أسعد الله صباحك بكل خير أستاذي
هل التعبير PFM في مقالتك الرائعة هو نفسه التعبير PWM ؟
وإذا كان غيره فهل يوجد فرق بين: Pulse Width Modulation
Pulse Frequency Modulation
والمقصود في دارات التغذية؟
وبكل الأحوال شكرا جزيلا يا أستاذي الكريم
دمت بخير

أسعد الله صباحكم بكل خير أخى الكريم
كل فمذكور بعده "تعديل التردد"
PWM و طبعا تعلم أنه Pulse Width Modulation يعمل على تغيير الخرج بتغيير اتساع (عرض) النبضة أى زاد زمنها فكلما زاد العرض زاد الخرج
أما PFM فهى كما تعلم Pulse Frequency Modulation و يتم تغيير الخرج بتغيير التردد حيث كل نبضة ذات عرض ثابت أى زمن ثابت و لزيادة الخرج يجب زيادة التردد أى زيادة عدد المرات فى الثانية لإعطاء المزيد من النبضات

أسعدنى مروركم الكريم

المحول و حساباته:

كل الدوائر السابقة تعتمد على محول وهى الأفضل من حيث سهولة التصميم و التحكم فيها و التنبؤ بمجريات الأمور فيها لكن لم نتحدث عن تصميم المحول.
فى سلسلة المحولات قدمت الشرح المفصل لهذه العملية و لكن نوجزها هنا فيما يلى..
يمكننا استخدام الحديد السيليكونى حتى تردد 500 ذ/ث و عندها سيبدأ الفقد فى الحديد فى الإرتفاع مقللا الكفاءة لذا عند الترددات الأعلى نلجأ لإستخدام الفرايت وهى تراكيب عديدة تتباين فى الترددات التى تعمل عليها فبعض المحولات تستخدم فى محطات البث المسموع و المرئى لمواءمة تردد الإرسال و البعض لمواءمة الهوائى فى الإستقبال لذا فكل نطاق ترددى له نوع مناسب من القلوب و الخامات ولن تسنطيع تشكيلها كما فى الحديد السيليكونى لذا سنلجأ لمواقع الشركات المنتجة و الشراء بناء على القدرة و التردد.
يمكننا هنا أن نتحايل على هذا الأمر بأن نستخدم المحولات الموجودة إما بالمحول الإلكترونى أو من وحدة قدرة حاسب قديمة لكن إن شئت ان تجمع أكثر من واحد لزيادة القدرة فيراعى أن تكون الوحدات متماثلة.
يمكنك فك المحول و تعد لفات الإبتدائى و الثانوى فتعلم كم لفة لكل فولت .
عند محاولة فك الإبوكسى المستخدم فى لصق نصفى المحول، تجنب الطرق التى ترفع حرارة القلب لدرجات غير محسوبة مثل استخدام اللمبات و غيرة و الأفضل وضعة لدقائق قليلة فى ماء يغلى على النار فيمكن فكه. الماء يضمن ان لا تزيد الحرارة عن 100 درجة مئوية أما لو ارتفعت الحرارة فستتغير خواصة المغناطيسية و تقل قدرته على نقل القدرة.
نراعى أيضا نقطة أخرى هامة جدا أن ملفات 12 فولت و 5 فولت ملفوفة من عدة أسلاك مجدولة معا. هل تصورت لماذا؟
لو راجعت سلسلة تصميم الدوائر الإلكترونية الجزء الأول، ستجد موضوع تأثير القشرة Skin Effect حيث يمر التيار المتردد قرب السطح الخارجى فقط ولهذا تأثير كبير على المقطع الذى يمر فيه التيار و الذى لا يمر فيه التيار كما بالرسم.
لذا لو زاد قطر السلك عن ضعف سمك القشرة لن يمر تيار فى القلب.
http://www.calculatoredge.com/electr...n%20effect.htm
فى هذا الرابط حاسبة لحساب عمق القشرة و باختيار المللى متر كوحدة و التردد 100ك (0.1 ميجا) سنجد أن عمق القشرة 0.24 مم فقط أى ان السلك ذو قطر 0.48 مم هو أكبر قطر ممكن استخدامه و مازاد عن ذلك سيكون إهدارا للخامة النحاسية دون جدوى.

