تحتاج معظم الأنظمة الإلكترونية إلى نوع من التحويل بين جهد الإمداد وجهد الدائرة المراد إمدادها. عندما تفقد البطارية شحنها، سينخفض ​​الجهد. يمكن لبعض تحويلات DC-DC ضمان استخدام المزيد من الطاقة المخزنة في البطارية لتشغيل الدائرة. بالإضافة إلى ذلك، إذا استخدمنا خطوط تيار متردد 110 فولت، فلن نتمكن من إمداد الطاقة مباشرة إلى أشباه الموصلات مثل وحدات التحكم الدقيقة. نظرًا لأن كل نظام إلكتروني تقريبًا يستخدم محولات الجهد (المعروفة أيضًا باسم مصادر الطاقة)، ​​فقد تم تحسينها لاستخدامات مختلفة على مر السنين. بالطبع، عادةً ما تكون أهداف التحسين هي حجم الحل وكفاءة التحويل وEMI والتكلفة.

مصدر طاقة بسيط: LDO

أحد الأشكال البسيطة لإمدادات الطاقة هو منظم التسرب المنخفض (LDO). LDO هو منظم خطي على عكس منظم التبديل. يضع المنظم الخطي مقاومة قابلة للتعديل بين جهد الإدخال وجهد الخرج، مما يعني أنه بغض النظر عن كيفية تغير جهد الإدخال، أي تيار حمل يمر عبر الجهاز، فإن جهد الخرج ثابت. يوضح الشكل 1 المبدأ الأساسي لمحول الجهد البسيط هذا.

الشكل 1. منظم الجهد الخطي يحول جهدًا إلى آخر.

لسنوات عديدة، يتكون محول الطاقة النموذجي من محول 50 هرتز أو 60 هرتز، متصل بشبكة الطاقة ويولد جهد خرج غير مستقر مع نسبة لف معينة، وهو أعلى بعدة فولت من جهد مصدر الطاقة المطلوب في النظام. بعد ذلك، يتم استخدام منظم خطي لتحويل هذا الجهد إلى جهد منظم ثابت تتطلبه المنتجات الإلكترونية. ويبين الشكل 2 الرسم التخطيطي لهذا المفهوم.

2. محول الخط متبوعًا بمنظم الجهد الخطي.

تكمن مشكلة الإعداد الأساسي في الشكل 2 في أن المحول 50 هرتز / 60 هرتز ضخم نسبيًا ومكلف. بالإضافة إلى ذلك، ينبعث المنظم الخطي أيضًا الكثير من الحرارة، وبالتالي تكون الكفاءة الإجمالية للنظام منخفضة، ومن الصعب التخلص من الحرارة المتولدة بسبب الطاقة العالية للنظام.

لتجنب عيوب مصدر الطاقة الموضح في الشكل. 2، تم اختراع وضع تبديل إمدادات الطاقة. لا تعتمد على جهد تيار متردد 50 هرتز أو 60 هرتز، ولكنها تستخدم جهد التيار المستمر، وفي بعض الأحيان تصحح جهد التيار المتردد، وتولد جهد تيار متردد عالي التردد لاستخدام محول أصغر، أو تستخدم مرشح LC لتصحيح الجهد لتوليد جهد خرج تيار مستمر في نظام غير معزول. . الميزة هي أن الحل صغير الحجم ومنخفض التكلفة نسبيًا. لا يحتاج جهد التيار المتردد المتولد إلى أن يكون شكل موجة جهد جيبية. يمكن أن يعمل الشكل الموجي البسيط لإشارة PWM بشكل جيد، ويمكن توليده بسهولة باستخدام مولد ومحول PWM.

