مع تقدم تكنولوجيا الإلكترونيات باستمرار، أصبحت الملفات الصغيرة الحجم وأداءها العالي تُستخدم على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الإلكترونية. ومن بين هذه الملفات، يُعد الملف الطاقوي المصقول ذو القطب السفلي خيارًا مفضلًا للأنظمة الإلكترونية عالية الكثافة وعالية التردد، بفضل هيكله المدمج وموثوقيته العالية وأدائه الممتاز. ويتفوق أداؤه الشامل على أداء الملفات التقليدية الملفوفة بالسلك، لا سيما في التطبيقات التي تسعى إلى التصغير والموثوقية العالية وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI). ستشير هذه المقالة إلى شرح مزايا الملفات المصقولة ذات الأقطاب السفلية واختيار المنتجات المناسبة لها، بهدف توفير مرجع للمهندسين المختصين بتصميم الدوائر الكهربائية.
1- مزايا الملفات المصقولة ذات القطب السفلي
تأتي المحاثات المقولبة بنوعين: أحدهما يستخدم أقطاب من النوع L والآخر يستخدم أقطابًا سفلية. وتستخدم المحاثة الكهربائية المقولبة ذات القطب السفلي عملية قولبة جديدة، تتميز بتغليف الملف والنواة المغناطيسية في وحدة واحدة ووضع الأقطاب في الأسفل، مما يحقق تكاملًا أعلى وتحسين الأداء.
الشكل 1. هيكل المحث الطاقي المقولب ذو القطب السفلي
تتجلى مزايا المحث الطاقي المقولب ذو القطب السفلي بشكل رئيسي في الجوانب التالية:
◾ التصغير والتكامل عالي الكثافة: يمكنه تقليل المساحة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وزيادة كثافة التركيب. مقارنةً بالمحاثات الملفوفة التقليدية، فإن المحاثات الطاقية المقولبة ذات الأقطاب السفلية لها حجم أصغر، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للأجهزة المحمولة التي تتمتع بمساحات محدودة ووحدات الطاقة عالية الكثافة.
◾ مقاومة تيار مستمر منخفضة (DCR): من خلال تحسين طريقة لف الملف وتصميم القطب، يمكن للمحث تحقيق مقاومة تيار مستمر أقل، مما يقلل من فقدان الطاقة ويحسن كفاءة التحويل (وهو ما يُعد متميزًا بشكل خاص في حالات الجهد المنخفض والتيار العالي).
◾ موثوقية عالية: يتم ثني نهاية الملف وتشكيلها بالضغط مع مسحوق النواة على شكل حرف T لتكوين قطب سفلي صلب. وهذا يزيد من قوة لوحة اللحام ويُلغي الحاجة إلى أطراف ملحومة إضافية، وبالتالي يزيل خطر حدوث دوائر مفتوحة ويعزز موثوقية المنتج.
باعتبارها تقنية مبتكرة في المحاثات الكهربائية المقولبة، تُقدِّم المحاثات من النوع ذي القطب السفلي مزايا كبيرة من حيث هيكل المنتج والأداء الكهربائي والتطبيق. وتُستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل محولات التيار المستمر للسيارات، وأنظمة مساعدة القيادة المتقدمة (ADAS)، ووحدات الطاقة، ومصادر الطاقة ذات التبديل عالي التردد، ومحركات السير، وأجهزة العاكس الضوئي، والمعدات الاتصالية.
2- دليل اختيار المحاثات الكهربائية المقولبة من النوع ذي القطب السفلي
كوداكا طورت محاثات ذات خصائص مواد مختلفة لتتناسب مع تطبيقات العملاء المختلفة. ولمساعدة العملاء على اختيار المحث الكهربائي الأنسب، فيما يلي نماذج تمثيلية من المحاثات الصناعية المقولبة بقطب سفلي من Codaca — CSEG وCSEC وCSEB وCSEB-H— مع مقارنة لخصائصها الكهربائية.
