كيفية اختبار المرحل الحالة الصلبة

إتقان طرق الاختبار الصحيحة لأجهزة المرحلات الحالة الصلبة مهارة قيمة للأشخاص المشاركين في إنشاء وإدارة وشراء أنظمة التحكم الكهربائية. لأن المرحلات الحالة الصلبة لا تحتوي على أجزاء ميكانيكية، يمكن أن تفشل بشكل مختلف عن المرحلات الكهروميكانيكية التقليدية ولا يمكن تحليلها باستخدام إجراءات الاختبار القياسية. غالبًا ما تفشل المرحلات الحالة الصلبة بهدوء، مما قد يؤدي إلى تشغيل خاطئ للمعدات أو حتى تسرب التيار بينما يجب أن يكون النظام مغلقًا تمامًا. توفر التقنيات التي نوقشت في هذا المقال إرشادات لأنواع مختلفة من اختبار المرحلات الحالة الصلبة، بدءًا من فحص بسيط باستخدام المقياس وانتهاءً بالاختبار الكامل للتحقق الكهربائي المستخدم في خط الإنتاج.

لماذا يختلف اختبار المرحل الحالة الصلبة عن المرحل الميكانيكي

يمكن للمرحل الميكانيكي فتح وإغلاق الاتصالات المعدنية بحيث تكون القراءات عند استخدام مقياس مضبوط على الاستمرارية واضحة جدًا: مغلق يعني مقاومة تقارب الصفر، مفتوح يعني مقاومة لا نهائية. من ناحية أخرى، يقوم المرحل الحالة الصلبة بالتبديل باستخدام أجهزة الحالة الصلبة مثل TRIAC أو SCR أو FET وهذا أمر مختلف تمامًا. حتى عندما لا يكون نشطًا، يسمح المرحل الحالة الصلبة الجيد بتدفق كمية صغيرة من التيار المتسرب عندما يكون مغلقًا، وفي الوضع النشط يسقط جهدًا معينًا بدلاً من التصرف كمفتاح مغلق مثالي. بسبب هذا، قد يكون قياس المقاومة عبر أطراف الإخراج لمرحل الحالة الصلبة العادي مربكًا وقد يشير إلى جزء معطل. أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل اختبار المرحلات الحالة الصلبة معقدًا هو أن الناس يعتمدون فقط على نفس المبادئ التي يطبقونها على المرحلات الميكانيكية.

التحضير والمعدات اللازمة

قبل بدء أي عمل، اجمع مقياس متعدد رقمي يحتوي على وظيفة قياس الصمام الثنائي والمقاومة، بالإضافة إلى مصدر تيار مباشر/متردد منخفض الجهد متوافق مع مواصفات التحكم في المرحل. يُنصح أيضًا باستخدام حمل اختبار صغير، مثل مصباح متوهج أو أي جهاز تسخين أنبوبي مناسب للموقع. يتطلب اختبار الجهد العالي لأغراض السلامة وفحص العزل إذا أوصى المصنع بالتحقق من الفصل بين دوائر الإدخال والإخراج. توفر مواصفات المصنع معلومات عن رقم الجزء، جهد التحكم، تيار الإخراج، والتيار المتسرب في حالة الإيقاف. من الضروري معرفة ما إذا كانت الدائرة تيار مستمر أو متردد لتوقع سلوك الجهاز في المستقبل. يمكن للمرحل الحالة الصلبة ذو الصفر المتقاطع التبديل فقط عندما يكون الجهد مساويًا للصفر؛ ولهذا السبب يُستخدم للأحمال المقاومة، بينما يُستخدم نموذج الإطلاق العشوائي للتحكم في الطور.

