فهم أنواع SSR: المقترنة ضوئيًا، والمقترنة بالمحول، ومرحلات القصب

مرحلات الحالة الصلبة (SSRs) هي مكونات إلكترونية مصممة لتبديل دوائر الطاقة دون تلامس ميكانيكي. لا تحتوي على أجزاء متحركة، مما يوفر مزايا كبيرة من حيث طول العمر والموثوقية وتقليل الضوضاء مقارنةً بالمرحلات الكهروميكانيكية التقليدية. يُعد فهم الأنواع المختلفة لمرحلات الحالة الصلبة أمرًا بالغ الأهمية لاختيار المرحل المناسب لتطبيق محدد. في هذه المقالة، سنتناول ثلاثة أنواع شائعة من مرحلات الحالة الصلبة: مرحلات المقترنة ضوئيًا، ومرحلات المقترنة بالمحول، ومرحلات الريشة.

SSR المقترنة ضوئيًا

تستخدم مرحلات SSR المقترنة ضوئيًا، والمعروفة أيضًا باسم المرحلات المعزولة ضوئيًا، جهاز مقرن ضوئي لعزل مدخل التحكم عن دائرة الحمل. يتكون المقرن الضوئي من ثنائي باعث للضوء (LED) وكاشف ضوئي، عادةً ما يكون ترانزستورًا ضوئيًا أو ثنائيًا ضوئيًا. عند تطبيق إشارة تحكم على ثنائي باعث للضوء، يُصدر ضوءًا يُشغّل الكاشف الضوئي، مما يُشغّل دائرة الخرج.

من أهم مزايا مُركّبات SSR المُقترنة ضوئيًا ارتفاع مستوى عزلها الكهربائي بين دوائر التحكم والحمل. يُساعد هذا العزل على منع طفرات الجهد، وحلقات التأريض، والتداخل الكهرومغناطيسي من التأثير على المكونات الحساسة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب مقاومة للضوضاء. بالإضافة إلى ذلك، تُوفّر مُركّبات SSR المُقترنة ضوئيًا سرعات تحويل عالية، واستهلاكًا منخفضًا للطاقة، وتصميمًا صغيرًا.

مع ذلك، فإنّ مُرَحِّلات SSR المُقترنة ضوئيًا لها بعض القيود. تُحدِث آلية الاقتران الضوئي تأخيرًا بين مُدخل التحكم ومُخرَجه، مما يُؤدِّي إلى أزمنة استجابة أبطأ مُقارنةً بأنواع SSR الأخرى. علاوةً على ذلك، فإنّ مُصْبَح LED في المُقَرِّن الضوئي له عُمرٌ مُحدود، مما قد يُؤثِّر على موثوقية المُرَحِّل على المدى الطويل.

SSRs المقترنة بالمحول

تستخدم مرحلات SSR المقترنة بالمحول، والمعروفة أيضًا باسم مرحلات المجال المغناطيسي، محولًا لربط مدخل التحكم بدائرة الحمل. يتكون المحول من ملفين أو أكثر ملفوفين حول قلب مغناطيسي، حيث يتصل الملف الابتدائي بمدخل التحكم والملف الثانوي بدائرة الخرج. عند تطبيق إشارة على الملف الابتدائي، يُحفّز مجالًا مغناطيسيًا يقترن بالملف الثانوي، مما يُفعّل المرحل.

من أهم مزايا مُثبّتات SSR المقترنة بالمحوّلات قدرتها على توفير عزل كهربائي بين دارات التحكم والحمل دون الاعتماد على المكونات البصرية. يُساعد هذا العزل على حماية الإلكترونيات الحساسة من طفرات الجهد، والتداخل الكهرومغناطيسي، ودوائر التأريض. كما تُوفّر مُثبّتات SSR المقترنة بالمحوّلات أوقات استجابة سريعة، واستهلاكًا منخفضًا للطاقة، وموثوقية عالية.

مع ذلك، فإنّ لمحولات SSR المقترنة بالمحولات بعض العيوب. إذ قد يكون تصميم المحول أكثر تعقيدًا وضخامة مقارنةً بمحولات SSR المقترنة ضوئيًا، مما يحدّ من استخدامها في التطبيقات محدودة المساحة. إضافةً إلى ذلك، قد تُظهر هذه المحولات تأثيرات تشبع عند التيارات أو الترددات العالية، مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة والأداء.

مرحلات القصب

مرحلات القصب هي مرحلات SSR فريدة من نوعها تستخدم أنبوبًا زجاجيًا صغيرًا محكم الغلق يحتوي على قصبتين مغناطيسيتين حديديتين كعنصر تبديل. عند تطبيق مجال مغناطيسي على القصبتين، تجذبان بعضهما البعض وتتلامسان، مما يُكمل الدائرة. يمكن تشغيل مرحلات القصب إما بواسطة مجال مغناطيسي خارجي أو ملف ملفوف حول الأنبوب الزجاجي.

من أهم مزايا مرحلات ريد عزلها الكهربائي العالي، إذ يوفر الأنبوب الزجاجي حاجزًا بين دوائر التحكم والحمل. هذا العزل يجعل مرحلات ريد مناسبة لتطبيقات الجهد والتردد العالي حيث تكون مقاومة الضوضاء ضرورية. كما تتميز مرحلات ريد بسرعات تحويل عالية، ومقاومة تلامس منخفضة، وعمر تشغيلي طويل.

مع ذلك، لمرحلات الريشة حدود أيضًا. فقد تزداد مقاومة تلامسها بمرور الوقت بسبب الأكسدة والتآكل، مما يؤثر على أدائها وموثوقيتها. كما أنها حساسة للصدمات الميكانيكية والاهتزازات، مما قد يؤدي إلى عدم محاذاة الريشة أو كسرها، مما يؤدي إلى عطل مبكر.

باختصار، تُعدّ مرحلات الاقتران الضوئي، ومرحلات المحولات، ومرحلات الريشة ثلاثة أنواع شائعة من مرحلات الاقتران الضوئي، ولكل منها خصائص وتطبيقات مميزة. توفر مرحلات الاقتران الضوئي عزلًا كهربائيًا عاليًا ومقاومة للضوضاء، ولكنها قد تكون أبطأ وأقل موثوقية بسبب آلية الاقتران الضوئي. أما مرحلات الاقتران الضوئي، فتتميز بعزل قوي وأوقات استجابة سريعة، ولكنها قد تكون أضخم حجمًا وأقل كفاءة عند التيارات أو الترددات العالية. تتميز مرحلات الريشة بتوفير عزل عالي وموثوقية التبديل، ولكنها قد تعاني من زيادة مقاومة التلامس والتعرض للإجهاد الميكانيكي. من خلال فهم نقاط القوة والضعف لكل نوع من مرحلات الاقتران الضوئي، يمكن للمهندسين والمصممين اختيار المرحل الأنسب لاحتياجاتهم الخاصة.