تحديد التيار

تحديد التيار هو ممارسة فرض حد أقصى للتيار الذي يمكن توصيله إلى الحمل لحماية الدائرة المولدة أو الناقلة للتيار من الآثار الضارة الناتجة عن قصر الدائرة أو الحمل الزائد. يُستخدم مصطلح تحديد التيار أيضًا لوصف نوع من أجهزة الحماية من التيار الزائد. وفقًا لمعيار NEC/NFPA 70 لعام 2020، يُعرَّف جهاز الحماية من التيار الزائد المحدد للتيار بأنه: "جهاز، عند قطع التيارات ضمن نطاق تحديد التيار الخاص به، يُقلل التيار المتدفق في الدائرة المعيبة إلى قيمة أقل بكثير من تلك التي يمكن الحصول عليها في نفس الدائرة إذا تم استبدال الجهاز بموصل صلب ذي مقاومة متوافقة."

مُحدِّد تيار البدء هو جهاز أو مجموعة أجهزة تُستخدم للحد من تيار البدء. تُعدّ المكونات المقاومة السلبية، مثل المقاومات (مع عيب تبديد الطاقة)، ​​أو الثرمستورات ذات معامل درجة الحرارة السالب ، خيارات بسيطة، بينما يُستخدم الثرمستور ذو معامل درجة الحرارة الموجب للحد من التيار بعد تشغيل الدائرة (مع عيب وقت التبريد في كليهما). يمكن استخدام حلول أكثر تعقيدًا باستخدام مكونات فعّالة عندما تكون الخيارات الأبسط غير مناسبة.

تستخدم بعض الدوائر الإلكترونية تقنية الحد النشط للتيار لأن المصهر قد لا يحمي الأجهزة ذات الحالة الصلبة.

يُظهر الشكل أحد أنماط دوائر تحديد التيار. يُمثل المخطط آلية حماية بسيطة تُستخدم في مصادر التيار المستمر المنظمة ومضخمات الطاقة من الفئة AB .

Q1 هو ترانزستور التمرير أو الإخراج. _Rsens هو جهاز استشعار تيار الحمل. Q2 هو ترانزستور الحماية، الذي يعمل بمجرد أن يصبح الجهد عبر Rsens _حوالي 0.65 فولت. يتحدد هذا الجهد بقيمة Rsens _وتيار الحمل المار به (I _load ). عند تشغيل Q2، فإنه يسحب تيار القاعدة من Q1، مما يقلل تيار المجمع لـ Q1، والذي يقارب تيار الحمل. بالتالي، يحدد _Rsens الحد الأقصى للتيار بقيمة 0.65/Rsens _. على سبيل المثال، إذا كانت Rsens ₌ 0.33  أوم، فإن التيار محدود بحوالي 2  أمبير حتى في حالة حدوث قصر في R _{load (وعندما يصبح V o} صفرًا).

علاوة على ذلك، سيستمر تبديد الطاقة هذا طالما استمر الحمل الزائد، مما يعني أن الأجهزة يجب أن تكون قادرة على تحمله لفترة طويلة. سيكون تبديد الطاقة هذا أقل بكثير مما لو لم يتم توفير دائرة لتحديد التيار. في هذه التقنية، بعد تجاوز حد التيار، سينخفض ​​جهد الخرج إلى قيمة تعتمد على حد التيار ومقاومة الحمل.

لتقليل الحرارة التي يجب تبديدها بواسطة أجهزة التمرير عند حدوث قصر في الدائرة، يُستخدم تحديد التيار بالانحسار ، مما يقلل التيار في حالة قصر الدائرة. عند حدوث قصر في الدائرة ، حيث ينخفض ​​جهد الخرج إلى الصفر، يُحدَّد التيار عادةً إلى جزء صغير من التيار الأقصى.