كن على دراية بمخاطر السلامة

يمكن توصيل خرج المرحل الحالة الصلبة بجهد التيار الكهربائي الرئيسي، ومن المحتمل أن يكون قاعدته المعدنية قريبة جدًا من تقاطعات أشباه الموصلات الحية. لذلك، يجب فصل الدائرة عن الطاقة، وتفريغ جميع المكثفات، والتحقق من الجهد باستخدام مقياس متعدد رقمي قبل دخول المشغل إلى الدائرة. أثناء اختبار التشغيل بالطاقة، يجب استخدام دائرة مزودة بصمامات أمان مناسبة لتوصيل المرحل، ويجب إبقاء يد واحدة خلف الظهر أثناء العمل بالقرب من الأسلاك الحية. في حالة اختبار العزل، يجب أن تضع في اعتبارك أن جهاز اختبار الجهد العالي يستخدم عدة فولتات عالية ويجب تشغيله فقط بواسطة موظف مدرب عندما يتم فصل الجهاز عن بقية الماكينة.

كيفية اختبار المرحل الحالة الصلبة باستخدام المقياس المتعدد

السؤال المتكرر الذي يطرحه الناس في الورش هو كيفية اختبار المرحل الحالة الصلبة, ، والحقيقة هي أنه بينما يمكن للمقياس اكتشاف الأعطال الكبيرة، إلا أنه لا يمكنه تحديد حالة الجهاز بالكامل. ولكن بمجرد إجراء فحص المقياس، يمكنك فرز معظم المرحلات الحالة الصلبة المعطوبة والمختصرة في غضون دقائق قليلة فقط. أولاً، تأكد من فصل الجهاز عن مصدر الطاقة. ثم قم بتحويل المقياس إلى وضع الديود وتحقق من أطراف الإدخال أو التحكم في المرحل الحالة الصلبة. إذا كان هذا المرحل يعمل على إدخال تيار مستمر ويستخدم موصلات ضوئية وصمام LED، فقد تحصل على جهد أمامي في اتجاه واحد وقراءة مفتوحة في الاتجاه المعاكس، تمامًا مثل الديود. إذا تم الحصول على قراءة مفتوحة في كلا الاتجاهين، فهذا يشير إلى أن الإدخال مفتوح. وعلى العكس من ذلك، إذا كانت القراءات قريبة جدًا من الصفر في كلا الاتجاهين، فهذا يشير إلى وجود قصر في الإدخال.

الخطوة التالية هي التحقق من أطراف الخرج. اضبط المقياس على المقاومة وتحقق من الخرج. في المرحل الحالة الصلبة العامل، يجب أن ترى مقاومة عالية في كلا الاتجاهين، مما يعني أن أشباه الموصلات لا توصل التيار. إذا كانت القراءات قريبة من الصفر في اتجاه واحد، فهذا يشير إلى أن الخرج مختصر، وهو العطل الأكثر شيوعًا والأكثر خطورة في المرحلات الحالة الصلبة.

التجربة الوظيفية المدفوعة بالطاقة

يُطلق على اختبار المنصة المحسّن بالكامل اسم التجربة الوظيفية المدفوعة بالطاقة حيث يتم تأكيد عمل الجهاز. قم بتوصيل أطراف الخرج على التوالي مع المصباح تحت الاختبار ومصدر الطاقة المناسب مع إبقاء اتصال التحكم حرًا. في حالة عدم وجود جهد تحكم، يجب أن يظل المصباح مظلمًا. إذا أضاء المصباح بشكل خافت، فهذا يشير إلى وجود قصر في الخرج. الآن قم بتزويد الإدخال بجهد التحكم وسيقوم المرحل السليم بتشغيل المصباح بأقصى سطوع. بعد قطع جهد التحكم، يجب أن يصبح المصباح مظلمًا تمامًا. إذا لم يعمل الخرج عند وجود جهد التحكم على الإدخال، فهذا يشير إلى أن الجهاز مفتوح أو إذا لم ينطفئ عند انقطاع جهد التحكم، فهذا يعني أن أشباه الموصلات في الخرج قد فشلت.

