کاربرد سلف در مدارهای الکترونیکی

همه ما می دانیم که اطرافمان پر شده از لوازم برقی که برای حرکت کردن و روشن شدن نیاز به قطعات الکترونیکی و بردهای الکترونیکی دارند.بردهای الکترونیکی صفحاتی هستند که مدارها و قطعات الکترونیکی بر روی آنها سوار می شود و مانند مغز انسان که فرمان های مهم را می دهد  تمام فرمان های مهم و اساسی را برای به حرکت در آمدن یک دستگاه الکتریکی  را به قطعات دیگر آن دستگاه می دهند.در ادامه به معرفی یکی از این قطعات خواهیم پرداخت پس تا انتهای این مقاله را مطالعه بفرمایید.

سلف چیست؟

همان طور که در ابتدای مقاله نیز به آن اشاره کردیم اطراف ما پر شده است از لوازم برقی که در زندگی روزمره و حتی در کارهای بسیار لازم و ضروری ما مانند پزشکی و صنایع مهم دیگر بسیار پرکاربرد هستند تمام این دستگاه ها دارای برد الکترونیکی و قطعات الکترونیکی هستند.سلف نیز یکی از قطعات الکترونیکی است که در طراحی برد الکتریکی و مدارهای الکترونیکی بسیار پرکاربرد است.

القاگر ها و یا نام دیگر آنها القاگرها ،قطعات الکترونیکی پسیوی (غیر فعال)هستند که از دو پایه تشکیل شده اند و زمانی که انرژی الکترونیکی از آنها عبور می کند این انرژی الکتریکی را در خود ذخیره و به میدان مغناطیسی تبدیل می کنند زمانی که انرژی الکتریکی در مدار کاهش پیدا می کند این انرزی ذخیره شده را به مدار باز می گرداند.یکی از اصلی ترین وظایف القاگر ها جلوگیری از هر گونه تغییر جریان در مدار الکترونیکی می باشد.

عملکرد سلف در مدارهای الکتریکی چگونه است؟

سلف‌ها با ذخیره موقت انرژی در میدان الکترومغناطیسی و آزاد کردن آن در مدار به کاهش نوسانات و تغییرات ناگهانی جریان کمک می‌کنند. اصطلاح دیگر برای سلف، القاگر است که این ذخیره‌سازی انرژی را از طریق ایجاد یک میدان مغناطیسی انجام می‌دهد.

سلف‌ها در هر دستگاه الکتریکی یا منبع تغذیه‌ای کاربرد دارند. به عبارت دیگر، هر جایی که برق وجود دارد، سلف نیز حضور دارد. به عنوان مثال، سلف‌ها در ترانسفورماتورها، اسپیکرها، آهن‌رباهای الکتریکی، میکروفن‌ها، رله‌ها، سلونوئیدها، مبدل‌ها، آرمیچرها و دیگر تجهیزات به کار می‌روند.

در مدارهای الکتریکی، سلف‌ها برای کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و کاهش نویزهای با فرکانس بالا به کار می‌روند که برای رعایت الزامات سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) و ایمنی است. سازمان‌های استاندارد مرتبط با سازگاری الکترومغناطیسی شامل استانداردهای CISPR، IEC، ISO و EN هستند.

دستگاه‌هایی که امواج RF ساطع می‌کنند، از جمله کامپیوترها، منابع تغذیه سوئیچینگ، گیرنده‌های تلویزیون، فرستنده‌ها و تجهیزات صنعتی، علمی و پزشکی (ISM)، باید از مقررات FCC پیروی کنند.

ویژگی های سلف

القاگر ها در واقعیت سیم هایی هستند که به صورت مارپیچ به دور یک استوانه فلزی پیچ خورده اند.همه سیم ها وقتی انرژی الکتریکی از آنها عبور می کند میدان مغناطیسی در آنها شکل می گیرد و اگر این سیم ها به صورت مارپیچ باشند این میدان مغناطیسی در داخل مارپیچ ها و به سمت مرکز این سیم ها متمرکز خواهد شد.سیم هایی که در ساخت القاگر ها استفاده می شوند سیم های مخصوصی هستند که به سیم مغناطیسی و یا سیم های لاکی شناخته می شوند.این سیم ها بسیار نازک و خشک هستند و یک لعاب نیز بر روی آنها کشیده شده است.میزان میددن مغناطیسی که توسط سلف ذخیره می شود را با مقیاس هانری اندازه گیری می کنند.

