لماذا تحتاج منظمات الجهد إلى تعويض درجة الحرارة؟

السبب الرئيسي لتعويض درجة حرارة منظم الجهد هو أن المعلمات الكهربائية للمكونات الإلكترونية تختلف باختلاف درجة الحرارة، مما يؤثر على دقة واستقرار تنظيم الجهد. يمكن لتقنية تعويض درجة الحرارة أن تقلل من تأثير درجة الحرارة على أداء المكونات وتضمن جهد خرج ثابت لمنظم الجهد في نطاق درجة الحرارة المحيطة. وهنا بعض التفاصيل:
I. تأثيرات درجة الحرارة على المكونات الرئيسية لمنظمات الجهد الكهربي
المعلمات الكهربائية للمكونات الرئيسية لمنظم الجهد، مثل المقاومات والمكثفات والثنائيات والترانزستورات، تنجرف مع درجة الحرارة، مما يتسبب في انحراف جهد الخرج عن القيمة المحددة. المظاهر المحددة هي كما يلي:
تغيير المقاومة
كان معامل درجة حرارة المقاوم للفيلم المعدني ± 100 جزء في المليون / درجة مئوية (أي . 0.01٪ تغير في المقاومة لكل تغير بمقدار 1 درجة في درجة الحرارة).
على سبيل المثال، عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار 50 درجة، قد يتغير المقاوم 100 أوميجا + -500 أوميجا، مما يؤثر بشكل مباشر على جهد الخرج لدائرة المقسم.
تغيير انخفاض الجهد الأمامي للديود
يتناقص انخفاض الجهد الإيجابي لثنائي السيليكون مع زيادة درجة الحرارة، عادة -2 مللي فولت/ درجة مئوية.
على سبيل المثال، في دائرة الجهد المرجعي، إذا انخفض انخفاض جهد الصمام الثنائي من 0.7 فولت إلى 0.6 فولت، فإن جهد الخرج ينخفض ​​بنسبة 14٪ تقريبًا.
انحراف معلمة الترانزستور
تعتبر المعلمات مثل كسب تيار الترانزستورات (بيتا) وجهد الانبعاث الأساسي (Vbe) حساسة لدرجة الحرارة.
على سبيل المثال، لكل زيادة بمقدار درجة واحدة في Vbe، هناك انخفاض بحوالي 2 مللي فولت، مما قد يؤدي إلى تحول في نقطة عمل الترانزستور، مما يؤثر على كسب واستقرار دائرة مكبر الصوت.
تغيير قيمة المكثف
تزداد سعة المكثف الإلكتروليتي مع درجة الحرارة وتقل سعة المكثف السيراميكي مع درجة الحرارة.
سيؤثر هذا التغيير في السعة على تردد القطع لدائرة المرشح ويؤدي إلى زيادة تموج جهد الخرج.
ثانيا. ضرورة التعويض عن درجة الحرارة
بدون منظم الجهد المعوض لدرجة الحرارة، يمكن أن تسبب التغيرات في درجات الحرارة المشاكل التالية:
إزاحة الجهد الناتج
على سبيل المثال، في منظم مولد التيار المتردد للسيارات، إذا انخفض الجهد المرجعي بسبب ارتفاع درجة الحرارة، فقد لا يكون جهد خرج المولد كافيًا لشحن البطارية، مما يؤدي إلى استنفاد البطارية.
انخفاض دقة التنظيم
في الأجهزة الدقيقة (مثل المعدات الطبية وإمدادات الطاقة المخبرية)،-قد تتجاوز تقلبات الجهد الكهربي الناتجة عن درجة الحرارة هامش الخطأ المسموح به، مما يؤثر على أداء الجهاز أو النتائج التجريبية. مخاطر استقرار النظام
يمكن أن تؤدي التغيرات في درجة الحرارة إلى دخول المنظم إلى منطقة العمل غير الخطية aaa، مما يتسبب في التذبذب وعدم الاستقرار وحتى تلف جهاز التحميل.
انخفاض العمر
سيؤدي الانجراف في درجات الحرارة على المدى الطويل- إلى تراكم الضغط على المكونات، وتسريع عملية التقادم، وتقصير عمر المنظم.
ثالثا. طريقة تعويض درجة الحرارة
تستخدم منظمات الجهد التقنيات التالية لتحقيق تعويض درجة الحرارة:
1. تعويض الأجهزة
(1) تعويض الثرمستور
في دائرة مقسمة، سلسلة من المقاومات الحرارية ذات معامل درجة حرارة سالب. تتناقص مقاومتها مع ارتفاع درجة الحرارة، لتعويض انحراف درجة حرارة المقاومات الأخرى.
