لوحه خافضه للجهد

الـ PCB الذي تم تنفيذه هو عبارة عنSynchronous Buck Converter، والهدف منه هو تقليل الجهد من 24V إلى 12V بقدرة تصل إلى 60 واط وتحمل تيار حتى 5 أمبير، مع تردد تشغيل 50kHz، وريبـِل في تيار الملف بنسبة 10%. فيما يلي شرح تفصيلي لمكونات وتصميم الدائرة:

المواصفات الأساسية للمحول:

* جهد الدخل: 24 فولت

* جهد الخرج: 12 فولت

* تيار الحمل: 5 أمبير

* القدرة: 60 واط

* تردد التبديل: 50kHz

* نسبة التموج في تيار الملف: 10%

المكونات المستخدمة:

1. Cin و Cout (المكثفات):

تم اختيار مكثفات من نوع Electrolytic لتحملها الجيد للحرارة وانخفاض مقاومة ESR.

* Cin = 100 ميكروفاراد بدلاً من 20.8 ميكروفاراد لتوفير هامش أمان إضافي وتقليل التموج

* Cout = 10 ميكروفاراد بدلاً من 2 ميكروفاراد لتحسين الثبات وتقليل تموج الجهد الخارج

2. الملف (Inductor):

تم اختيار ملف Toroidal بقيمة 250 ميكروهنري لتحمله تيارات عالية تصل إلى 10 أمبير وانخفاض EMI

3. منظم الجهد (L7815CV):

يستخدم لتقليل الجهد من 24 فولت إلى 15 فولت لتغذية دائرة Gate Driver، والتي تعمل بكفاءة عند 15 فولت

4. Gate Driver (IR2104):

مسؤول عن تشغيل MOSFET العلوي والسفلي، ويتميز بقدرته على العمل حتى 600 فولت، ويتضمن حماية من الجهد المنخفض وتجنب التوصيل المتبادل

5. الموسفيت (IRFZ44N):

نوع N-channel، يتحمل تيارات تصل إلى 49 أمبير، وبمقاومة تشغيل منخفضة جداً، وسرعة تبديل عالية

6. الديود (1N4007W):

يستخدم كديود حماية لمنع الجهد العكسي الذي قد يضر Gate Driver أو MOSFET أثناء التبديل

7. المقاومات والمكثفات السيراميكية:

تم استخدامها لتقليل التموج في الجهد والتيارات العالية، ولضبط سرعة التبديل وتحسين استقرار النظام

التحكم والبرمجة:

تم استخدام كود بلغة C لتوليد إشارة PWM بتغيير في الـ Duty Cycle. الكود يتكون من 3 ملفات رئيسية:

* `main.c`: يحتوي على التهيئة الرئيسية للنظام والحلقة اللانهائية التي تتحكم في تغيير الـ Duty Cycle

* `pwm.c`: يحتوي على الوظائف التي تقوم بتهيئة وإعداد تردد الإشارة وتحديد النسبة

* `pwm.h`: يحتوي على التعريفات والبروتوتايب للوظائف المستخدمة

الإشارة تبدأ بـ Duty Cycle بنسبة 50% وتزيد بمعدل 10% كل ثانية حتى تصل إلى 90% ثم تعود إلى 10% مرة أخرى، مما يوضح التحكم الديناميكي في القدرة.

طريقة اختبار الـ PCB:

1. الفحص البصري للتأكد من سلامة اللحام وتركيب المكونات

2. اختبار الاستمرارية باستخدام ملتيميتر لضمان عدم وجود دوائر مفتوحة أو شورت

3. قياس الفولت في النقاط المهمة للتحقق من تنظيم الجهد

4. فحص الجهد الخارج والتموج على المكثفات

5. تطبيق حمل واختبار استقرار الخرج

6. فحص الإشارات باستخدام الأوسيلوسكوب

7. مراقبة درجة حرارة المكونات أثناء التشغيل للتأكد من الكفاءة الحرارية