طريقة تصميم جديدة لمنع الإدخال الخاطئ

著者：Iflowpower – Portable Power Station Supplier

طالما أنه نظام يعمل بالبطارية، فهناك دائمًا هذه المشكلة: أنت مخطئ في تثبيت البطارية، وأحداث القطبية العكسية، وأحداث القطبية العكسية. عطل مؤقت في النظام أو تلف دائم. تساعد البطارية المخصصة المصممة لتناسب التجميع على تقليل فرص الإدخال غير الصحيح والاستقطاب العكسي، ولكنها عبارة عن خلايا من النوع AAA، ونوع AA، ونوع C، ونوع D.

البطارية، أو حتى CR123، CR2 وبطارية ليثيوم أيون الزر هي أيضا عرضة للفشل. في الماضي، استخدم المصممون هياكل ميكانيكية لمنع ملامسة الكهرباء لأطراف البطارية (إذا لم يتم إدخالها بشكل صحيح). ولكن الحل الميكانيكي أقل من ذلك بكثير.

عادةً ما يكون لها معالجة خاصة لأن جهات اتصال الزنبرك تعمل على التحكم في المكونات الميكانيكية الجيدة لضمان اتصالها بالبطارية بشكل صحيح، ولكن لا يتم إدخالها بشكل صحيح. يمكن أن تؤدي هذه التفاوتات الضيقة إلى مشاكل في الاستقرار على المدى الطويل لأن النوابض وجهات الاتصال التي يجب استخدامها قد تكون منحنية أو معيبة. حتى الاستخدام العادي أمر طبيعي، إلا أن الإدخال الطبيعي لإعادة الإرسال الأولي، قد يتسبب أيضًا في إجهاد الاتصال، ويحد من الموثوقية بمرور الوقت.

ولكن على الرغم من هذه القيود، فإن الحلول الميكانيكية كانت موجودة دائمًا لأنها الطرق العملية الوحيدة التي يمكن للمصممين استخدامها لمنع تركيب البطاريات بشكل غير صحيح. تم تصميمه لمنع حوادث القطبية العكسية التي تحدث في الحلول الكهربائية بسبب بطاريات الطور العكسي من التنازع عليها. بسبب انخفاض الضغط أثناء التشغيل العادي، فإنه عادة لا يتم اختياره باستخدام الصمام الثنائي المتسلسل.

إن استخدام إعدادات تأريض الصمام الثنائي ليس فكرة جيدة لأن حدث عكس القطبية قد يسبب تفريغ البطارية لفترة طويلة ويؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الصمام الثنائي. تعتبر ترانزستورات MOSFET التفاضلية معقدة، وقد لا تكون مُحسَّنة أو محددة لمنع القطبية العكسية. قد يتم فقدان المواصفات الرئيسية لأداء التقييم في حدث القطبية العكسية، وقد يجعل هذا المصمم مضطرًا إلى تقدير خصائص أداء جدول البيانات وتخمين فترة العمل الآمنة، وهو أمر مثير للقلق.

علاوة على ذلك، اعتمادًا على تطبيق MOSFET، قد يكون لديهم وحدة تحكم أو وظيفة أخرى عالية التكلفة. في بعض الأحيان يتم تجهيز الدوائر المتكاملة متعددة الوظائف بدوائر تمنع القطبية العكسية، والتي عادة ما تضيف إلى تعقيد الدائرة بشكل كبير لأنها تعمل في بيئة تحيز موجب ثم تعمل أو لا تتلف في وضع القطبية العكسية. ولهذا السبب، جلبت الدائرة المتكاملة متعددة الوظائف أداءً هائلاً و/أو سعرًا هائلاً.

