مشخصات فنی سلف
تعریف و اصول عملکرد سلف
سلف یک قطعه الکترونیکی است که با ذخیرهسازی انرژی در یک میدان مغناطیسی، در برابر تغییرات جریان الکتریکی مقاومت میکند. این خاصیت به دلیل پدیدهای به نام خودالقایی ایجاد میشود. هرگاه جریانی از یک سیمپیچ عبور کند، یک میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد میشود. اگر این جریان تغییر کند، میدان مغناطیسی نیز تغییر میکند که این تغییر طبق قانون فارادی، یک ولتاژ القایی در جهت مخالف تغییر جریان تولید میکند (قانون لنز). واحد اندازهگیری ضریب خودالقایی، هانری (H) است. سلفها انرژی را در میدان مغناطیسی خود ذخیره میکنند و سپس آن را آزاد مینمایند، که این ویژگی آنها را برای استفاده در مدارهای ذخیره و انتقال انرژی مناسب میسازد.
انواع سلفها
سلفها بر اساس جنس هسته، نوع ساختار و کاربرد به دستههای مختلفی تقسیم میشوند:
سلفهای هسته هوایی
این سلفها دارای هسته غیرمغناطیسی هستند و ضریب خودالقایی کمتری دارند اما در فرکانسهای بالا عملکرد خطی و خوبی از خود نشان میدهند و مشکل اشباع هسته ندارند.
سلفهای هسته آهنی یا فریت
با استفاده از مواد فرومغناطیسی مانند آهن یا فریت در هسته، ضریب خودالقایی سلف به میزان قابل توجهی افزایش مییابد. این سلفها برای کاربردهایی که به سلف با اندوکتانس بالا در حجم کم نیاز است، مانند منابع تغذیه سوئیچینگ و فیلترهای فرکانس پایین، ایدهآل هستند. هستههای فریت به دلیل داشتن تلفات کمتر در فرکانسهای بالا، گزینهای محبوب برای این کاربردها محسوب میشوند.
سلفهای متغیر
برخی سلفها امکان تغییر ضریب خودالقایی را با جابجایی هسته یا تنظیم سیمپیچ فراهم میکنند. این نوع سلفها در مدارهای تنظیم فرکانس مانند رادیوها کاربرد دارند.
چوکها (Chokes)
چوکها سلفهایی هستند که برای مسدود کردن جریانهای فرکانس بالا طراحی شدهاند در حالی که اجازه عبور جریان DC یا فرکانس پایین را میدهند. آنها اغلب در فیلترهای EMI/RFI برای کاهش نویز الکترومغناطیسی استفاده میشوند. چوکهای حالت مشترک (Common Mode Chokes) و چوکهای حالت تفاضلی (Differential Mode Chokes) از انواع رایج آنها هستند.
پارامترهای کلیدی سلف
در انتخاب و طراحی مدار با سلف، توجه به پارامترهای زیر ضروری است:
ضریب خودالقایی (L)
مهمترین مشخصه سلف، توانایی آن در ذخیره انرژی مغناطیسی است که با هانری (H) اندازهگیری میشود. این مقدار تعیینکننده اصلی عملکرد سلف در مدار است.
جریان نامی (Rated Current)
این پارامتر شامل دو مقدار اصلی است: جریان اشباع (Isat) و جریان RMS (Irms). جریان اشباع حداکثر جریانی است که سلف میتواند قبل از کاهش شدید ضریب خودالقایی (معمولاً ۱۰% تا ۳۰% افت از مقدار اولیه) تحمل کند. جریان RMS حداکثر جریانی است که سلف میتواند به طور مداوم بدون افزایش بیش از حد دما و آسیب دیدن، از خود عبور دهد. انتخاب سلف با جریان نامی مناسب برای جلوگیری از اشباع هسته و داغ شدن بیش از حد ضروری است.
مقاومت DC (DCR)
مقاومت اهمی سیمپیچ سلف است. DCR باعث افت ولتاژ و تلفات توان (به صورت گرما) در سلف میشود. سلفهایی با DCR کمتر کارایی بالاتری دارند، به خصوص در کاربردهای توان بالا.
فرکانس خودتشدید (Self-Resonant Frequency یا SRF)
در فرکانسهای بالا، به دلیل وجود ظرفیت خازنی بین سیمپیچها، سلف شروع به رفتار خازنی میکند. SRF فرکانسی است که در آن، سلف به عنوان یک مدار رزونانس موازی عمل کرده و در فرکانسهای بالاتر از SRF، ویژگیهای خازنی غالب میشود. در طراحی مدار، باید اطمینان حاصل شود که فرکانس کاری سلف بسیار پایینتر از SRF آن باشد.
ضریب کیفیت (Q Factor)
ضریب کیفیت نشاندهنده نسبت انرژی ذخیرهشده به انرژی تلفشده در سلف است. سلف با Q بالا تلفات کمتری دارد و برای مدارهای رزونانس و فیلترها ایدهآلتر است. Q به فرکانس، مقاومت DC و نوع هسته بستگی دارد.
تلرانس
درصد انحراف مجاز مقدار واقعی ضریب خودالقایی از مقدار نامی آن را نشان میدهد. تلرانس پایینتر به معنای دقت بالاتر سلف است.
کاربردهای سلف
سلفها به دلیل ویژگیهای منحصربهفرد خود در طیف وسیعی از کاربردهای الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرند:
فیلترینگ و حذف نویز
در فیلترهای پایینگذر، بالاگذر و باندگذر (LC filters) برای حذف یا عبور فرکانسهای خاص به کار میروند. همچنین در فیلترهای EMI/RFI برای کاهش تداخلات الکترومغناطیسی استفاده میشوند.
منابع تغذیه سوئیچینگ
در مبدلهای باک (Buck)، بوست (Boost)، باک-بوست (Buck-Boost) و فلایبک (Flyback) برای ذخیره و انتقال انرژی و صاف کردن ولتاژ و جریان خروجی ضروری هستند.
مدارهای رزونانس و تنظیم
در مدارهای نوسانساز (oscillators)، تیونرها (tuners) و فیلترهای تنظیمپذیر برای ایجاد فرکانسهای مشخص یا انتخاب کانالهای رادیویی استفاده میشوند.
مدارهای مبدل DC-DC
در انواع مبدلهای DC-DC برای تنظیم و تثبیت ولتاژ خروجی.