لذا يصنع من عدة اسلاك كل منها ذو قطر مناسب و تجدل حتى لا يكون أحدها بالخارج طول الملف و من ثم يكون طوله أطول و مقاومتة أكبر و الآخر داخليا طول الملف و من ثم يكون طوله أقل و مقاومتة أقل فضلا عن أن تأثير القشرة سيؤثر على الضفيرة كما يؤثر على السلك المفرد ما لم تكن مضفورة.
لحساب عدد اللفات فهو أيضا مشروح فى سلسلة المحولات و لكن 3 أسلاك بقطر 0.1 مم لا تساوى سلك بقطر 0.3 مم و الصورة تبين

الأسلاك الأحمر و الأخضر و الأزرق متساوية الأقطار و مجموعها أقل بكثير من قطر الدائرة السوداء والتى بدورها أقل من 3×قطر أى من الأسلاك الثلاثة.
لذا حساب مساحة الدائرة هو الأجدى و الأدق وهى 3.14 × مربع القطر ÷ 4
لذا مربع قطر السلك المطلوب = مجموع مربعات الأسلاك المستخدمة.
أو يمكن القول
3.14 × مربع قطر السلك المطلوب ÷ 4 = عدد الأسلاك "ن" المطلوب × مربع قطر السلك المستخدم ÷4
أى مربع قطر السلك المطلوب = عدد الأسلاك "ن" المطلوب × مربع قطر السلك المستخدم
أى أن قطر السلك المطلوب = جذر عدد الأسلاك "ن" المطلوب × قطر السلك المستخدم
فمثلا أحتاج سلك بقطر 2مم ليتحمل أمبير ما عند التردد 100ك و سأضطر لإستخدام السلك ذو القطر 0.48 مم السابق
2 مم = جذر ن × 0.48 مم
جذر ن = 2 ÷ 0.48 = 4
ن = 16 سلك مضفورة معا

الدوائر السابقة اعتمدت على المحول ولهذا فهى تمد بخاصية العزل بين الدخول و الخروج . الدوائر التالية لا تعتم
على محول و من ثم سيكون العزل غير متوافر لكنها ربما أقل كلفة.
ماذا يحدث لو لدينا جهد موجب و اضطررنا لإستخدام جهد سالب؟ طبعا نعيد تصميم وحدة التغذية – لكن لو صعب هذا الأمر ماذا يمكن عمله؟؟

السلام عليكم
مجهود رائع أستاذ ماجد ومشكور جزيل الشكر على هذه المعلومات المفيدة . ولي سؤال بخصوص المحولات . طالما اننا سوف نستخدم محولات بالاصل هي مصنوعة كما ذكرت انت من بور الحاسب وغيره....... لماذا نعتمد على تفكيكها لماذا لانستخدمها مباشرةً ؟

توجد مواضيع عديدة بكل المنتديات لتحويل بورسبلاي الحاسب الى شاحن !
المعروف ان البور للحاسب بجهد 12 فولت أو 12.2 فولت وبعد التعديل يمكن ان يكون 17 فولت .
هل الجهدان قبل التعديل وبعد التعديل هم نفس الكفاءة . ؟

أخى
هذا يعتمد على احتياجك فهى مصممة لتعطى قيم محددة مناسبة للقيم 5 و 12 فولت
لو هذا يكفى فلم لا - يمكنك استخدامها مباشرة و أنا شخصيا استخدم وحدة تغذية حاسب كمصدر لتغذية كل القيم منه مثل 5 و 3.3 و +/-12 فولت الخ
لا اختلاف من حيث الكفاءة فقط عند انخفاض الدخول 220 قد لا تحصل على نفس الخرج لأن عدد لفات الثانوى لم يعدل و من ثم سيظل خرج المحول كما هو بينما زاد جهد الحمل من 12 إلى 17 فولت

