صحيح. نعم - وهذا ممكن أيضا. وأريد أن أؤكد لكم أنه لن يكون أسوأ من نظائرها المشتراة.

في البداية، تجدر الإشارة إلى أنك ربما لن تتمكن من العثور في السوق المفتوحة على ألواح السيليكون الفعلية المستخدمة في الخلايا الشمسية الكاملة. نعم، وسوف تكون باهظة الثمن.

سنقوم بتجميع البطارية الشمسية الخاصة بنا من الألواح الأحادية البلورية - وهو خيار أرخص، ولكنه يظهر أداءً ممتازًا من حيث توليد الطاقة الكهربائية. علاوة على ذلك، من السهل العثور على الألواح الأحادية البلورية وهي رخيصة الثمن إلى حد ما. أنها تأتي في أحجام مختلفة.

الخيار الأكثر شعبية وشعبية هو 3x6 بوصة، والذي ينتج ما يعادل 0.5 فولت. سيكون لدينا ما يكفي من هذه. اعتمادًا على مواردك المالية، يمكنك شراء ما لا يقل عن 100-200 منها، لكننا اليوم سنجمع خيارًا يكفي لتشغيل البطاريات الصغيرة والمصابيح الكهربائية والعناصر الإلكترونية الصغيرة الأخرى.

اختيار الخلايا الضوئية

كما ذكرنا أعلاه، اخترنا قاعدة أحادية البلورية. يمكنك العثور عليه في أي مكان. المكان الأكثر شعبية حيث يتم بيعه بكميات ضخمة هو منصات التداول Amazon أو Ebay.

الشيء الرئيسي الذي يجب أن تتذكره هو أنه من السهل جدًا العثور على بائعين عديمي الضمير هناك، لذا قم بالشراء فقط من هؤلاء الأشخاص الذين لديهم تصنيف مرتفع إلى حد ما. إذا حصل البائع على تقييم جيد، فستكون على يقين من أن الألواح الخاصة بك ستصل إليك مغلفة بشكل جيد، وغير مكسورة، وبالكمية التي طلبتها.

اختيار الموقع (نظام المواقف) والتصميم والمواد

بعد استلام الحزمة الخاصة بك مع الخلايا الشمسية الرئيسية، يجب عليك اختيار الموقع بعناية لتثبيت اللوحة الشمسية الخاصة بك.

بعد كل شيء، سوف تحتاج إليها للعمل بنسبة 100٪ من الطاقة، أليس كذلك؟ ينصح المحترفون في هذا الشأن بتثبيته في مكان يتم فيه توجيه البطارية الشمسية أسفل السمت السماوي مباشرةً وتتجه نحو الغرب والشرق. سيسمح لك ذلك "بالتقاط" ضوء الشمس طوال اليوم تقريبًا.

صنع إطار للبطارية الشمسية

تحتاج أولاً إلى إنشاء قاعدة للألواح الشمسية.

يمكن أن تكون خشبية أو بلاستيكية أو ألومنيوم. الخشب والبلاستيك يعملان بشكل أفضل. يجب أن تكون كبيرة بما يكفي لتناسب جميع الخلايا الشمسية على التوالي، لكنها لن تضطر إلى البقاء داخل الهيكل بأكمله.

بعد قيامك بتجميع قاعدة البطارية الشمسية، ستحتاج إلى حفر العديد من الثقوب على سطحها من أجل إخراج الموصلات في المستقبل في نظام واحد.

بالمناسبة، لا تنس أن القاعدة بأكملها يجب أن تكون مغطاة بزجاج شبكي في الأعلى لحماية عناصرك من الظروف الجوية.

عناصر اللحام والتوصيل

بمجرد أن تصبح قاعدتك جاهزة، يمكنك وضع العناصر الخاصة بك على سطحها. ضع الخلايا الكهروضوئية على طول الهيكل بأكمله مع توجيه الموصلات لأسفل (تدفعها إلى الثقوب المحفورة لدينا).

ثم يحتاجون إلى اللحام معًا. هناك العديد من المخططات على الإنترنت لحام الخلايا الكهروضوئية. الشيء الرئيسي هو توصيلهم بنوع من النظام الموحد حتى يتمكنوا جميعًا من جمع الطاقة المستلمة وتوجيهها إلى المكثف.