چند عامل وجود دارد که بر میزان میدان مغناطیسی که القاگر در خود ذخیره می کند تاثیر دارند:

• میزان و تعداد سیم هایی که به صورت مارپیچ در می آیند و ساختار القاگر را تشکیل می دهند بر میزان انرژی و میدان مغناطیس ذخیره شده توسط القاگر بسیار تاثیرگذار هستند و هرچه تعداد این مارپیچ ها بیشتر باشد میزان انرژی ذخیره شده نیز بیشتر خواهد بود.
• اگر دو القاگر با تعداد سیم های مارپیچ یکسان داشته باشیم اما طول یکی از القاگر ها بیشتر از دیگری باشد میزان انرژی ذخیره شده در آن القاگر کمتر خواهد بود به عبارت دیگر در القاگر های با سیم مارپیچ یکسان هرچه مار پیچ ها بهم نزدیک تر و فشرده تر باشند القاگر ها میزان انرژی بیشتری را ذخیره خواهد کرد.
• اگر دو القاگر تعداد مارپیچ یکسانی داشته باشند اما قط یکی بیشتر از دیگری باشد نیز انرژی بیشتری را در خود ذخیره خواهد کرد و از القاگر تاثیر مستقیم بر میزان انرژی ذخیره شده دارد.

کاربرد سلف

• از القاگرها در دستگاه های ضیط و پخش صدا استفاده می شود به این صورت که از طریق سلف صدای ضبط شده میدان مغناطیسی ایجاد می کند و در نوار کاست ذخیره می شود .
• از القاگر ها برای از بین بردن ریپل یک موج و پایدار کردن جریان استفاده می شود.
• از القاگر ها در برخی جاده استفاده می شود و با حرکت خودرو بر روی این سلف ها یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود و به چراغ های کنترل فرستاده می شود و این چراغ ها متوجه عبور خودرو می شود و رنگ چراغ ها را هوشمندانه تر کنترل می کند.
• از القاگر ها برای انتقال قدرت نیز استفاده می شود به این صورت که اگر نیاز باشد تا یک انرژی الکترونیکی بزرگ را بدون تغییر انرژی الکتریکی آن در مسیر منتقل کنیم می توانیم از سلف ها استفاده کنیم.
• از دیگر کاربرد های القاگر می توان به استفاده از آنها در ساخت ژنراتور،ساخت دینام ،فیلتر های اکتیو و پسیو نیز اشاره کرد.

انواع سلف‌ها در مدارهای الکتریکی

سلف‌ها با توجه به کاربردهای مختلف به انواع گوناگونی تقسیم می‌شوند. انواع سلف شامل فرکانس بالا، فرکانس پایین برای خطوط برق و برخی سلف‌های خاص برای جداسازی و فیلتر می‌شوند.

سلف هسته چند لایه

این سلف از سه بخش اصلی بوبین، هسته چندلایه و سیم‌پیچی که دور بوبین پیچیده شده تشکیل می‌شود. برای تولید این سلف، سیم به دور بوبین پیچیده می‌شود و سپس صفحات E و I که از فولاد سیلیکونی ساخته شده‌اند، به صورت مرحله‌ای درون ماسوره قرار می‌گیرند تا هسته ایجاد شود.

این ساختار و عملیات حرارتی موجب افزایش نفوذپذیری و کاهش تلفات هیسترزیس و جریان گردابی می‌شود. سلف‌های هسته چند لایه در کاربردهایی چون شارژرهای داخلی برای وسایل نقلیه الکتریکی، فیلترهای خط و نویز و چوک‌های فیلتر سیگنال CH و CL استفاده می‌شوند.

سلف‌های هسته هوا

سلف‌های هسته هوا به وسیله پیچاندن سیم‌پیچ دور یک هسته استوانه‌ای با قطر مشخص (مانند یک مته) ساخته می‌شوند و سپس با استفاده از لاک یا روش‌های دیگر اندوکتانس آن تثبیت می‌شود. در این نوع سلف، هوا به عنوان ماده اصلی استفاده می‌شود که منجر به نفوذپذیری پایین و به تبع آن اندوکتانس کمتر می‌شود. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که سلف‌های هسته هوا برای کاربردهای فرکانس بالا مناسب باشند.