2.1 CSEG : مقاومة تيار مستمرة فائقة الانخفاض، أقل فقدان في النطاق الترددي المنخفض
◾ هيكل درع مغناطيسي: مقاومة قوية للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
◾ بنية مقولبة: ضوضاء صوتية فائقة الانخفاض.
◾ خصائص اشباع لينة: تتحمل التيارات العالية القصوى.
◾ مقاومة تيار مستمرة فائقة الانخفاض: أعلى تيار Irms (تيار الارتفاع الحراري).
◾ تحقق أقل فقدان للطاقة في النطاق الترددي المنخفض (أقل من 700 كيلوهرتز).
◾ تصميم رقيق: توفر المساحة، ومناسبة للتركيب عالي الكثافة.
◾ درجة حرارة التشغيل: -40°م إلى +125°م (متضمنًا تسخين الملف الذاتي).
2.2 سي إس إي سي : تيار اشباع عالٍ، أقل فقدان في النطاق الترددي العالي
◾ هيكل درع مغناطيسي: مقاومة قوية للتداخل الكهرومغناطيسي.
◾ بنية مقولبة: ضوضاء صوتية فائقة الانخفاض.
◾ تيار اشباع فائق العالي (Isat).
◾ خصائص اشباع لينة: تتحمل التيارات القصوى الأعلى.
◾ يحقق أقل خسارة في الطاقة ضمن النطاق عالي التردد (700 كيلو هرتز إلى 3 ميغا هرتز).
◾ تصميم رقيق: توفر المساحة، ومناسبة للتركيب عالي الكثافة.
◾ درجة حرارة التشغيل: -40°م إلى +125°م (متضمنًا تسخين الملف الذاتي).
2.3 سي إس إي بي : نطاق واسع من أحجام المنتجات والطرازات
◾ هيكل درع مغناطيسي: مقاومة قوية للتداخل الكهرومغناطيسي.
◾ بنية مقولبة: ضوضاء صوتية فائقة الانخفاض.
◾ مجموعة واسعة من الأحجام وقيم الحث (الحجم الأقصى 1510).
◾ خصائص اشباع لينة: تتحمل التيارات العالية القصوى.
◾ تصميم رقيق: توفر المساحة، ومناسبة للتركيب عالي الكثافة.
◾ المنتج القياسي متوافق مع معيار AEC-Q200.
◾ درجة حرارة التشغيل: -40°م إلى +125°م (متضمنًا تسخين الملف الذاتي).
2.4 سي إس إي بي - هـ : مقاومة تيار مستمرة منخفضة (DCR) والتيار المسموح به عند ارتفاع درجة الحرارة
◾ هيكل درع مغناطيسي: مقاومة قوية للتداخل الكهرومغناطيسي.
◾ بنية مقولبة: ضوضاء صوتية فائقة الانخفاض.
◾ مقاومة تيار مستمرة منخفضة (DCR).
◾ تيار جذر المتوسط التربيعي مرتفع (التيار المسبب لارتفاع درجة الحرارة).
◾ خصائص اشباع لينة: تتحمل التيارات العالية القصوى.
◾ تصميم رقيق: توفر المساحة، ومناسبة للتركيب عالي الكثافة.
◾ المنتج القياسي متوافق مع معيار AEC-Q200.
◾ درجة حرارة التشغيل: -40°م إلى +125°م (متضمنًا تسخين الملف الذاتي).
2.5 مقارنة معلمات الأداء
السلسلة الأربع لمحث الطاقة المصهور عالي الأداء المذكورة أعلاه تم تطويرها وتصميمها بشكل مستقل من قبل كوداكا. وتتميز جميع السلسلات بالموثوقية العالية وبنيان درع مغناطيسي، ولكن لكل سلسلة مزايا أداء فريدة خاصة بها.
