الدوائر المتكاملة التشغيلية في المعدات الصناعية والذكية

أولاً: لماذا تُحدِّد دارات السائق استقرار النظام

في المشاريع الفعلية، تنشأ المشكلات مثل تلف اللوحة، والتسخين المفرط، وانخفاض العمر الافتراضي عادةً ليس بسبب وحدات التحكم الدقيق (MCUs) أو البرمجيات الثابتة، بل بسبب فشل مرحلة السائق.
تقع دارات السائق بين منطق التحكم (وحدات التحكم الدقيق MCU) والأجهزة القدرة (ترانزستورات MOSFET، وترانزستورات IGBT، والصمامات الثنائية الباعثة للضوء LED)، وهي طبقة يُهمَلُ تقييمها في كثيرٍ من الأحيان رغم أهميتها البالغة لموثوقية النظام.

ثانياً: الفئات الرئيسية لدارات السائق (من المنظور الهندسي)

تُصنَّف دوائر التشغيل المتكاملة عمومًا إلى:

دوائر تشغيل المحركات المتكاملة للمراوح والمضخات والمشغِّلات

دوائر تشغيل البوابات المتكاملة لمفاتيح التأثير الميداني (MOSFETs) وترانزستورات الغاطس العازلة (IGBTs)

دوائر تشغيل الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) للإضاءة والإضاءة الخلفية للشاشات

دوائر تشغيل الجسور النصفية/الكاملة لمرحلات الطاقة الصناعية

ثالثًا: دوائر تشغيل المحركات المتكاملة في التطبيقات الصناعية والذكية

يجب أن تضمن دوائر تشغيل المحركات المتكاملة:

تشغيل وإيقاف سلس

تحكم دقيق في التيار

حماية من التيار الزائد والحرارة الزائدة

نماذج مُدمَّجات تشغيل المحركات المتوفرة حاليًّا في الإنتاج:

TI DRV8825، مُدمَّج لتشغيل المحركات الخطوية، ويُستخدم على نطاق واسع في الطابعات ثلاثية الأبعاد والمحركات الصناعية

TI DRV8871، مُدمَّج لتشغيل المحركات التيارية المستمرة (DC)، ومزود بتنظيم تلقائي للتيار ووظائف حماية مدمجة

ST L298N، مُدمَّج كلاسيكي ثنائي الجسر الحجري (H-bridge)، ويُستخدم منذ زمنٍ طويل في المعدات الصناعية والتعليمية

تُستخدم هذه المُدمَّجات على نطاق واسع في ألمانيا وإيطاليا وأوروبا الشرقية، حيث تُعطى الأولوية في المعدات الصناعية للصلابة بدلًا من التصغير المفرط.

رابعًا: مُدمَّجات تشغيل البوابة (Gate Driver ICs): مُضخِّم مراحل القدرة

في العواكس ووحدات القدرة والتحكم الصناعي في المحركات، لا يمكن لمداخل/مخارج وحدة التحكم الدقيقة (MCU GPIOs) أن تُشغِّل مباشرةً ترانزستورات MOSFET أو IGBT.

وظيفة مُدمَّج تشغيل البوابة (Gate Driver IC) هي:

توفير تيار بوابة عالي الذروة

التحكم في سرعة التبديل

تخفيض خسائر التبديل والتشويش الكهرومغناطيسي (EMI)

نماذج دوائر تشغيل البوابات (Gate Driver IC Models)

TI UCC27524، دائرة تشغيل أحادية القناة لترانزستورات MOSFET منخفضة الجهة، ذات تيار تشغيل عالٍ، وتُستخدم على نطاق واسع في مصادر الطاقة الصناعية

Infineon IR2110، دائرة تشغيل للجهة العلوية والجهة السفلية، وتُستخدم على نطاق واسع في المحولات العكسية (Inverters) وأنظمة التغذية غير المنقطعة (UPS)

ON Semiconductor FAN7392، دائرة تشغيل نصف جسر لترانزستورات IGBT/مُوسْفِت (MOSFET)، وتُستخدم بشكل شائع في الأنظمة الصناعية وأنظمة الطاقة

يتم الاستعانة بهذه المكونات بكثافة في كلٍّ من الهند وفيتنام، حيث تستمر صناعة إلكترونيات القدرة في التوسع.

خامسًا. دوائر تشغيل الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED Driver ICs) في أنظمة الإضاءة والعروض المرئية

تركّز دوائر تشغيل الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED driver ICs) على:

تنظيم التيار الثابت

الحماية الحرارية

التحكم في التعتيم

دارة تشغيل الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED Driver IC):

TI TPS92512، دارة تشغيل LED من الفئة الصناعية والسيارات، تدعم نطاق جهد إدخال واسع

ON Semiconductor NCL30060، دارة تشغيل LED لتحويل التيار المتناوب إلى المستمر (AC-DC)، وتُستخدم عادةً في مصادر طاقة الإضاءة

ST HVLED001A، دارة تشغيل LED عالية الجهد ذات تيار ثابت، وتُستخدم عادةً في أنظمة الإضاءة الصناعية

القسم السادس: دراسة حالة: تحسين التحكم في المروحة الصناعية

التصميم الأصلي لنظام مروحة لمعدات صناعية: وحدة تحكم دقيقة (MCU) + ترانزستورات MOSFET منفصلة، دون حماية من التيار الزائد، ومعدل فشل مرتفع.

بعد إعادة التصميم باستخدام: دارة تشغيل المحرك DRV8871، مع تنظيم تلقائي للتيار مدمج وحماية من الإيقاف التلقائي عند ارتفاع الحرارة.

النتائج: تحسّنت عمر المروحة بشكل ملحوظ، وانخفض معدل فشل اللوحة الإلكترونية، ونجح العميل في اجتياز اختبارات شهادة CE بنجاح.

سابعًا. واقع التوريد لمُدمجات السائق (Driver ICs)

الخصائص الحالية لسوق مُدمجات السائق: تتمتّع النماذج الكلاسيكية بدورات حياة طويلة؛ وتكون درجة قبول العملاء الصناعيين للحلول البديلة منخفضة؛ وتُركِّز الطلبيات القائمة على المشاريع بشكل أكبر على عمق المخزون وأوقات التسليم المستقرة.

ثامنًا. الخلاصة: تؤدي الخيارات الرديئة لمُدمجات السائق إلى فشل النظام

تُعَدُّ مُدمجات السائق (Driver ICs) المُدمجات الأعلى خطورةً في أي نظام، ومع ذلك فهي الأكثر إهمالًا.

يحدّد الاختيار الصحيح لهذه المُدمجات بشكل مباشر مدى موثوقية النظام وطول عمره ومعدّل نجاحه في الحصول على الشهادات المطلوبة.