يتمثل الهدف الرئيسي من تقنية الحد من التيار في مصادر الطاقة الخطية في الحفاظ على ترانزستور الخرج ضمن حدود تبديد الطاقة الآمنة . يقوم منظم الجهد الخطي بتبديد الفرق بين جهدي الدخل والخرج على شكل حرارة. في ظروف التحميل الزائد، ينخفض ​​جهد الخرج، مما يزيد من الفرق، وبالتالي يزيد من تبديد الطاقة. تساعد تقنية الحد من التيار على إبقاء ترانزستور الخرج ضمن نطاق التشغيل الآمن في حالات الأعطال والتحميل الزائد . كما تقلل هذه التقنية بشكل ملحوظ من تبديد الطاقة في الحمل في حالات الأعطال، مما يقلل من مخاطر الحريق والتلف الناتج عن الحرارة. ^{[ 1 ]}

تستخدم العديد من وحدات التغذية الكهربائية حمايةً للحد من التيار الثابت ؛ أما تقنية "الخفض التدريجي" فتتجاوز ذلك بتقليل حد تيار الخرج خطيًا مع انخفاض جهد الخرج. مع ذلك، تُضيف هذه التقنية تعقيدًا إلى وحدة التغذية، إذ قد تُؤدي إلى حالات توقف التشغيل مع الأجهزة غير الأومية التي تسحب تيارًا ثابتًا بغض النظر عن جهد التغذية (مثل مكبرات العمليات). قد يستخدم مُحدد تيار "الخفض التدريجي" أيضًا تأخيرًا عابرًا لتجنب التوقف والحد من التسخين الموضعي عند حدوث قصر الدائرة.

لا يؤدي تشغيل وحدة التغذية الكهربائية ذات الوضع التبديل عند حد التيار الأقصى مع وجود قصر في دائرة الخرج إلى زيادة تبديد الطاقة في ترانزستور (ترانزستورات) الطاقة، لذا فإن خاصية الحد من التيار العكسي هي ميزة تطبيقية فقط، وليست ميزة تمنع أيضًا تلف وحدة التغذية الكهربائية في حالة حدوث عطل في الحمل. وتتناسب فائدة السلامة الناتجة عن تقليل الطاقة المُوَصَّلة إلى دائرة قصر في الحمل طرديًا مع حد تيار التشغيل الأقصى. ومن المرجح وجود خاصية الحد من التيار العكسي في وحدات التغذية الكهربائية ذات الوضع التبديل عندما تكون مكونًا في منتج حاصل على شهادة مستقلة تُثبت مطابقته لمعايير السلامة الإقليمية. ^{[ 2 ]}

تتمثل إحدى المشكلات في الدائرة السابقة في أن Q1 لن يكون مشبعًا إلا إذا تم تحيز قاعدته بحوالي 0.5 فولت فوق V _cc .

تعمل هذه الدوائر بكفاءة أعلى عند استخدام مصدر طاقة واحد (Vcc ₎ . في كلتا الدائرتين، يسمح المقاوم R1 بتشغيل الترانزستور Q1 وتمرير الجهد والتيار إلى الحمل. عندما يتجاوز التيار المار عبر المقاوم R_sense الحد التصميمي، يتم تشغيل الترانزستور Q2، الذي بدوره يبدأ في إطفاء Q1، وبالتالي الحد من تيار الحمل. يحمي المكون الاختياري R2 الترانزستور Q2 في حالة حدوث قصر في دائرة الحمل. عندما يكون _Vcc بضعة فولتات على الأقل، يمكن استخدام ترانزستور MOSFET بدلاً من Q1 لتقليل انخفاض الجهد. نظرًا لبساطتها، تُستخدم هذه الدائرة أحيانًا كمصدر تيار لمصابيح LED عالية القدرة. ^{[ 3 ]}

• 
  محدد التيار باستخدام ترانزستورات NPN ( يقع خرج Vo في موقع مشابه لمثال PNP)
• 
  محدد التيار باستخدام ترانزستورات PNP

• المصدر الحالي
• العتلة (دائرة كهربائية)
• الصابورة الكهربائية
• محدد تيار العطل

• تحديد التيار لمحركات الخطوة
• حاسبة مقاومة تحديد التيار لمصفوفات LED
• التيار الثابت وتحديد التيار العكسي