ستكون الخطوة الأخيرة هي لحام سلك "الإخراج" الذي سيتم توصيله بالمكثف وإخراج الطاقة المستلمة إليه.

تثبيت

هذه هي الخطوة النهائية. بمجرد التأكد من تجميع جميع العناصر بشكل صحيح، وتناسبها بإحكام وعدم تمايلها، ومغطاة جيدًا بزجاج شبكي، يمكنك البدء في التثبيت.

من حيث التثبيت فمن الأفضل تركيب البطارية الشمسية على قاعدة صلبة. يعتبر الإطار المعدني المقوى بمسامير البناء مثاليًا. سوف تستقر الألواح الشمسية عليها بثبات، ولن تتأرجح أو تستسلم لأي ظروف جوية.

هذا كل شئ! ماذا ننتهي به؟ إذا قمت بإنشاء بطارية شمسية تتكون من 30-50 خلية ضوئية، فسيكون ذلك كافيا لشحن هاتفك المحمول بسرعة أو إضاءة مصباح منزلي صغير، أي.

ما ينتهي بك الأمر هو شاحن محلي الصنع كامل لشحن بطارية الهاتف، أو مصباح ريفي خارجي، أو فانوس حديقة صغير. إذا قمت بإنشاء لوحة شمسية، على سبيل المثال، مع 100-200 خلية ضوئية، فيمكننا بالفعل التحدث عن "تشغيل" بعض الأجهزة المنزلية، على سبيل المثال، غلاية لتسخين المياه. على أي حال، ستكون هذه اللوحة أرخص من نظائرها المشتراة وستوفر لك المال.

فيديو - كيف تصنع بطارية شمسية بيديك؟

البطارية الشمسية DIY في الصورة

يقدم هذا القسم صورا لبعض الخيارات المثيرة للاهتمام، ولكن في نفس الوقت بسيطة للألواح الشمسية محلية الصنع والتي يمكنك تجميعها بسهولة بيديك.

ما هو الأفضل - شراء أو صنع بطارية شمسية؟

دعونا نلخص في هذا الجزء كل ما تعلمناه في هذا المقال.

أولاً، تعرفنا على كيفية تجميع بطارية شمسية في المنزل. كما ترون، يمكن تجميع البطارية الشمسية DIY بسرعة كبيرة إذا اتبعت التعليمات. إذا اتبعت الأدلة المختلفة خطوة بخطوة، فستتمكن من جمع خيارات ممتازة لتزويدك بالكهرباء الصديقة للبيئة (أو الخيارات المصممة لتشغيل العناصر الصغيرة).

ولكن لا يزال أيهما أفضل - شراء أو تصنيع بطارية شمسية؟ وبطبيعة الحال، فمن الأفضل لشرائه.

والحقيقة هي أن تلك الخيارات التي يتم تصنيعها على نطاق صناعي مصممة للعمل بالطريقة التي ينبغي أن تعمل بها. عند تجميع الألواح الشمسية يدويًا، يمكنك غالبًا ارتكاب العديد من الأخطاء التي تؤدي ببساطة إلى عدم عملها بشكل صحيح. وبطبيعة الحال، تكلف الخيارات الصناعية الكثير من المال، ولكنك تحصل على الجودة والمتانة.

ولكن إذا كنت واثقا من قدراتك، فمن خلال النهج الصحيح، ستقوم بتجميع لوحة شمسية لن تكون أسوأ من نظيراتها الصناعية.

على أية حال، المستقبل هنا، وقريباً ستتمكن الألواح الشمسية من تحمل تكاليف جميع الطبقات. وربما سيكون هناك تحول كامل إلى استخدام الطاقة الشمسية. حظ سعيد!

أدناه، اترك تعليقاتك ورغباتك وطرح الأسئلة والتعبير عن رأيك - وهذا مهم جدًا بالنسبة لنا!

تكتسب المصادر البديلة للكهرباء شعبية كل عام. وتساهم الزيادات المستمرة في تعرفة الكهرباء في هذا الاتجاه. أحد الأسباب التي تدفع الناس إلى البحث عن مصادر طاقة غير تقليدية هو الغياب التام للاتصال بالشبكات العامة.

أشهر مصادر الطاقة البديلة في السوق هي الألواح الشمسية، حيث تستخدم هذه المصادر تأثير توليد تيار كهربائي عند تعريضها للطاقة الشمسية على هياكل شبه موصلة مصنوعة من السيليكون النقي.