مولدات جهد سالب من موجب Split Supply ICL7660
قد يبدو العنوان غريبا فلم لم يتم أخذ ذلك فى الحسبان فيما مضى بإضافة ملف آخر و دائرة تقويم؟
حسنا هذا ما هو متبع فى وحدات الحاسب الآلى فضلا عن كثير من التطبيقات لكن القضية هنا أننا صممنا دائرة كاملة لجهاز ما و فقط نريد الربط بشبكة حاسب أو منفذ تسلسلى أو توفير مصدر تغذية سالب لمكبر عمليات يمد مخرج ما ، أى أن الأمر لا يعدو بضع مللى أمبيرات فضلا عن أن الجهاز منه عدة طرز مختلفة توفر هذا الإتصال عند الطلب، تشترى جهازك اليوم و العام القادم تتطور و تتوسع فتضيف هذه الخاصية. هل توفر هذه التغذية لكل الأجهزة و تستغل فقط فى ربما 10% منها؟
من الطبيعى أن نجعل هذه الخاصية فى كارت يتم تركيبة عند اللزوم ولكن من أين سيأخذ الجهد السالب؟ ماذا لو وفرناها على ذات الكارت فالتيار المطلوب كما قلنا بضع مللى أمبير لا أكثر؟؟
هل يبدو ذلك مألوفا؟ هل استخدمت سابقا أى من المتكاملات MAX232,75232,ICL232 ؟ لو كان ستلاحظ أن بضع مكثفات 10 ميكرو فاراد بين أطرافها توفر لك +/- 10 فولت لتناسب التقنية RS232 وهو من +5 فولت فقط ، كيف هذا؟
الدائرة الشهيرة بمضاعف الفولتية Voltage doubler وهى

وهى مشروحة فى سلسلة تصميم الدوائر الإلكترونية و بسرعة عندما يكون الدخل موجبا سيشحن المكثف C1 من خلال D1 الموجب على اليسار. و عند عكس القطبية سيجمع الدخل على جهد المكثف بقيمة الضعف على D1 و الموجب لأسفل و الذى بدوره من خلال D2 يشحن C2 و يكون عليه الضعف.
الآن لنحصل على السالب نفترض هذه الدائرة

سنجد أولا المفتاح كما بالرسم العلوى فيشحن المكثف C1من المصدر بنفس قيمته ثم ينتقل المفتاح للوضع الثانى و الخط الأحمر يبين الربط الآلى بينهما كمفتاح واحد ذو شقين أو مسارين و المعروف DPDT أو مزدوج بمسارين ، عندها سيتصل طرفة الموجب بالأرضى و السالب بمكثف الخرج C3 واضعا شحنة عليه لنفس الفولت مما يسبب ظهور جهد سالب على الخرج.
جدير بالذكر أن هذا المفتاح هو مجموعة من الترانزيستورات سواء ثنائية أو موسفيت و غالبا ما يكون الموسفيت أفضل لأنه يسمح بمرور التيار فى الإتجاهين على النقيض من الثنائى القطبية الذى يتطلب وجود واحد PNP و آخر NPN لتمرير التيار فى الإتجاهين.

هذا ما يجعل المتكاملة MAX232 تعمل بخرج -/+ 10 فولت من تغذية +5 فولت فقط. يمكنك ان تستفيد ببضع مللى أمبيرات أيضا من الطرف السالب لهذه المتكاملة لو تريدها لشيء مجاور.

أيضا صنعت متكاملة أخرى تعمل على جهد من 1.5 فولت و حتى 10 فولت لتولد جهد مطابق للدخول قيمة و لكنه سالب أى لا تزيد من قيمته.
هذه المتكاملة هى ICL7660 و التى يمكنها أن تقسم مصدر لنصفين أيضا أى تحصل من +10 فولت على +/-5فولت.