حتى عام 2000، كانت الترانزستورات ثنائية القطب شائعة الاستخدام. لديهم أداء جيد، ولكن سرعة التبديل منخفضة نسبيا. الكفاءة ليست عالية، ويقتصر تردد التبديل على 50 كيلو هرتز أو 100 كيلو هرتز. في الوقت الحاضر، نستخدم MOSFET التبديلي بدلاً من الترانزستور ثنائي القطب، وسرعة التبديل أسرع بكثير. من ناحية أخرى، تكون خسارة التبديل أقل، ويصل تردد التبديل إلى 5 ميجاهرتز. مثل هذا التردد العالي للتبديل يمكّن مرحلة الطاقة من استخدام محاثة وسعة صغيرة جدًا.

تبديل المنظمين يجلب العديد من المزايا. وهي عادةً ما توفر تحويل جهد عالي الكفاءة، وتسمح بالتدرج لأعلى والتنحي، وتوفر تصميمًا مدمجًا ومنخفض التكلفة نسبيًا. العيب هو أن عملية التصميم والتحسين معقدة، كما أن تحويل التحويل وتردد التبديل سيؤدي أيضًا إلى إنتاج EMI. تبديل وضع منظم إمدادات الطاقة وLTpowerCAD® وLTspice® لقد أدى توفر أدوات تصميم مصدر الطاقة إلى تبسيط عملية التصميم الصعبة هذه إلى حد كبير. باستخدام هذه الأدوات، يمكن أن تكون عملية تصميم الدائرة الخاصة بمصدر طاقة وضع التبديل شبه آلية.

العزلة في إمدادات الطاقة

عند تصميم مصدر الطاقة، فإن السؤال الأول الذي يجب الإجابة عليه هو ما إذا كان العزل الكهربائي مطلوبًا أم لا. يتم استخدام العزل الكهربائي لعدد من الأسباب. يمكنه تحسين سلامة الدائرة، والسماح للنظام العائم بالعمل، ومنع تيار التأريض الصاخب من الانتشار عبر الأجهزة الإلكترونية المختلفة في الدائرة. هناك طوبولوجيتان شائعتان للعزل هما محول flyback والمحول الأمامي. ومع ذلك، للحصول على طاقة أعلى، يتم استخدام طبولوجيا عزل أخرى مثل الدفع والسحب ونصف الجسر والجسر الكامل.

إذا لم يكن العزل الكهربائي مطلوبًا، فسيتم استخدام طوبولوجيا غير معزولة في معظم الحالات. تتطلب الطوبولوجيا دائمًا محولًا، وغالبًا ما يكون هذا النوع من المعدات باهظ الثمن وضخمًا، وعادةً ما يكون من الصعب الحصول على المعدات الجاهزة التي تلبي المتطلبات الدقيقة لإمدادات الطاقة المخصصة.

الطبولوجيا الأكثر شيوعًا عندما لا يكون العزل مطلوبًا

طوبولوجيا مصدر الطاقة غير المعزولة الشائعة هي محول باك، المعروف أيضًا باسم محول باك، الذي يستقبل جهد دخل إيجابي ويولد جهد خرج أقل من جهد الدخل. إنها واحدة من طبولوجيا مصدر الطاقة الثلاثة الأساسية لوضع التبديل، وتحتاج فقط إلى مفتاحين، ومحث واحد ومكثفين. يوضح الشكل 3 المبدأ الأساسي لهذه الطوبولوجيا. يرسل المفتاح المتطور تيارًا نبضيًا من طرف الإدخال، ويولد جهد وضع التبديل، والذي يتناوب بين جهد الإدخال والجهد الأرضي. يحصل مرشح LC على جهد النبض عند عقدة التبديل ويولد جهد خرج DC. وفقًا لنسبة التشغيل لإشارة PWM الخاصة بالمفتاح المتطور، يتم إنشاء مستويات مختلفة من جهد خرج التيار المستمر. يتمتع محول باك DC-DC بكفاءة عالية، وسهل البناء نسبيًا، ويتطلب القليل من المكونات.

الشكل 3. مفهوم محول باك البسيط.