بينما الجهاز لا يزال قيد التشغيل، من الممكن قياس هبوط الجهد في وقت العمل باستخدام الفولتميتر. يُعتبر هبوط الجهد بحوالي 1-1.5 فولت على مرحل الحالة الصلبة AC SSR TRIAC طبيعيًا، وإذا كان مرتفعًا بشكل مفرط، فهذا يعني أن أشباه الموصلات تتقدم في العمر وتسخن. قياس التسرب في حالة الإيقاف من خلال الفولتميتر سيُظهر مدى جودة التبديل. لذا هذان القراءتان هما ما يميز الجهاز السيء عن الجيد.

اختبار مرحل الحالة الصلبة لإدخال التيار المتردد

ليست كل الوحدات تستقبل الإشارة بتحكم التيار المستمر. في حالة وحدة الإدخال AC، من المتوقع أن يكون جهد التحكم في نطاق 90-280 فولت AC، لذا فإن صيغة فحص الديود المذكورة سابقًا لا تعمل في هذه الحالة. بالنسبة لهذا النوع من الأجهزة، الطريقة الآمنة والسهلة هي إجراء اختبار الوظيفة بالطاقة فقط: تشغيل جهد التحكم AC المحدد والتحقق مما إذا كان الجهاز قد تم تشغيله به أم لا. لذلك، لا يمكن قياس المقاومة في وحدة AC بسبب الجهد المنخفض، وبالتالي يصعب تفسير النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام أدوات القياس.

اختبار العزل واختبار Hi-Pot

لا يمكن لجهاز القياس المتعدد فحص بعض الخصائص مثل حالة العزل بين دوائر الإدخال والإخراج. بينما يضمن هذا الحاجز عدم وصول الجهد العالي إلى جانب التحكم منخفض الجهد في النظام، فإنه مواصفة أمان مهمة يجب فحصها من خلال اختبار مقاومة العزل أو اختبار hi-pot الذي يتضمن تطبيق جهد عالي على دائرة الإدخال/الإخراج لفترة من الوقت مع مراقبة إمكانية حدوث انهيار أو تيار تسرب مفرط. الجهاز الذي يجتاز اختبار الوظيفة ولكنه يفشل في إجراءات اختبار العزل لمرحل الحالة الصلبة غير آمن ويجب رفضه، لأن عطل العزل غير المرئي لن يظهر في أي فحص تبديل. لهذا السبب، تعتبر برامج الجودة الجادة التحقق من hi-pot إلزاميًا وليس اختياريًا.

السلوك الحراري والأعطال الحرارية

عندما يتم تنشيط مرحل الحالة الصلبة (SSR)، فإنه يميل إلى انخفاض الجهد وتوليد حرارة، وهو ما يمثل غالبية الأعطال في الميدان. قد يبدأ مرحل الحالة الصلبة الذي يعمل بشكل طبيعي في المختبر في التصرف بشكل غريب بعد مرور بضع دقائق من مرور التيار في مبرد حراري منخفض الجودة. في حال وجود أي شك في حدوث عطل حراري، يُنصح بإجراء اختبار وظيفي مزود بالطاقة مع الحمل المصنف لفترة زمنية ممتدة ومراقبة درجة حرارة لوحة القاعدة. إذا أظهر الجهاز زيادة في انخفاض الجهد في حالة التشغيل وسلوك تبديل غير منتظم، فهذا يعني أن أشباه الموصلات تعمل خارج حدودها. التبريد المناسب ومواد الواجهة الحرارية هي جزء من الحل، على الرغم من أن التبديل الحراري خلال فترة الاختبار يكشف المشكلة. ونتيجة لذلك، فإن المرحلات التي تم تصميمها بسعة تيار كافية ومثبتة على مبرد حراري مصنف بشكل مناسب ستجتاز الاختبارات بشكل جيد، في حين أن المرحل الذي يعاني من عطل حراري لا يُحتمل سيفشل في الاختبار خلال دقائق قليلة. تسجيل درجة حرارة لوحة القاعدة في نهاية التجربة يوفر معيارًا للمقارنات المستقبلية.