من الجدير بالذكر أن قيمة الخرج تعتمد كثيرا على سعة المكثفات لذا فهى لا تقوم بتثبيت الجهد.
ماذا لو احتاجنا لقدرة أعلى أو تردد أعلى؟

دائرة تثبيت مخفضة للجهد Buck Regulator :

يمكننا دوما استخدام مفتاح للتحكم فى مرور تيار ما عبر مسار ما وهنا أقول تيار ولا أذكر كلمة كهربى فالمبدأ واحد لكل أنواع التيارات منها الغازات و السوائل. إذن لنطبق هذا المبدأ كهربيا.

هنا لدينا مصدر +V و مفتاح وحمل على مخرج. بالطبع عند تقطيع التيار المار سيكون الخرج أقل من الدخل بحكم كونه نبضات أقل من الفترة الكلية أو ببساطة أحيانا هناك تيار و أحيانا أخرى لا يكون. سيكون الخرج هنا مساويا لجهد الدخل مضروبا فى نسبة الدوام أى
الخرج = الدخل × زمن التوصيل ÷ الزمن الكلى
وهذه الطريقة عملية و مستخدمة فى التحكم فى حرارة السخانات الأومية و إضاءة اللمبات و فى التحكم فى سرعة موتورات التيار المستمر بالتحكم فى زاوية فتح ثايريستور أو تراياك حسب الخرج المطلوب ، ولكن لبعض أنواع أخرى من الحمل، هذا أشبه بمطرقة سريعة الضربات عليه لذا نحن نريد جهدا مستمرا للحصول على تيار مستمر فى الخرج لذا سنضع المكثف C1 و الذى يشحن أثناء مرور التيار و يعوض هو فترات الإنقطاع، و من المتوقع أن تفكر فى استبدال المفتاح بترانزيستور تتحكم فيه دائرة تفتحه عند انخفاض الخرج ثم تغلقة فور وصوله للحد المطلوب. أيضا قد تقول أن المكثفات لا تتلائم جيدا مع أشباه الموصلات فتفكر فى استبداله بملف

و من دائرة RL المشابهة لدائرة RC ستجد أن عند التوصيل سيبدأ التيار فى الإرتفاع التدريجى و جهد الخرج بالتبعية فى الزيادة التدريجية، لكن فور فتح المفتاح سيكون الجهد كله على المفتاح وليس على الحمل مما يفسد عمل الدائرة بإنقطاعه عن الخرج (أعلم الإحتجاج أن الملف يولد جهد عالى لكن أيضا هناك مفتاح سيتحمله و ترانزيستورات تتحمل 1000 فولت) و لهذا يجب أن يتغير نوع المفتاح كما بالصورة ليوفر المسار الكامل للتيار عند الفصل من خلال التوصيل بالأرض فلا ينقطع التيار عن الحمل.
حسنا لنبدأ تنفيذ أى من الدائرتين ببساطة. و ليكن الحمل مثلا 1 أمبير و الدخول 12 فولت و نريد منه 5 فولت لدوائرنا الإلكترونية.
دائرة المكثف بسيطة و سهلة و نحتاج لترانزيستور يمرر التيار. أمبير واحد ليس مشكلة لكن كم سيمر حقيقة فى هذا المسكين؟
قانون أوم يقول الفولت مقسوما على المقاومة أى 12-5 = 7 فولت مقسومة على ...
كم قيمة المقاومة ؟ هل هى صفر أو قريبة من ذلك؟؟ وهل التيار يقارب مالانهاية؟؟
حسنا هنا مشكلة، لنضع مقاومة لنحد من التيار. حل منطقى إلا أنه سيلغى قيمة هذه التقنية لأنها ستستهلك قدرة و نحن نلجأ للتقطيع لتجنب ذلك فضلا عن أن هناك مشكلة فى اختيار قيمتها، لو قليلة سيمر تيار كبير و نحتاج ترانزيستور مكلف ولو لا يوجد حمل قد يرتفع الخرج قبل أن يفصل الترانزيستور. ولو المقاومة كبيرة سيكون الفقد كبيرا عند الحمل الكامل، إذن ما الحل؟
حسنا هذه غير عملية و نلجأ للملف ليحد من التيار.
مشكلة الملف أنه سيعمل جيدا عند الحمل الكامل و لكن عندما لا يكون هناك حمل، لا يكون هناك تيار و بالتالى سيكون الهبوط على طرفي الملف صفرا و بالتالى دائرة التحكم ستواجه مشكلة أن الخرج دوما أعلى بكثير مما يجب.
كما أن هناك مشكلة أخرى قد لا تجعل هذه الدائرة عملية، فى الوضع الأول سيكون على طرفى الملف فرق جهد البطارية من الخرج أى 12-5 = 7 فولت، عند انتقال المفتاح للوضع الثانى (الغلق) فى المسار الأخضر، سيكون جهد الملف 7 فولت على الخرج فجأة وهو مدمر لغالبية الدوائر الرقمية. و الأسوأ انه يزداد كلما زاد الفرق بين الدخل و الخرج.

