ما هو مصدر الطاقة التبديلي؟
مع تطور وابتكار تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، فإن تكنولوجيا إمدادات الطاقة التبديلية تبتكر باستمرار. في الوقت الحاضر، يتم استخدام تبديل إمدادات الطاقة على نطاق واسع في جميع المعدات الإلكترونية تقريبًا نظرًا لصغر حجمها وخفة وزنها وكفاءتها العالية. إنها طريقة إمداد طاقة لا غنى عنها للتطور السريع لصناعة المعلومات الإلكترونية اليوم.
مزود الطاقة التبديلي هو مزود طاقة يستخدم تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة الحديثة للتحكم في نسبة وقت تشغيل وإيقاف تشغيل أنبوب التبديل للحفاظ على جهد خرج مستقر. يتألف مزود الطاقة التبديلي بشكل عام من دائرة متكاملة للتحكم في تعديل عرض النبض (PWM) و MOSFET.
مزود الطاقة التبديلي قريب من مزود الطاقة الخطي. يقوم طرف الإدخال الخاص به بتصحيح التيار المتردد مباشرة إلى تيار مباشر. وتحت تأثير دائرة التذبذب عالية التردد، يتم استخدام أنبوب التبديل للتحكم في تشغيل وإيقاف التيار لتشكيل تيار نبضي عالي التردد. وبمساعدة محث (محول عالي التردد)، يتم إخراج تيار مباشر مستقر منخفض الجهد.
نظرًا لأن حجم النواة المغناطيسية للمحول يتناسب عكسيًا مع مربع تردد تشغيل مصدر الطاقة التبديلي، فكلما زاد التردد، كان النواة أصغر. وهذا يمكن أن يقلل إلى حد كبير من حجم المحول ويقلل من وزن وحجم مصدر الطاقة. ولأنه يتحكم في التيار المستمر مباشرة، فإن مصدر الطاقة هذا أكثر كفاءة بكثير من مصدر الطاقة الخطي. وهذا يوفر الطاقة، لذلك يفضله الناس. ولكن له أيضًا عيوب، أي أن الدائرة معقدة، والصيانة صعبة، والدائرة ملوثة بشكل خطير. مصدر الطاقة صاخب وغير مناسب للاستخدام في بعض الدوائر منخفضة الضوضاء.
خصائص إمدادات الطاقة التحويلية
تتألف إمدادات الطاقة التحويلية بشكل عام من دوائر متكاملة للتحكم في تعديل عرض النبض (PWM) و MOSFETs. مع التطور والابتكار في تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، تُستخدم إمدادات الطاقة التحويلية حاليًا على نطاق واسع في جميع المعدات الإلكترونية تقريبًا نظرًا لصغر حجمها وخفة وزنها وكفاءتها العالية. أهميتها واضحة.
تصنيف إمدادات الطاقة التحويلية
وفقًا لطريقة توصيل أجهزة التحويل في الدائرة، يمكن تقسيم إمدادات الطاقة التحويلية بشكل عام إلى ثلاث فئات: إمدادات الطاقة التحويلية المتسلسلة، وإمدادات الطاقة التحويلية المتوازية وإمدادات الطاقة التحويلية التحويلية المحولات.
من بينها، يمكن تقسيم مصدر طاقة التبديل من نوع المحولات إلى: نوع الدفع والسحب، ونوع نصف الجسر، ونوع الجسر الكامل، إلخ. ووفقًا لإثارة المحول ومرحلة جهد الخرج، يمكن تقسيمها إلى: النوع الأمامي، والنوع المرتد الطيار، والنوع المثير الفردي، والنوع المثير المزدوج.
الفرق بين مزود الطاقة التبديلي ومزود الطاقة العادي
إمدادات الطاقة العادية هي إمدادات طاقة خطية بشكل عام. تشير مصادر الطاقة الخطية إلى مصادر الطاقة الخطية حيث يعمل أنبوب المنظم في حالة خطية. لكن الأمر مختلف في إمدادات الطاقة التبديلية. يعمل أنبوب التبديل (في إمدادات الطاقة التبديلية، نسمي أنبوب التبديل الأنبوبي التبديلي عموماً) في حالتين: تشغيل وإيقاف: تشغيل - المقاومة صغيرة جداً، وإيقاف - المقاومة صغيرة جداً وكبيرة.
مزود الطاقة التبديلي هو نوع جديد نسبيًا من مزودات الطاقة. ويتميز بمزايا الكفاءة العالية وخفة الوزن والقدرة على زيادة الجهد وخفضه وطاقة الخرج العالية. ومع ذلك، نظرًا لأن الدائرة تعمل في حالة التبديل، فإن الضوضاء كبيرة نسبيًا.
مثال على ذلك: مزود طاقة التحويل الترددي
دعونا نتحدث بإيجاز عن مبدأ عمل مزود طاقة التبديل التدريجي: تتكون الدائرة من مفتاح (ترانزستور أو ترانزستور تأثير المجال في الدائرة الفعلية)، وصمام ثنائي حر، ومحرِّض تخزين الطاقة، ومكثف مرشح، وما إلى ذلك.
عندما يكون المفتاح مغلقًا، يزود مصدر الطاقة بالطاقة للحمل من خلال المفتاح والمحث، ويخزن جزءًا من الطاقة الكهربائية في المحث والمكثف. ونظرًا للحث الذاتي للمحث، يزداد التيار ببطء بعد تشغيل المفتاح، أي أن الخرج لا يمكن أن يصل على الفور إلى قيمة جهد مصدر الطاقة.