كيف يمكن اختبار مرحل الحالة الصلبة

جمع بعض الفحوصات المختلفة يجعل من السهل تحديد وحدة فاشلة. أحد العلامات الرئيسية للفشل هو الحمل الذي يظل مفعلاً بغض النظر عن إشارة التحكم. المشكلة المعاكسة تتعلق بالمخرج المفتوح وكذلك مرحلة الإدخال الميتة. عندما يومض الحمل ويتبدل بشكل سيء ولا يعمل إلا عند الاحماء، فهذا يثبت وجود أشباه موصلات ذات جودة منخفضة أو مشكلة في التحكم. بشكل عام، لمعرفة ما إذا كان مرحل الحالة الصلبة سيئًا، يجب استخدام قراءات المقياس واختبار التبديل الوظيفي جنبًا إلى جنب مع فحص العزل.

الاختبار داخل الدائرة مقابل خارج الدائرة

أهمية إجراء الفحص تساوي أهمية موقع الفحص. أنظف فحص هو عندما نختبر المرحل بعد إزالته من الجهاز. هذه هي أفضل طريقة، حيث لا يمكن لأي شيء أن يؤثر على قراءاتك. بالطبع، المقياس يقيس المرحل فقط، والاختبار الوظيفي يتطلب فقط حملًا معروفًا لديك، ولا توجد دوائر متوازية تعقد قياساتك في هذه الحالة. ومع ذلك، إذا كانت المسألة ذات أهمية قصوى، فمن الأفضل إزالة المرحل واختباره. الاختبار داخل الدائرة هو طريقة أسهل وأسرع لأن الجهاز موصل، لكن العديد من العناصر، دوائر التحكم، والحمل قد تؤثر على النتيجة؛ لذلك، يمكن اعتبار البيانات المستلمة من اختبار داخل الدائرة معلومات أولية فقط. إذا كان هناك شك؛ افحصه خارج الدائرة: وإلا قد تستنتج خطأً عن العنصر المعطل وتستبدل جهازًا يعمل بينما تبقى المشكلة الحقيقية دون حل.

الأخطاء الشائعة التي يجب تجنبها

هناك بعض الأخطاء الشائعة التي يرتكبها المحترفون أيضًا. الخطأ الأول هو توقع أن يظهر طرف المرحل الحالة الصلبة دائرة مفتوحة أو قصرًا عند قياسه بجهاز الأوميتر؛ حيث تتصرف أشباه الموصلات بشكل مختلف وتُخلط قيم التسرب المعتادة مع قراءات الفشل. الخطأ الثاني هو تطبيق جهد تحكم غير صحيح أثناء عملية الاختبار إما بتزويد جهد غير كافٍ لا يعمل على تشغيل دائرة التحكم أو نوع جهد خاطئ (مثل تزويد تيار مستمر بدلاً من تيار متردد). الخطأ الثالث هو إجراء الاختبار بدون حمل قد يخفي العطل في المخرج لأنه لا يوجد تيار يتدفق عبر النظام. الخطأ الرابع هو عدم إجراء اختبار العزل، وافتراض أن الجهاز الذي يعمل بشكل صحيح يجب أن يكون آمنًا. قد يكون هناك تبديل مثالي للمرحل ولكنه قد يفقد حاجز العزل في نفس الوقت.

