المقدمة
في هذه المقالة التمهيدية، سنتحدث عن آلية عمل المحث في مصدر طاقة يعمل بنظام التبديل. إذا كنتَ جديدًا في تصميم مصدر الطاقة وتتساءل عن سبب انحياز الثنائي للأمام، بينما يبدو أنه لا ينبغي أن يكون كذلك، فمن المرجح أن يكون السبب هو المحث. هذه المقالة لك.
فهم المحاثات
في البداية، درسنا المحاثات في الجامعة، سواءً في دوائر التيار المتردد أو المستمر. في دائرة التيار المتردد، نُعطي المحاث مدخلًا جيبيًا ونراقب تغيرات السعة والطور. أما في دائرة التيار المستمر، فنُعطي مدخلًا بخطوة وحدة وندرس التغيرات الناتجة في التيار أو الجهد عبر المحاث.
ومع ذلك، فإن سلوك المحث في وضع التبديل في مصدر الطاقة يختلف بشكل كبير عن دوائر التيار المتردد أو المستمر البسيطة التي تمت دراستها في الجامعة.
مبادئ المحاثات الأساسية
يحاول المحثّ دائمًا الحفاظ على سريان التيار خلاله. فهو يقاوم أي تغيير في التيار بتوليد قوة دافعة كهربائية عكسية. على سبيل المثال، إذا كان هناك تيار 1 أمبير يتدفق عبر محثّ، وجرت محاولة تغييره، فإن المحثّ يولّد قوة دافعة كهربائية عكسية لمقاومة هذا التغيير. يمكن تشبيه هذا المبدأ بدفع سيارة ثقيلة من وضع السكون - فهي تقاوم الحركة في البداية، وبمجرد أن تتحرك، تقاوم التوقف.
المحث في دائرة التيار المستمر
لنفترض وجود دائرة تيار مستمر بسيطة تحتوي على بطارية ١ فولت، ومفتاح، ومقاومة ١ أوم، ومحث. في البداية، لا يمر تيار عبر المحث. عند إغلاق المفتاح، يُطبق ١ فولت، ويبدأ التيار بالتدفق. يُقاوم المحث التغير من ٠ أمبير إلى ١ أمبير بتوليد قوة دافعة كهربائية عكسية تساوي الجهد المطبق (١ فولت). يؤدي هذا إلى ارتفاع لوغاريتمي في التيار المار عبر المحث بمرور الوقت.
محث في مصدر طاقة التبديل
في مصدر الطاقة، تكون المقاومة قريبة من صفر أوم، ولا يتبع التيار نفس المنحنى اللوغاريتمي. بل يرتفع في خط مستقيم، مشكلاً موجة تيار مثلثية. يؤدي تشغيل التيار وإيقافه إلى هذا الشكل المثلثي، مما يُبسط التحليل باستخدام معادلة الخط المستقيم (ص = م س + ج).
مثال على تحليل الدائرة
لنفترض وجود دائرة كهربائية تحتوي على مصدر جهد 1 فولت، ومفتاح، ومقاومة 1 أوم، ومحث، ومقاومة إضافية 2 أوم، يتحكم بها مفتاح آخر. عند إغلاق المفتاح الأولي، يرتفع التيار إلى 1 أمبير. عند فتح هذا المفتاح وإغلاق المفتاح الثاني في آنٍ واحد، يُجبر المحث التيار على التدفق عبر المسار الجديد بمقاومة 3 أوم، مما يُولّد قوة دافعة كهربائية عكسية مقدارها 3 فولت للحفاظ على تدفق التيار 1 أمبير.
المفاتيح الميكانيكية مقابل المفاتيح شبه الموصلة
يمكن للمفاتيح الميكانيكية أن تُفتح فورًا، مما يُولّد قوة دافعة كهربائية خلفية عالية قد تُؤيّن الهواء وتُسبب شرارات. ولهذا السبب، يكون تصنيف جهد التيار المتردد للمفتاح أعلى من تصنيف جهد التيار المستمر. أما مفاتيح أشباه الموصلات، فتستغرق وقتًا محدودًا للفتح والإغلاق، مما يؤثر على سلوك المُحَثّ. المعادلة القياسية للقوة الدافعة الكهربائية الخلفية للمُحَثّ هي E = -L (di/dt)، وهي مُشتقة من قانوني فاراداي ولينز.
سلوك المحث في مصادر الطاقة العملية
في مصادر الطاقة العملية، قد يُؤدي التبديل السريع لترانزستورات MOSFET إلى طفرات جهد كبيرة نتيجةً لارتفاع قيم di/dt. على سبيل المثال، يُولّد التبديل من 10 أمبير إلى 0 أمبير في 10 نانوثانية قوة دافعة كهربائية عكسية هائلة، تتجلى في ضوضاء وطفرات جهد.
خاتمة
في هذه المقالة، ناقشنا سلوك المحاثات في مصادر الطاقة بوضع التبديل DC-DC، وشكل التيار المثلث، واتجاه EMF العكسي، وتأثير di/dt العالي على طفرات الجهد.