الجدول 1. ملخص أداء مواصفات المحاثات المصهورة المختلفة
أسهل طريقة للتحديد هي استخدام أدوات "مُحدِّد المحثات للطاقة" و"مقارنة خسائر المحثات للطاقة" الموجودة على الموقع الرسمي لكوداكا. وستعرض المنظومة أداء كل محث بناءً على الظروف التشغيلية التي تدخلها (التيار، التموج، درجة الحرارة، التردد التشغيلي، إلخ).
◾مقارنة تيار الاشباع Isat
على سبيل المثال، نأخذ قيمة الحث 4.7 ميكرو هنري، ونقوم بمقارنة منتجات ذات الحجم نفسه ولكن من سلاسل مختلفة.
بالمقارنة مع CSEG وCSEB-H وCSEB، توفر سلسلة CSEC قدرة أعلى على تيار الاشباع، مما يجعلها الخيار المثالي للتطبيقات التي تتطلب تحملًا عاليًا للتيار الذروي.
الشكل 2. مقارنة منحنى الحث مقابل تيار الاشباع لمختلف مواصفات المحاثات المقولبة
◾ مقارنة تيار ارتفاع درجة الحرارة (Irms)
بأخذ قيمة حث مقدارها 4.7 ميكرو هنري كمثال، نقوم بمقارنة منتجات ذات الحجم نفسه من سلاسل مختلفة.
الجدول 2. جدول مقارنة المعايير التشغيلية لمختلف مواصفات المحاثات المقولبة
من جدول المقارنة أعلاه، بالإضافة إلى مقاومته الفعالة المنخفضة للغاية (DCR)، فإن السلسلة CSEG تمتلك تيار ارتفاع درجة حرارة أعلى بنسبة حوالي 40٪ مقارنة بالسلاسل CSEC وCSEB-H وCSEB، مما يسمح لها بالعمل عند درجة حرارة أقل في الظروف التشغيلية نفسها.
الشكل 3. مقارنة منحنيات تيار ارتفاع درجة الحرارة لمختلف مواصفات المحاثات المتكاملة المقولبة
◾ مقارنة الفقد في القدرة
بأخذ قيمة حث مقدارها 4.7 ميكرو هنري كمثال، تم اختبار خصائص الفقد لكل سلسلة باستخدام اختبار دورة قياسي.
شروط الاختبار: التيار = 10.5 أمبير، التموج = 40٪، المدى الترددي = 100-3000 كيلوهرتز، B = 3 ملي تسلا.
الشكل 4. مقارنة فقدان القدرة لأنماط مختلفة من المحاثات المقولبة
استنادًا إلى تحليل المنحنى أعلاه، فإن السلسلة CSEG لديها أقل خسارة إجمالية عند أقل من 700 كيلوهرتز. والسلسلة CSEC لديها أقل خسارة عند أكثر من 700 كيلوهرتز. وتملك سلسلتا CSEB وCSEB-H خسائر متوسطة.
3- سلاسل منتجات إضافية
تركز المقارنة أعلاه على الخصائص الرئيسية للمحاثات الصناعية المقولبة ذات الأقطاب السفلية. بالنسبة لتطبيقات الإلكترونيات السيارات، طورت شركة Codaca عدة نماذج منتجات متناظرة من محاثات مقولبة للدرجة automotive، مثل سلسلتي VSEB وVSEB-H.
الشكل 5. محاثات Codaca المقولبة للدرجة automotive (المميزة بدائرة حمراء)
تستخدم الملفات الكهربائية الصناعية من الدرجة السياراتية من كوداكا مادة نواة مسحوق سبيكة منخفضة الفقد وعملية صب محسّنة، وتتميز بفقدان منخفض وكفاءة عالية ونطاق ترددي واسع للتطبيق. ويُعد التصميم المدمج موفرًا للمساحة ومناسبًا للتثبيت عالي الكثافة. وتتوافق جميع المنتجات مع المعيار AEC-Q200. ويمكن أن يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل من -55°م إلى +165°م (متضمنًا تسخين الملف الذاتي)، مما يجعلها قادرة على التكيّف مع البيئات المعقدة لتطبيقات الإلكترونيات السياراتية.
EN