بعد فترة زمنية معينة، يتم إيقاف تشغيل المفتاح. وبسبب الحث الذاتي لملف الحث (يمكن اعتبار أن التيار في ملف الحث له قصور ذاتي)، سيبقى التيار في الدائرة دون تغيير، أي أنه سيستمر في التدفق من اليسار إلى اليمين. يتدفق هذا التيار عبر الحمل، ثم يعود من السلك الأرضي، ويتدفق إلى أنود الصمام الثنائي الحر، ويمر عبر الصمام الثنائي، ويعود إلى الطرف الأيسر من ملف الحث، ومن ثَمَّ يشكِّل حلقة.
من خلال التحكم في الوقت الذي يتم فيه إغلاق المفتاح وفتحه (أي PWM - تعديل عرض النبضة)، يمكن التحكم في جهد الخرج. إذا تم التحكم في وقت التشغيل وإيقاف التشغيل عن طريق الكشف عن جهد الخرج للحفاظ على جهد الخرج ثابتًا، يتحقق الغرض من تثبيت الجهد.
تحتوي إمدادات الطاقة العادية وإمدادات الطاقة التحويلية على نفس أنبوب ضبط الجهد، والذي يستخدم مبدأ التغذية الراجعة لتنظيم الجهد. والفرق هو أن إمدادات الطاقة التبديلية تستخدم أنابيب التبديل للتعديل، بينما تستخدم إمدادات الطاقة العادية عمومًا منطقة التضخيم الخطي للثلاثي الصمامات للتعديل. وبالمقارنة، يتميز مزود طاقة التبديل باستهلاك منخفض للطاقة، ونطاق واسع قابل للتطبيق لجهد التيار المتردد، ومعامل تموج أفضل للتيار المستمر الناتج. العيب هو تداخل النبض التبديلي.
مبدأ العمل الرئيسي لمزود طاقة التبديل نصف الجسر العادي هو أن أنابيب تبديل الجسر العلوي والسفلي (أنابيب التبديل هي VMOS عندما يكون التردد مرتفعًا) يتم تشغيلها بدورها. أولاً، يتدفق التيار من خلال أنبوب تبديل الجسر العلوي، وتستخدم وظيفة التخزين في ملف الحث لتجميع الطاقة الكهربائية. في الملف، يتم أخيرًا إيقاف تشغيل أنبوب مفتاح الجسر العلوي ويتم تشغيل أنبوب مفتاح الجسر السفلي. يستمر ملف الحث والمكثف في إمداد الطاقة إلى الخارج. بعد ذلك يتم إيقاف تشغيل أنبوب مفتاح الجسر السفلي، ثم يتم تشغيل أنبوب مفتاح الجسر العلوي للسماح للتيار بالدخول، ويتكرر ذلك. ولأن أنبوبي المفتاحين يتم تشغيلهما وإيقاف تشغيلهما بالتناوب، فإنه يسمى مزود طاقة تبديلي.
إمدادات الطاقة الخطية مختلفة. نظرًا لعدم وجود مفتاح، فإن أنبوب إمداد المياه يقوم دائمًا بتفريغ المياه. إذا كان هناك الكثير من الماء، فسوف يتسرب. هذا هو السبب في أننا غالبًا ما نرى أن أنبوب الضبط في بعض مزودات الطاقة الخطية يولد الكثير من الحرارة. يتم تحويل الطاقة الكهربائية التي لا نهاية لها إلى طاقة حرارية. من هذا المنظور، تكون كفاءة التحويل لمصدر الطاقة الخطي منخفضة جدًا، وعندما تكون الحرارة عالية، فإن عمر المكونات سينخفض حتمًا، مما يؤثر على تأثير الاستخدام النهائي.
الفرق الرئيسي: كيف يعمل
يعمل أنبوب تعديل الطاقة الخاص بمزود الطاقة الخطي دائمًا في منطقة التضخيم، ويكون التيار المتدفق عبره مستمرًا. نظرًا لأن أن أنبوب التعديل يستهلك كمية كبيرة من الطاقة، فإنه يتطلب أنبوب تعديل طاقة أكبر ومزود بمبرد كبير. تكون الحرارة خطيرة والكفاءة منخفضة جدًا، وعمومًا ما بين 40% و60% (يجب القول أيضًا أنه خطي جدًا).
تتطلب طريقة عمل مزود الطاقة الخطي جهاز محول جهد لتغيير الجهد من الجهد العالي إلى الجهد المنخفض. بشكل عام، هو عبارة عن محوّل، ولكن هناك أيضًا أجهزة أخرى مثل مزود الطاقة KX، والذي يقوم بعد ذلك بتصحيح وإخراج جهد التيار المستمر. ونتيجة لذلك، فهو كبير، وضخم الحجم، ومنخفض الكفاءة، ويولد الكثير من الحرارة؛ ولكن له أيضًا مزايا: تموج صغير، ومعدل ضبط جيد، وتداخل خارجي منخفض، ومناسب للاستخدام مع الدوائر التناظرية/مضخمات مختلفة وما إلى ذلك.
يعمل جهاز الطاقة الخاص بمزود طاقة التبديل في حالة التبديل. أثناء تعديل الجهد، يتم تخزين الطاقة مؤقتًا من خلال ملف الحث، بحيث تكون خسارته صغيرة، والكفاءة عالية، ومتطلبات تبديد الحرارة منخفضة، ولكنها لا تؤثر على المحول ومحرِّض تخزين الطاقة. هناك أيضًا متطلبات أعلى، والتي يجب أن تكون مصنوعة من مواد ذات خسارة منخفضة ونفاذية مغناطيسية عالية. محولها صغير مثل كلمة واحدة. الكفاءة الكلية هي 80% إلى 98%. يتميز مزود طاقة التحويل بكفاءة عالية ولكن حجمه صغير. ومع ذلك، بالمقارنة مع مزود الطاقة الخطي، فإن تموجها ومعدل تنظيم الجهد والتيار يكونان بخصم معين.