لذا لو أمكن جمع الحلين معا لكان الملف هو ما يحد من مرور التيار و يجعله تدريجا و مناسبا للدائرة وهو لا يفقد طاقة، و سيشحن المكثف تدريجا و يبقى جهد الخرج ثابتا على الحمل أثناء الفصل وهو ما يحتاجه الحمل و أيضا يعطى دائرة التحكم الفرصة للرقابة و الإستجابة فتفصل عندما يكون الجهد مناسبا وهو سيتحقق آليا عندما يكون متوسط تيار المفتاح مساويا لتيار الحمل + الفقد فى المكثف. ولو لم يكن هناك فقد فسيكون الجهد على المكثف دوما كافيا لإخبار دائرة التحكم أن لا حاجة لفتح السويتش.
هكذا أصبحت الدائرة بهذه الصورة

هنا سنلاحظ أن عند الفتح تختزن الطاقة فى الملف و عند الغلق سيعطى الملف هذا المخزون للحمل وهذه أهم نقطة فى عمل هذا النوع. الملف هنا كالمحول فى الدوائر السابقة و يجب أن يكون
1- قادر على نقل هذا الكم من الطاقة للحمل
2- يجب أن لا يصل للتشبع فى أى لحظة من عمل الدائرة و إلا إنقلب من حث إلى قصر مدمرا المفتاح و الحمل معا.
المرة القادمة إن شاء الله نناقشها ببعض الحسابات

تصميم الدائرة:
حسنا لا يوجد مفتاح الكترونى ذو مخرجين كما بالرسم السابق فما لدينا هو الدايود أو الترانزيستور و كلاهما إما موصل أو قاطع، لذا فالمسار باللون الأحمر سنستبدله بالترانزيستور للتحكم فى عرض النبضة وهذا منطقى لكن رغم أن المسار الأخضر يمكن استبداله أيضا بترانزيستور إلا أن التحكم فيه سيكون معقدا لضرورة أن لا يتأخر عن قفل الأول فيعرضه للجهد العالى ولا يفتح آنيا معه فيضع قصر على مصدر التغذية، لذا لو أمكن أن يكون آليا أى دون تحكم سيكون أفضل.
بما أن الدايود يتحكم فيه التيار أليا فإن كان التيار فى الإتجاه الصحيح يسمح له بالمرور و يوقفه لو بالعكس، إذن فهو حل مثالى لهذا المفتاح