على سبيل المثال، في دائرة الجهد المرجعي، يتم إجراء تسلسل لمقاومة NTC بمقاومة ثابتة لضمان بقاء المقاومة الإجمالية مستقرة أثناء تغيرات درجة الحرارة.
(2) تعويض الصمام الثنائي.
يتم استخدام معامل درجة الحرارة السلبية للدايود (حوالي -2 ملي فولت / درجة مئوية) للتعويض عن انحراف درجة حرارة الترانزستور Vbe.
على سبيل المثال، في دائرة مرجعية ذات فجوة الحزمة، من خلال التصميم الدقيق لنسبة التيار بين ثنائيين، يظل جهد الخرج ثابتًا تقريبًا مع درجة الحرارة.
(3) دائرة تعويض درجة الحرارة المتكاملة
تم دمج مستشعر درجة الحرارة وشبكة التعويض في شريحة تنظيم الجهد المتخصصة (على سبيل المثال LM7805 وLM317 لضبط جهد الخرج تلقائيًا.
على سبيل المثال، يستخدم LM317 مضخم تشغيلي داخلي ودائرة ترانزستور لتحقيق معامل درجة حرارة جهد الخرج أقل من 50 جزء في المليون/درجة مئوية.
2. تعويض البرمجيات (التنظيم الرقمي)
(1) أخذ عينات من مستشعر درجة الحرارة.
مراقبة في الوقت الفعلي لدرجة الحرارة المحيطة أو درجة حرارة المكونات باستخدام مستشعر درجة الحرارة الرقمي مثل DS 18B20.
(2) تصحيح المتحكم الدقيق
وفقًا لبيانات درجة الحرارة، يتم التعديل الديناميكي لجهد PWM الناتج لجعل نسبة واجب PWM أو طريقة حساب مقاومة الجهد الرقمي.
على سبيل المثال، عند تبديل الطاقة، تقوم المتحكمات الدقيقة بضبط معلمات حلقة التغذية المرتدة بناءً على التغذية المرتدة لدرجة الحرارة للحفاظ على استقرار جهد الخرج.
رابعا. مقدمة سيناريوهات التطبيق النموذجية
إلكترونيات السيارات
يمكن أن تتراوح درجة حرارة حجرة المحرك بين -40 درجة مئوية و125 درجة مئوية. تتطلب منظمات الجهد تعويض درجة الحرارة لضمان استقرار جهد خرج المولد ومنع الشحن الزائد أو الشحن الزائد للبطاريات.
التحكم الصناعي
في بيئات المصنع، سوف تؤثر تقلبات درجات الحرارة على جهد PLC، وأجهزة الاستشعار وما إلى ذلك، ويمكن أن يؤدي تعويض درجة الحرارة إلى تحسين موثوقية النظام. معدات الاتصالات
تحتاج معدات المحطة الأساسية إلى العمل بشكل ثابت عند درجات حرارة تتراوح بين 40 و55 درجة مئوية تحت الصفر. تعويض درجة الحرارة يمكن أن يمنع انقطاع الاتصالات الناجم عن تقلبات الجهد.
أنظمة الطاقة المتجددة
يجب أن تتكيف منظمات الجهد الكهربي للعاكسات الكهروضوئية ومحولات طاقة الرياح مع التغيرات في درجات الحرارة الخارجية لضمان تحويل الطاقة بكفاءة.
V. توصيات الاختيار والتصميم
اختر نموذجًا مزودًا بتعويض درجة الحرارة
يُفضل استخدام منظمات الحرارة ذات عوامل درجة الحرارة (على سبيل المثال ±0.01%/ درجة) أو شرائح تعويض درجة الحرارة المدمجة.
التحقق من أداء التعويض
يتم إجراء اختبارات درجات الحرارة العالية/المنخفضة (-40 درجة إلى 85 درجة) للتحقق من استقرار استقرار جهد الخرج والتأكد من أنه يلبي متطلبات التطبيق.
النظر في تصميم تبديد الحرارة
قم بتحسين تخطيط المكونات، وزيادة المشتتات الحرارية أو المروحة، وتقليل ارتفاع درجة حرارة المكونات، وتقليل عبء تعويض درجة الحرارة.
الجمع بين النهج الرقمي والتناظري
في الأنظمة المعقدة، يتم تحقيق تعويض درجة الحرارة بدقة عالية من خلال الجمع بين تعويض الأجهزة ومعايرة البرامج.