من اختبار الطاولة إلى اختبار الإنتاج على نطاق واسع

تدور المناقشة السابقة حول فكرة اختبار كل مرحل على حدة، وهو أمر جيد من حيث تطبيقه في أعمال الصيانة والإصلاح، لكن مهمة الإنتاج قصة مختلفة تمامًا. أثناء تشغيل منشأة تصنع مئات وآلاف المرحلات الحالة الصلبة في كل وردية، فإن اختبار كل مرحل يتم إنتاجه يدويًا أمر غير عملي وبطيء ومستحيل توثيقه بشكل مناسب لاحتياجات الشهادة. العمليات الفردية لا تختلف كثيرًا عن تلك الموضحة في الأقسام السابقة؛ ومع ذلك، يجب أتمتتها، وترتيبها في تسلسل، وتوثيقها. تشمل الخصائص المختبرة القدرة الحالية المقدرة، انخفاض جهد المخرج، تيار التحكم الداخل، مقاومة العزل، وإذا لزم الأمر، التدوير الحراري. هذه هي النقطة التي كيفية اختبار المرحل الحالة الصلبة يتحول فيها المعرفة من مهارة ورشة عمل إلى تخصص إنتاجي.

تبني شركة Benlong Automation هذا النوع بالضبط من الخطوط المتكاملة. ال خط إنتاج آلي لمرحلات الحالة الصلبة يجمع بين تركيب SMT، اللحام، التوزيع، ومجموعة اختبار وظيفية كاملة تقيس التيار المقدر، انخفاض جهد المخرج، قوة العزل بواسطة اختبار hi-pot حتى 2500 فولت تيار متردد، والخصائص الحرارية، ثم ترفع كل نتيجة إلى نظام MES لتتبع كامل لكل وحدة. نظرًا لأن نفس الفحوصات الكهربائية التي تقوم بها يدويًا يتم تنفيذها بواسطة أجهزة اختبار قابلة للبرمجة بمعدل يزيد عن ألف وحدة في الوردية ويتم تسجيلها تلقائيًا، يحصل المصنع على كل من الاتساق ومسار التدقيق المطلوب للامتثال لمعيار IEC 62314. لأي شخص ينتقل من اختبار الطاولة العرضي إلى إنتاج موحد وقابل للشهادة، يحول الخط الآلي الروتين اليدوي إلى عملية قابلة للتكرار وموثقة.

بناء روتين اختبار بسيط

روتين جيد يربط التقنيات في نظام يمكن تطبيقه في كل مرة. ابدأ بفحص بصري لأي انقطاعات أو تغير في اللون أو رائحة احتراق، حيث أن أي جهاز تالف ماديًا يفشل قبل أن يتم اختباره. بعد ذلك انتقل إلى شاشة قراءة المقياس على المدخل والمخرج لتحديد أي أجهزة ميتة أو قصيرة الدائرة. تابع بالاختبار الحي لضمان التشغيل الصحيح للتشغيل والإيقاف للجهاز تحت حمل عادي وقياس انخفاض الجهد أثناء التشغيل. اختتم باختبار العزل في أي حالة تتعلق بالسلامة أو الشهادة. العمل بهذا الترتيب يعني أن كل خطوة إما تبرئ الجهاز أو توقفك قبل أن تضيع جهدك على جزء قد كشف بالفعل عن عطل، وهو جوهر عملي للروتين الجيد اختبار المرحلات الحالة الصلبة.

خاتمة

الفهم كيفية اختبار المرحل الحالة الصلبة الأجهزة يتعلق باحترام ما يجعلها مختلفة عن المرحلات الميكانيكية واستخدام الأداة الصحيحة لكل طبقة من الفحص. يقيس الملتيميتر المشاكل الرئيسية في المدخل والمخرج، يؤكد اختبار الوظائف المزود بالطاقة التبديل السلس تحت الحمل أثناء قياس انخفاض الجهد في الحالة النشطة والتسرب، ويضمن اختبار الجهد العالي حاجز العزل الذي لا يمكن تحديده بواسطة أي ملتيميتر. هذه الاختبارات كافية للصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. في حالة التصنيع على نطاق واسع، يتم تطبيق نفس المبادئ تلقائيًا وبشكل قابل للتتبع على خط إنتاج واحد، مما يضمن أن جميع المنتجات المسلمة سيتم إثباتها وتوثيقها. تعلم كيفية فهم الفحوصات الفردية ثم ستعرف كيفية العمل مع أي مرحل حالة صلبة.