بالنسبة للترانزيستور فلا يهم إن كان ثنائى القطبية Bi-polar أو موسفيت ولا من أى قطبية فكل الأنواع استخدمت بنجاح لكن هناك نقطة يمكن ملاحظتها هنا وهى أن فى الترانزيستورات الثنائية نجد أنواع س م س أى NPN متاحة بتيار أعلى و أمبير أعلى و تردد أعلى من نظيرتها م س م أو PNP و إن تساويا سيكون غالبا ثمن الأول أقل من ثمن الثانى و نفس الشيء فى الموسفيت ذو القناة السالبة N-Chanel متاح بتيار أعلى و أمبير أعلى و تردد أعلى و الأهم أن مقاومته عند التوصيل أقل أى يفقد حرارة أقل من نظيره P-Chanel ، إلا أن إدخال الأول فى التشبع يحتاج بعض المجهود أكثر من الآخر للأسباب السابق ذكرها فى موضوع الوحدات الخطية ذات الهبوط المنخفض LDO
عند اختيار الترانزيستور يجب أن يتحمل ضعف أعلى جهد للبطارية – لاحظ أن البطارية مجرد رمز لمصدر مستمر مطلوب تثبيت خرجه وهو قد يتغير حسب الظروف.
أيضا يجب أن يتحمل ضعف التيار الأقصى المار فى الدائرة
و يجب أن يقفل و يفتح أى ذو تردد مناسب للتردد المزمع استخدامه و تردد القطع 10 أمثال التردد المزمع استخدامه لأن كلما قل التردد سيكون أبطأ فى التوصيل و القطع و من ثم ستتولد به حرارة نتيجة حاصل ضرب الفولت عليه فى التيار المار به.
أيضا اختار الترانزيستور من النوع المصنف للإستخدام كمفتاح Switching Applications فهو مصمم لهذا الغرض (الإنتقال الفجائى بين القطع و الوصل) بصرف النظر عن خطية هذا الإنتقال والمطلوب عادة فى دوائر التكبير.
و أخيرا مهما كان التصميم رائعا لن يكون الفقد صفرا وهذه الحرارة المتولدة يجب أن تشع من جسم الترانزيستور بواسطة مشعع حرارى أو مبرد Heat sink ولا تنسى معجون السيليكون لجودة التوصيل الحرارى.
الآن الدايود يجب اختياره بناء على النقاط التى ذكرت فى بداية حديثنا عنه
أن يكون سريع القطع حتى يفصل فور فتح الترانزيستور و لا يظل موصلا مسببا قصر على المصدر
أن يتحمل ضعف الجهد الذى سيتعرض له وهو جهد المصدر .
أن يتحمل أيضا ضعف التيار الذى سيمر فيه
و أيضا لا تتبنى قيم كتب التصميم التى تعتمد الجانب النظرى للدايود ذو التيار القليل عوضا عن الداتا شيت، فموحدات التيار العالى يكون عليها أيضا فولت عالى اثناء مرور التيار فهى أولا و أخيرا مادة ولها مقاومة اومية كغيرها فمثلا الدايود FR101 سيكون عليه عند 1 أمبير جهد 1.3 فولت بينما PR3001 عند 3 أمبير سيكون عليه 1.2 فولت فقط وهذا يعنى أن هناك أرقام أفضل من أرقام كما أن عند الضرورة سيكون دايود شوتكى الأفضل حيث تجد MBR2020 عند 20 أمبير سيكون عليه 0.5 فولت فقط و طبعا كل هذه القيم من الداتا شيت ولا تتطابق مع القيم النظرية.
هذه القيم للفولت مضروبة فى التيار هى حرارة متولدة فى هذا الثنائى لذا يجب مراعاة ما سبق قوله عن التبريد فمثلا PR3001 تجد طرفيه من سلك غليظ وهذا ليس بسبب 3 أمبير فهى تمر فى سلك ربع ملليمتر لكن لتبريد قطعة السيليكون بداخلة وفى كثير من وحدات التغذية تجد هذا السلك تم لحامه أو تثبيته على قطعة معدنية – هى للتبريد و أحيانا يترك الطرف بدون تقصير لطوله لإستخدام هذا السلك كمبرد أو مشع حرارى
المرة القادمة إن شاء الله سنتحدث عن قيم هذه التيارات و حساب الملف