بسبب المقايضة الفعالة من حيث التكلفة، فإن التنفيذ النموذجي لديه وظيفة تحيز عكسي محدودة نسبيًا (-2 فولت أو -6 فولت). يعد جهاز الحماية المخصص ضد القطبية طريقة فعالة لمنع إدخال البطاريات بشكل خاطئ. ومع ذلك، في الآونة الأخيرة، أدى ظهور أجهزة الحماية المخصصة ضد القطبية العكسية إلى توفير خيارات كهربائية أكثر قابلية للتطبيق للمصممين. تمثل الأجهزة الخاصة (مثل الأجهزة المزودة بمشهد الطيران) إحدى طرق منع القطبية العكسية وتكلفة الأداء والأداء، وهي الخيار الأفضل لأنظمة إمداد الطاقة بالبطارية.

الشكل 1. عرض الدوائر التي تمنع القطبية العكسية باستخدام الأجهزة المخصصة. الشكل 1: منع عكس القطبية عند استخدام الأجهزة المخصصة يستمر هذا الإعداد البسيط بشكل موثوق.

تم تصميمه لتقليل فقدان الجهد إلى الحد الأدنى، والاستجابة بسرعة وفعالية في ظل ظروف التحيز العكسي. التكلفة الإجمالية جيدة أيضًا. عادةً ما تكون ثنائيات SiteThetti أرخص من أجهزة الحماية القطبية العكسية المخصصة، ولكن بمجرد أن يبدأ تيار التشغيل في الزيادة، فإن التكلفة الإجمالية لطريقة Schottky ستبدأ في الارتفاع.

من أجل تحقيق توازن فعال من حيث التكلفة، من المرجح أن تكون أجهزة الحماية القطبية العكسية المخصصة هي النهج الإلكتروني الأكثر جاذبية. سيستمر الناس في ارتكاب المزيد من الأخطاء فيما يتعلق بالبطارية، ولكن المصممين يمنعون أيضًا الطرق الصغيرة غير المتوقعة التي ستتغير أيضًا. بعد النظر في الحلول الشاملة، قد يحل جهاز حماية القطبية العكسية المخصص محل الحل الميكانيكي المعقد تمامًا بمرور الوقت.

سبب القطبية العكسية والتدابير التي يمكن اتخاذها لهذا، لا أحد يريد أن يفشل نظامه، والأخطر من ذلك حرق النار. ومع ذلك، إذا سُمح للقطبية العكسية بالانكسار، فقد يحدث الموقف المذكور أعلاه. القطبية العكسية هي تحيز عكسي في حالة مستقرة أو نتيجة عابرة سلبية.

يعد هذا وضعًا كهربائيًا خطيرًا، وبمجرد أن يصبح النظام مصنعًا، فمن الصعب منع حدوثه. يعد عكس القطبية هو التهديد الفعلي في مجموعة متنوعة من التطبيقات الشائعة، بما في ذلك الأجهزة الإلكترونية المحمولة، وأنظمة طاقة البطارية، والأجهزة المتصلة بمصدر طاقة السيارة، وألعاب الطاقة DC، والمنتجات ذات موصل المقبس الدلو، أو أي جهاز تيار مستمر عابر معرض لجهد حراري سلبي أو قابس. تتأثر الأنظمة التي تدعم اتصال USB و/أو الشحن عبر USB بشكل خاص.

فيما يلي بعض الأسباب الأكثر شيوعًا للقطبية العكسية:. في بعض الحالات، يكون للشاحن اتصال كهربائي عكسي أو يمكن للمستخدم ضبط القطبية، مما يترك مجالًا للخطأ. ● استخدم ناقل وظيفة "Hot Plug" USB لتوصيل أو فصل الجهاز المحمول بسهولة عند شحنه، وبما أن عملية "Hot Plug" جديدة، فإن سعة المؤقت القابل للتبديل الساخن هي نفسها أيضًا.

يمكن لهذه المحاثة العابرة أن تقلب الحافلة إلى ظروف القطبية العكسية. على الرغم من أن هذه التقلبات غالباً ما تكون قصيرة جداً، إلا أنها كبيرة. تم قياس تأرجح السكك الحديدية بمقدار أكثر من ± 20 فولت أثناء عملية "التوصيل الساخن".