كانت الألواح الضوئية الشمسية الأولى باهظة الثمن ولم يكن استخدامها لتوليد الكهرباء مربحًا. يتم باستمرار تحسين تقنيات إنتاج الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون ويمكنك الآن شراء محطة طاقة شمسية لمنزلك بسعر مناسب.

الطاقة الضوئية مجانية، وإذا كانت محطات الطاقة الصغيرة القائمة على عناصر السيليكون رخيصة بما فيه الكفاية، فإن مصادر الطاقة البديلة هذه ستصبح فعالة من حيث التكلفة وستنتشر على نطاق واسع.

المواد المتوفرة مناسبة

رسم تخطيطي للبطارية الشمسية باستخدام الثنائيات يسأل العديد من المتهورين أنفسهم السؤال: هل من الممكن صنع بطارية شمسية من المواد الخردة. بالتأكيد تستطيع! لا يزال لدى الكثير من الناس عدد كبير من الترانزستورات القديمة من زمن الاتحاد السوفييتي. هذه هي المادة الأنسب لإنشاء محطة طاقة صغيرة بيديك.

يمكنك أيضًا صنع خلية شمسية من ثنائيات السيليكون. مادة أخرى لصنع الألواح الشمسية هي رقائق النحاس. عند استخدام الرقائق، يتم استخدام تفاعل كهروكيميائي ضوئي لإنتاج فرق محتمل.

مراحل تصنيع نموذج الترانزستور

اختيار الأجزاء

الأكثر ملاءمة لتصنيع الخلايا الشمسية هي ترانزستورات السيليكون عالية الطاقة التي تحمل الحرف KT أو P. بداخلها رقاقة كبيرة من أشباه الموصلات قادرة على توليد تيار كهربائي عند تعرضها لأشعة الشمس.

نصيحة الخبراء: اختر الترانزستورات التي تحمل نفس الاسم، لأنها تتمتع بنفس الخصائص التقنية وستكون بطاريتك الشمسية أكثر استقرارًا في التشغيل.

يجب أن تكون الترانزستورات في حالة صالحة للعمل، وإلا فلن تكون لها أي فائدة.تظهر الصورة عينة من جهاز أشباه الموصلات، ولكن يمكنك أن تأخذ ترانزستور من شكل مختلف، والشيء الرئيسي هو أنه يجب أن يكون السيليكون.

المرحلة التالية هي الإعداد الميكانيكي للترانزستورات الخاصة بك. من الضروري إزالة الجزء العلوي من السكن ميكانيكيًا. أسهل طريقة لتنفيذ هذه العملية هي باستخدام منشار صغير.

تحضير

قم بتثبيت الترانزستور في الرذيلة وقم بإجراء قطع بعناية على طول محيط السكن.

ترى رقاقة السيليكون التي ستكون بمثابة خلية ضوئية، الترانزستورات لها ثلاث أطراف - القاعدة والمجمع والباعث، اعتمادًا على بنية الترانزستور (p-n-p أو n-p-n)، سيتم تحديد قطبية البطارية. بالنسبة للترانزستور KT819، ستكون القاعدة موجبًا، والباعث والمجمع ناقصًا، ويتم إنشاء أكبر فرق محتمل، عند إمداد الضوء إلى اللوحة، بين القاعدة والمجمع. ولذلك، في البطارية الشمسية لدينا سوف نستخدم تقاطع جامع الترانزستور.

فحص

بعد قطع غلاف الترانزستورات، يجب التحقق من وظائفها. لهذا نحتاج إلى مقياس رقمي متعدد ومصدر للضوء.

نقوم بتوصيل قاعدة الترانزستور بالسلك الموجب للمقياس المتعدد والمجمع بالسلك السالب. نقوم بتشغيل جهاز القياس في وضع التحكم في الجهد بمدى 1 فولت.

نقوم بتوجيه مصدر الضوء إلى رقاقة السيليكون والتحكم في مستوى الجهد. يجب أن يكون في النطاق من 0.3 فولت إلى 0.7 فولت، وفي معظم الحالات، يخلق ترانزستور واحد فرق جهد قدره 0.35 فولت وتيار قدره 0.25 ميكرو أمبير.