کاربرد سلف‌ نوع هسته هوا شامل ساخت کویل‌های تنظیم RF، مدارهای فیلتر و مدارهای Snubber است. آنها در برنامه‌های فرکانس بالا نیز مانند گیرنده‌های تلویزیون و رادیو استفاده می‌شوند.

سلف‌های هسته فریت

سلف‌های هسته فریت از پیچاندن سیم دور هسته‌ای از جنس فریت ساخته می‌شوند. فریت ماده‌ای است که با ترکیب اکسید آهن (Fe2O3) با سایر اکسیدهای فلزی نظیر منگنز (Mn)، روی (Zn) یا منیزیم (Mg) در دمای 1000 تا 1300 درجه سانتی‌گراد تولید می‌شود و خواص مغناطیسی ویژه‌ای دارد.

فریت‌ها به دو دسته عمده تقسیم می‌شوند: فریت‌های نرم که قابلیت تغییر قطبیت مغناطیسی را با حداقل انرژی دارند و فریت‌های سخت که به عنوان آهنرباهای دائمی شناخته می‌شوند و قطبیت مغناطیسی خود را حتی پس از حذف میدان مغناطیسی حفظ می‌کنند.

سلف‌های بوبین

سلف‌ الکتریکی نوع بوبین که با ویژگی‌های اندوکتانس اولیه با دقت ±10%، طراحی‌های عمودی متنوع و قدرت دی‌الکتریک بین سیم‌پیچ و هسته به میزان 0.5 کیلوولت شناخته می‌شود، از پیچاندن سیم به دور یک ماسوره استوانه‌ای ویژه و محکم کردن آن با لوله‌ای جمع‌کننده ساخته می‌شود.

هسته این سلف‌ها از فریت است و به همین دلیل ویژگی‌های آنها مشابه سلف‌های هسته فریت است. ابعاد کوچک این سلف‌ها آنها را برای کاربردهایی مانند آداپتورهای برق مناسب کرده است. این سلف‌ها در مدارهای سوئیچینگ قدرت (SMPS)، فیلترهای ورودی و خروجی و فیلترهای Pi به کار می‌روند.

سلف‌های هسته حلقوی

سلف‌های هسته حلقوی به وسیله پیچاندن سیم دور هسته‌ای با شکل حلقه‌ای یا دونات ساخته می‌شوند و چون هسته این سلف‌ها از فریت است ویژگی‌های مشابهی با سلف‌های هسته فریت دارند. طراحی حلقوی هسته باعث می‌شود که میدان مغناطیسی به خوبی حفظ شده و این موضوع بهبودهایی در اندازه و اندوکتانس سلف ایجاد می‌کند.

به دلیل میدان مغناطیسی قوی و اندوکتانس بالا با تعداد سیم‌پیچ‌های کمتر، امپدانس این سلف‌ها به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌یابد که باعث بهبود عملکرد سلف می‌شود. سلف‌های هسته حلقوی برای تجهیزات پزشکی، رگولاتورهای سوئیچینگ، کنترل‌کننده‌های صنعتی و فیلترهای خروجی در مدارهای سوئیچینگ قدرت (SMPS) استفاده می‌شوند.

فرمول‌های سلف

به زبان ساده اگر بخواهیم فرمول سلف را شرح دهیم این‌طور می‌شود که وقتی جریان از طریق یک سلف عبور می‌کند، یک نیروی الکتریکی (EMF) در آن القا می‌شود که مخالف جهت جریان جاری شده است. برای تولید جریان در سلف باید کار انجام شده توسط منبع ولتاژ با این نیروی مخالف جبران شود. اگر یک فاصله زمانی به نام \(dt \) در نظر بگیریم، کار انجام شده \(dW \) در این بازه زمانی به صورت زیر محاسبه می‌شود.

راهنمای خرید سلف از آرا افزار

برای خرید سلف از آرا افزار و انتخاب سلف مناسب باید به چند نکته توجه کنید. معیارهایی مانند مقدار اندوکتانس، حداکثر جریان مجاز و مقاومت DC را بررسی کنید. همچنین، توجه به نوع هسته (فریت، هوا یا هسته چندلایه) بر اساس کاربرد شما هم اهمیت دارد. در هنگام خرید به برندهای معتبر و استانداردهای کیفیت توجه کرده و از فروشگاه‌های معتبر مانند آرا افزار خرید کنید. برای اطمینان از اصالت کالا و دریافت مشاوره فنی می‌توانید با کارشناسان آرا افزار مشورت کنید.