قد يؤثر هذا العابر على الأجهزة الأخرى الموجودة على الجهاز المنفصل وعلى سكة الجهد. ستصبح هذه المشكلة أكثر خطورة عندما يزداد تيار الشحن. ● قد يكون النظام الذي يعمل ببطاريات لم يتم إدخالها بشكل صحيح معيبًا لأن البطارية لم يتم إدخالها بشكل صحيح، وتم إدخال القطب الموجب والسالب منها.

ينطبق هذا بشكل خاص على الخلايا من النوع AAA، والنوع AA، والنوع C، والنوع D، أو بطاريات CR123، أو CR2، أو بطاريات ليثيوم أيون الزبدة. إذا تم إدخال البطارية بشكل صحيح، فإن المحلول الميكانيكي يمنع التلامس الكهربائي مع طرف البطارية، ولكن يجب تشكيل هذه المحاليل من القالب ويمكنها تحمل تعب التلامس بعد فترة من الوقت. ● مع تطور استخدام المقابس الكهربائية في بلدنا، أصبح هناك عدد أقل من البنية التحتية للطاقة في العالم، كما أصبحت متطلبات الحماية أقل.

لذلك، يمكن لمصدر الطاقة أن ينقل تيارات جهد كبيرة عابرة على الخط. الأسلاك الداخلية تجعل الوضع أسوأ. في الماضي، كانت المصابيح المتوهجة التقليدية قادرة على المساعدة في امتصاص وقمع الطاقة العابرة على خطوط الطاقة، ولكن لا توجد خاصية أخرى مثبطة مثل الأنواع الجديدة مثل مصابيح LED ومصابيح CFL.

مشاكل لم يتم مواجهتها أبدًا عند الانتقال إلى LED و CFL. ● أدخل الجهاز في السيارة (أو الطائرة أو القطار، وما إلى ذلك). في كثير من الحالات، يتضمن محول مصدر الطاقة في مصدر طاقة النقل قطبية عكسية، ولكن هناك استثناءات، وخاصة في منتجات الاستبدال منخفضة التكلفة.

قام المستخدمون غير المطلعين بوضع الجهاز فقط في مقبس الولاعة الموجود في السيارة، لأنهم لم يدركوا أن مقبس الولاعة يمكن أن يتسبب في فشل الجهاز. نظرًا لوجود العديد من الطرق التي قد تؤدي إلى حدوث حدث عكسي القطبية، يجب على المصمم منع حدوث عكس القطبية قبل أن يتمكن النظام من منع حدوث الضرر. أفضل طريقة لحماية القطبية العكسية في نظام 100 مللي أمبير هي نظام التيار المنخفض - أي أن تيار التشغيل أقل من 100 مللي أمبير أو 200 مللي أمبير - يغطي تطبيقات مختلفة، من نظام الأمان وإنذار الحريق إلى أتمتة المباني ونظام العناوين العامة وشبكة البيانات.

وتشمل هذه بيئات العمل المختلفة، ولا يستطيع المصممون دائمًا التنبؤ بالمكان الذي سيستخدم فيه النظام. وفقًا للموقف المحدد، قد يتعرض النظام للتحيز العكسي في الحالة المستقرة أو الظروف الكهربائية السلبية مثل العابرات السلبية، مما قد يؤدي إلى أحداث عكس القطبية وإتلاف النظام. قد تكون النتيجة بسيطة مثل الفشل الكهربائي، ولكن إذا كان الوضع خطيرًا جدًا، فقد يتسبب في نشوب حريق.

ولذلك فإن التأثيرات السلبية التي يفرضها المصممون على منع القطبية العكسية من جلب التأثيرات السلبية للقطبية العكسية. هناك العديد من الطرق لتحقيق ذلك، ولكن عندما يتعلق الأمر بتطبيقات التيار المنخفض، فإن كفاءتها عادة ما تكون أقل إشكالية. طالما أن النظام قادر على مقاومة استهلاك الطاقة ويرتبط انخفاض ضغط جهد التشغيل بكل طريقة، يمكن استخدام الطريقتين البسيطتين لسلسلة PN أو ثنائي شوتكي لتحقيق الغرض.

