وظيفة المرحل الحالة الصلبة

المرحل الحالة الصلبة هو مكون كهربائي يستخدم أجهزة إلكترونية للتحكم في التشغيل والإيقاف، وله قيمة تطبيقية أساسية في نظام التحكم في آلات اللحام بالليزر المحمولة. يقوم المرحل الحالة الصلبة بإكمال عملية التشغيل والإيقاف من خلال أجهزة شبه موصلة ولا يحتوي على تلامسات ميكانيكية؛ وبالتالي، فهو يتميز باستجابة سريعة وعمر خدمة طويل ومقاومة قوية للاهتزاز، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشغيل والإيقاف المتكررة في معدات الليزر.

أولًا: مبدأ عمل المرحل الحالة الصلبة

يتكون الترانزيستور الصلب من عازل ضوئي للعزل، وأجهزة إلكترونية قوية، ودائرة تحكم. تتمثل عملية تشغيله الأساسية فيما يلي:

إشارة التحكم في الإدخال:
تُخرج نظام التحكم إشارة كهربائية منخفضة الجهد (تيار مستمر أو متناوب) إلى طرف الدخل للترانزيستور الصلب.

عزل العازل الضوئي:
يتم عزل الإشارة الداخلة من خلال عازل ضوئي، لتحقيق العزل الكهربائي بين جانب التحكم وجانب الحمل.

تشغيل الأجهزة الكهربائية:
تشغل إشارة الخرج من العازل الضوئي أجهزة أشباه الموصلات الداخلية للقدرة.

عملية التبديل:
وفقاً لإشارة التحكم، يتم تشغيل أو إيقاف جهاز القدرة، وبالتالي التحكم في حمل الطاقة داخل جهاز اللحام.

بما أن المكونات شبه الموصلة تحل محل التلامسات الميكانيكية، فإن الترانزيستور الصلب لا يعاني من تآكل التلامسات ويمكنه تحقيق تحكم في التبديل بتردد عالٍ وخالٍ من الشرر وبدون ضوضاء.

ثانياً. وظائف الترانزيستورات الصلبة في أجهزة لحام الليزر المحمولة

التحكم في قوة الليزر
تُستخدم المرحلات الحالة الصلبة للتحكم في حالة التشغيل والإيقاف لمصدر طاقة ليزر الألياف، مما يوفر تحكمًا في بدء وإيقاف الليزر. ويضمن استجابتها السريعة تشغيل الليزر بشكل مستقر ويمنع تقلبات الجهد من التأثير على مصدر الليزر.

التحكم في القفل البيني لجهاز التبريد بالماء
تتطلب آلات اللحام بالليزر المحمولة نظام تبريد مائي للحفاظ على درجة حرارة الليزر. يمكن للمرحلات الحالة الصلبة تغذية جهاز التبريد بالماء بالطاقة بحيث يعمل بالتزامن مع النظام، مما يضمن تشغيل نظام التبريد قبل بدء تشغيل الليزر.

التحكم في زناد بندقية اللحام
عندما يتم تشغيل مفتاح مقابض بندقية اللحام، تقوم المرحلات الحالة الصلبة بالتحكم في حالة إصدار الليزر (تشغيل/إيقاف). وتؤدي سرعة التبديل العالية إلى تحسين زمن استجابة الليزر واستمرارية اللحام والاستقرار التشغيلي.

دوائر الحماية وأنظمة القفل البيني
تُستخدم المرحلات الحالة الصلبة لأغراض القفل الآمن مثل كشف الغاز، وكشف تدفق الماء، وكشف الغطاء. وعند حدوث إشارة قفل غير طبيعية، يقوم المرحل فورًا بقطع دائرة تشغيل الليزر، مما يعزز سلامة المعدات.

سيناريوهات التبديل عالية التردد
يشمل اللحام اليدوي بدء وإيقاف متكرر لإخراج الليزر. وتلبي قدرة المرحلات الحالة الصلبة على التبديل السريع هذه المتطلبات، وتجنب المشكلات الشائعة في المرحلات الميكانيكية عند التشغيل المتكرر.

ثالثًا. الميزات الرئيسية للمرحلات الحالة الصلبة

العزل الكهربائي: يتحقق من خلال عوازل ضوئية، مما يحسن سلامة النظام.

استجابة سريعة: تبلغ عادةً في نطاق الميكروثانية، لتلبية متطلبات التحكم السريع في لحام الليزر.

عمر افتراضي طويل وموثوقية عالية: لا تحتوي على تلامسات ميكانيكية، مما يتجنب تآكل التلامسات ويدعم تشغيلًا مستقرًا على المدى الطويل.

قدرة قوية على مقاومة التداخل: تضمن البنية شبه الموصلة تشغيلًا مستقرًا في البيئة الكهرومغناطيسية القوية لعملية لحام الليزر.

بدون ضوضاء وبدون قوس كهربائي: يمنع توليد القوس أثناء التبديل، مما يقلل من التداخل مع المكونات الإلكترونية الأخرى ويجعله مناسبًا لمعدات الليزر الدقيقة