هناك ثلاثة أنواع من المكونات السلبية في الدوائر الإلكترونية: المقاومات، والمكثفات، والمحاثات، ومن بينها المحثات قد تكون الأكثر غرابة من حيث المبدأ. تم اكتشاف ظاهرة الحث بواسطة مايكل فاراداي وجوزيف هنري في ثلاثينيات القرن التاسع عشر: اكتشف فاراداي أن المجال المغناطيسي المتغير يمكن أن يحفز التيار؛ درس هنري بشكل مستقل ظاهرة "الحث الذاتي"، والتي تشير إلى تحريض التيار في موصل داخل نفسه.
قبل أن يفهم الناس الكهرومغناطيسية بشكل كامل، كان لغزا أن مجرد لف سلك في ملف يمكن أن يغير خصائصه الكهربائية. في الأيام الأولى للراديو، كان عشاق الأعمال اليدوية يستخدمون قضيبًا مغناطيسيًا أو أنبوبًا من الورق المقوى يبلغ طوله بضع بوصات فقط، وملفوفًا بعشرات اللفات من الأسلاك لصنع ملفات ضبط، لتجميع أجهزة الراديو الترانزستور.
يعتمد الرمز التخطيطي للمحرِّض على تصميم مظهره المادي (الشكل 1). تشمل أنواع المحاثات المجوفة والحديدية والمتغيرة.
الشكل 1: تم تشكيل المحرِّضات (الشكل الأيمن) في البداية بواسطة أسلاك ملفوفة حول أنبوب مجوف أو قلب حديدي؛ تظهر الرموز الأساسية المقابلة في الشكل (الصورة اليسرى). (مصدر الصورة: Hackatronic.com)
الحث هو سمة من سمات الموصل، وبسبب تأثير مجاله المغناطيسي، فإن التيار الذي يمر عبر الموصل غالبا ما يتغير. لذلك، يُشار إلى المحرِّضات أحيانًا على أنها ملفات اختناق لأنها يمكنها "خنق" التغيرات في التيار. يمكن التعبير عن العلاقة بين الحث (L) ومعدل تغير الجهد (V) والتيار (I) بمعادلة بسيطة: V=L (dI/dt).
على الرغم من أن ملفات الحث لا تزال تستخدم على نطاق واسع، إلا أنها لم تعد مناسبة للعديد من الدوائر اليوم. قد تكون كبيرة جدًا، وغير قادرة على توفير القيم المطلوبة، وتظهر تأثيرات طفيلية غير مرغوب فيها، ولها مقاومة عالية للتيار المستمر (DCR)، وتظهر تدهورًا في الأداء عند الترددات الأعلى. مقارنةً بعشاق الراديو الأوائل الذين يعملون في مجال DIY، فإن محاثات الجرح الجاهزة لتطبيقات الترددات الراديوية (RF) بأبعاد أقل من 1 ملليمتر مربع (mm2) متاحة الآن للشراء.
المحاثات الحديثة لمحولات الطاقة
على الرغم من أن المحاثات قد حققت تقدمًا كبيرًا، إلا أنه حتى المحاثات ذات الملف المعزز تعاني من عيوب في الأداء والحجم بالنسبة للدوائر الحديثة. تعد محاثات الطاقة الحديثة مكونات دقيقة تم تصميمها بعناية، مع تحديد معلماتها الأساسية والثانوية بشكل كامل، وتحسين خصائصها وفقًا لأولويات التطبيق المختلفة.
بالإضافة إلى ذلك، قام الموردون بتطوير مواد جديدة لتلبية احتياجات مختلف طبولوجيا إمدادات الطاقة التحويلية، مثل محولات الحث الأولية أحادية النهاية (SEPIC)، ومحولات Ć uk (التي سميت باسم مخترعها سلوبودان Ć uk)، وتكوينات تعزيز باك المختلفة.
تستخدم معظم هذه المحاثات مواد فريت ومسحوق متقدمة، وقد تم ضبط خصائصها بعناية. تتمتع هذه المحاثات بـ DCR منخفض للغاية (مما يحسن بشكل كبير قيمة الحث Q - القيمة القياسية لقياس أداء الحث) وتدحرج الحث بسلاسة. يشير الأخير إلى الدرجة التي تنخفض بها قيمة الحث الفعلي أو "تتراجع" بسبب تشبع النواة المغناطيسية مع زيادة التيار المستمر، على غرار استجابة التردد للمرشح.