تم تصميم الصمام الثنائي PN المتسلسل لقبول انخفاض ضغط متسلسل أكبر (± 1 فولت)، أو قد يكون له انتقال عكسي عالي الجهد (> 200 فولت)، ثم يعد استخدام الصمام الثنائي PN المتسلسل خيارًا جيدًا. الشكل 2 مرفق مع مثال للتصميم. هذا حل بسيط ومنخفض التكلفة يمكنه توفير وظيفة حظر سريعة وإعادة تعيين الجهد العالي.

الشكل 2: طريقة الصمام الثنائي المتسلسل يتميز هذا الصمام بأقل استهلاك للطاقة، وبالتالي أقل عدد من المبددات الحرارية، وتكلفة منخفضة. سيعمل النظام بشكل طبيعي طالما كان الجهاز ساخنًا أثناء التشغيل العادي أو في ظل ظروف الخطأ المحتملة. ومع ذلك، هذا الحل لا يناسب كل تصميم.

إن ميزة التكلفة سوف تختفي قريبا مع ارتفاع التيار العامل. علاوة على ذلك، في ظل التيار الأعلى، كلما زاد استهلاك الطاقة، زادت الحاجة إلى الصمام الثنائي، وكانت التكلفة أعلى، وكانت الموصلية الحرارية أفضل، وتم استخدام هيكل تبديد الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، في نظام الجهد المنخفض (≤5 فولت)، قد يكون لانخفاض ضغط الصمام الثنائي دائرة تعزيز إضافية في اتجاه مجرى النهر، مما يجعل من المتوقع أن تكون طريقة منخفضة التكلفة ولكنها في الواقع تصبح باهظة الثمن للغاية.

لذلك، من المهم أن نتذكر هذه النقاط القليلة قبل استخدام طريقة الصمام الثنائي PN. سلسلة ثنائيات شوتكي مشابهة لسلسلة ثنائيات شوتكي ولكن التطبيق هو طريقة أوسع وهي استخدام سلسلة من ثنائيات شوتكي بدلاً من سلسلة ثنائيات PN. هذا الانخفاض في الضغط أقل (± 0.

(6 فولت) واستهلاك الطاقة أقل. الشكل 3 يوضح إعداد الصمام الثنائي شوتكي. يوفر هذا التكوين حظرًا ممتازًا واستيراد تصميم بسيط وتكلفة منخفضة.

يمكن أيضًا إعادة تعيينه وقد يدعم جهد انهيار مرتفع نسبيًا (> 200 فولت). الشكل 3: يمكن أن يؤدي انخفاض الضغط في طريقة ثنائي Sitexerry إلى تقليل متطلبات إدارة الحرارة المتعلقة بثنائيات PN التقليدية، وقد يؤدي هذا إلى تحقيق حزم أصغر وأقل حجمًا. وعلى الرغم من ذلك، فإنه لا يزال من الحذر لأنه قد يظل مرتفعًا للغاية بسبب انخفاض الضغط فيما يتعلق بالعديد من التطبيقات.

علاوة على ذلك، على الرغم من أن نطاق تشغيل الصمام الثنائي شوتكي واسع من الصمام الثنائي PN المتسلسل، فإن أفضل تطبيق لهذه الطريقة لا يزال هو استخدام تيار أقل من 200 مللي أمبير وله جهد أعلى (> 5 فولت). الخاتمة عند اختيار الطريقة المستخدمة، من الضروري مراعاة جانبين مهمين هما انخفاض الضغط واستهلاك الطاقة. إذا افترضنا أن هذين المعاملين يقعان ضمن النطاقات المقبولة، فيمكن للطريقتين حماية نظام التيار المنخفض بشكل فعال بتكلفة منخفضة، والذي يتضرر من أحداث القطبية العكسية.

إذا كان انخفاض الضغط أو استهلاك الطاقة يشكل مشكلة، فيمكن النظر في حل المصدر مثل FRPF.