لإعادة شحن هاتف محمول، نحتاج إلى إنشاء لوحة شمسية تحتوي على حوالي 1000 ترانزستور، والتي ستنتج تيارًا قدره 200 مللي أمبير.

حَشد

يمكنك تجميع بطارية شمسية من الترانزستورات على أي لوح مسطح مصنوع من مادة غير موصلة للكهرباء، كل هذا يتوقف على خيالك.

عندما يتم توصيل الترانزستورات على التوازي، يزداد التيار، وعندما يتم توصيل الترانزستورات على التوالي، يزداد جهد المصدر.

بالإضافة إلى الترانزستورات والصمامات الثنائية ورقائق النحاس، يمكن استخدام علب الألمنيوم، مثل علب البيرة، لصنع الألواح الشمسية، ولكنها ستكون بطاريات تعمل على تسخين المياه، وليس توليد الكهرباء.

شاهد الفيديو الذي يشرح فيه أحد المتخصصين بالتفصيل كيفية صنع بطارية شمسية من الترانزستورات بيديك:

في تواصل مع

بمرور الوقت، يتراكم الأشخاص الذين لديهم شغف بالراديو الكثير من الأجزاء الإلكترونية المختلفة، من بينها قد تكون الترانزستورات السوفيتية القديمة في علبة معدنية. ولم تعد ذات صلة كمكونات راديوية نظرًا لأبعادها الكبيرة، ولكن يمكن استخدامها لغرض مختلف تمامًا: كبطارية شمسية. صحيح أن قوة هذه البطارية صغيرة جدًا بالنسبة لحجمها، وهي مناسبة فقط لتشغيل الأجهزة منخفضة الطاقة. ولكن لا يزال بإمكانك تجميعه كتجربة وللمتعة، لتحويل الترانزستور إلى بطارية شمسية، عليك أولاً قطع الغطاء عنه. للقيام بذلك، قم بتثبيت الترانزستور بعناية في الطقسوس من الحافة الموجودة على الجسم وقطع الغطاء بمنشار. عليك أن تفعل ذلك بعناية حتى لا تتلف البلورة والأسلاك الرفيعة داخل الترانزستور، وبعد ذلك يمكنك رؤية ما يختبئ في الداخل: كما ترون في الصورة، البلورة صغيرة جدًا مقارنة بجسم الترانزستور، ولكن هذا هو ما سيحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، وبعد ذلك، عليك تسليط الضوء على البلورة واستخدام جهاز اختبار لقياس أي المسامير ستنتج أعلى جهد. وتعتمد قيمته بالطبع على قوة الترانزستور وحجم البلورة، وفيما يلي جدول القياسات الذي قدمه المؤلف باستخدام مثال الترانزستور KT819GM: بعد القياسات، يمكنك البدء في تجميع الطاقة الشمسية بطارية لتشغيل الآلة الحاسبة. للحصول على 1.5 فولت، من الضروري تجميع خمسة ترانزستورات على التوالي، بحيث يكون المجمع سالبًا والقاعدة موجبًا، ولربط الترانزستورات، تم استخدام قطعة من البلاستيك الرقيق، مع حفر ثقوب للأرجل مسبقًا. بعد تثبيت الترانزستورات في مكانها، يتم توصيلها ببعضها البعض وفقًا للمخطط أعلاه: كما أظهرت التجربة، في الهواء الطلق، تحت ضوء الشمس، عملت الآلة الحاسبة بشكل جيد، ولكن في الداخل كانت تفتقر بالتأكيد إلى الطاقة، وعلى مسافة تزيد عن 30 سم من المصباح المتوهج رفض العمل. لزيادة طاقة البطارية، من المنطقي توصيل خمسة آخرين من نفس الترانزستورات بالتوازي المصدر كن مؤلفًا للموقع، وانشر مقالاتك الخاصة وأوصاف المنتجات محلية الصنع وادفع مقابل النص. اقرأ المزيد هنا. 0 فكرة 0

وصف

تنفيذ

في تواصل مع

OK351 لكتابة تعليق يجب عليك تسجيل الدخول إلى الموقع عبر وسائل التواصل الاجتماعي. الشبكات (أو التسجيل): التسجيل العادي

معلومة

لا يمكن للزائرين في مجموعة الضيوف ترك تعليقات على هذا المنشور.