عادةً ما تحتاج المحاثات المستخدمة في مصادر الطاقة أيضًا إلى قدرات معالجة تيار عالية التصنيف نسبيًا، عادةً في عشرات الأمبيرات. لا يتم تعريف هذه المعلمة بقيمة واحدة، ولكن بقيم متعددة مثل جذر متوسط مربع التيار (Irms)، وتيار الذروة (Ipeak)، وتيار التشبع (Isat). ستحتوي المحاثات المقدمة من قبل الشركة المصنعة على مجموعات تيارات مصنفة مختلفة ومراجع معلمات المستوى الأعلى الأخرى لتلبية المتطلبات ذات الأولوية لمختلف هياكل الطوبولوجيا.
قامت الشركة المصنعة أيضًا بتطوير مواد متقدمة وتقنية التثبيت على السطح (SMT) (الشكل 2) التي يمكنها تحمل الحرارة المرتبطة دون المساس بالأداء أو الموثوقية. يساعد نوع التدريع على تقليل مشكلات تداخل الترددات اللاسلكية (RFI) في التطبيقات الحساسة.
الشكل 2: يمكن الآن لمحثات SMT عالية الطاقة توفير أحجام صغيرة مدهشة مختلفة دون التأثير على الأداء. (مصدر الصورة: إيتون)
تعكس سلسلة المحاثات المصبوبة HCM/HPAL من قسم إلكترونيات إيتون التقدم والتمييز بين هذه المحاثات المحسنة للمحولات. تستخدم كلا السلسلتين مواد حثية متقدمة، تتميز بالمتانة والتيار العالي والتداخل الكهرومغناطيسي المنخفض. يمكن لهيكلها المصبوب أن يوفر محاثة ناعمة في نطاقات تيار مقننة مختلفة.
تتوفر أجهزة سلسلة HCM وHPAL بأحجام مختلفة، ولكن أحجامها صغيرة نسبيًا.
لضمان الموثوقية والمتانة، تتراوح درجة حرارة التشغيل المقدرة لأجهزة HCM/HPAL من -55 إلى 125 درجة مئوية (درجة الحرارة المحيطة بالإضافة إلى ارتفاع درجة الحرارة الذاتية)، وتحتوي على مثبطات الصدأ التي تساعد على منع صدأ السطح بسبب البيئات الرطبة (مستوى MSL 1).
تستخدم سلسلة HCM مسحوق الحديد المضغوط المتقدم بأداء Isat الممتاز، والذي يمكن رؤيته في جهازين تمثيليين، HCM0503V2-R68-R وHCM0503V2-4R7-R. HCM0503V2-R68-R عبارة عن محث غير محمي بـ 680 نانو هنري (nH)، 8 مللي أوم (m Ω) مع تردد تشغيل يصل إلى 1 ميجا هرتز (MHz). يبلغ حجمه 5.7 × 5.4 × 3.0 مم فقط، مع تيار مقنن يبلغ 10 أمبير (A) (Irms)/12 أمبير (Isat). يستخدم HCM0503V2-4R7-R نفس حجم العبوة، ولكنه مناسب للمواقف التي تتطلب محاثة أعلى. إنه جهاز غير محمي بقطر 4.7 ميكرومتر و47 متر أوم بتيار مقنن يبلغ 4.1 أمبير (Irms)/6 أمبير (Isat).
في المقابل، تستخدم محاثات HPAL مسحوق السبائك لتحقيق DCR أقل وIRs أعلى مع الحفاظ على خسائر أساسية أقل. يتراوح نطاق الطاقة لهذه السلسلة من المحاثات من 0.15 μH إلى 10 μH، والتيار من 4.5 A إلى 40 A. ولها وظيفة التدريع الكهرومغناطيسي (EMI)، وهو أمر بالغ الأهمية في بعض التطبيقات. تشتمل أمثلة الأجهزة على HPAL1V0630-R47-R (محث 470 نيوتن متر، 4.1 متر أوم مقدر بـ 18 أمبير (Irms) و20 أمبير (Isat)) وHPAL1V0630-8R2-R (محث 8.2 ميكرومتر، 55 متر أوم مقدر بـ 5 أمبير (Irms) و5.5 أمبير (Isat)).
يوضح الرسم البياني في الشكل 3 العلاقة بين الحث الاسمي، والتيار المستمر، ودرجة حرارة مغو HPAL1V0630-8R2-R.