يُصدر محول التيار الكهربائي تيارًا نبضيًا عند الإدخال، بينما يكون الإخراج تيارًا مستمرًا من المحث. هذا هو السبب في أن ضجيج محول باك مرتفع جدًا عند الإدخال، ولكن ليس عاليًا جدًا عند الإخراج. من المهم معرفة ذلك عند تصميم نظام منخفض الضوضاء.

إلى جانب طوبولوجيا باك، فإن الطوبولوجيا الأساسية الثانية هي طوبولوجيا التعزيز. تستخدم طوبولوجيا التعزيز نفس عناصر الطاقة الأساسية الخمسة مثل طوبولوجيا باك، ولكن بعد إعادة الترتيب، يتم وضع المحث عند الإدخال ويتم وضع المفتاح العلوي عند الخرج. يتم استخدام طوبولوجيا التعزيز لتعزيز جهد الدخل إلى جهد الخرج أعلى من جهد الدخل.

الشكل 4. مفهوم محول دفعة بسيطة.

عند اختيار محول التعزيز، من المهم ملاحظة أن الحد الأقصى لتيار التحويل المقدر يتم تحديده دائمًا في ورقة البيانات الخاصة بمحول التعزيز، بدلاً من الحد الأقصى لتيار الإخراج. في محول باك، يرتبط الحد الأقصى لتيار التحويل ارتباطًا مباشرًا بأقصى تيار إخراج يمكن تحقيقه، ولا علاقة له بنسبة الجهد بين جهد الإدخال وجهد الخرج. في منظم التعزيز، تؤثر نسبة الجهد بشكل مباشر على الحد الأقصى المحتمل لتيار الخرج استنادًا إلى الحد الأقصى الثابت لتيار التحويل. عند اختيار منظم التعزيز المناسب IC، يجب أن تعرف ليس فقط تيار الخرج المطلوب، ولكن أيضًا جهد الإدخال والإخراج المصمم في التطوير.

إن ضجيج محول التعزيز عند الإدخال منخفض جدًا، لأن الحث المتوافق مع اتصال الإدخال يمكن أن يمنع التيار من التغير بسرعة. ومع ذلك، في نهاية الإخراج، ضجيج هذه الهيكل كبير جدًا. نحن نرى فقط تيار النبض يتدفق عبر المفتاح الخارجي، لذلك نولي اهتمامًا أكبر لتموج الإخراج أكثر من طوبولوجيا باك.

الهيكل الأساسي الثالث هو محول باك-بوست المقلوب، والذي يتكون من خمسة مكونات أساسية فقط. يأخذ هذا المحول جهد دخل موجب ويحوله إلى جهد خرج سلبي، ومن هنا اسمه. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون جهد الدخل أعلى أو أقل من القيمة المطلقة لجهد الخرج المقلوب. على سبيل المثال، يمكن توليد جهد الخرج – 12 فولت من 5 فولت أو 24 فولت عند الإدخال. قد يحدث هذا دون أي تعديل خاص للدائرة. يوضح الشكل 5 مفهوم الدائرة لمحول تعزيز باك المقلوب.

الشكل 5. مفهوم المحول البسيط المقلوب.

في طوبولوجيا تعزيز باك المقلوب، يتم تأريض المحث من عقدة التبديل. توجد تيارات نبضية عند مدخلات ومخرجات المحول، وبالتالي فإن الضوضاء عند مدخلات ومخرجات هذه الهيكلية عالية. في التطبيقات منخفضة الضوضاء، يتم تعويض هذه الخاصية عن طريق إضافة تصفية إضافية للمدخلات والمخرجات.

أحد الجوانب المفيدة في طوبولوجيا تعزيز الجهد المقلوب هو أنه يمكن استخدام أي منظم تبديل الجهد IC في هذا المحول. طالما أن جهد الخرج لدائرة باك متصل بأرضي النظام. سوف يصبح تأريض دائرة التنحي IC الجهد السلبي المعدل. تتيح هذه الميزة إمكانية اختيار تبديل IC المنظم في السوق على نطاق واسع.

طوبولوجيا خاصة

إلى جانب طبولوجيا مصدر الطاقة الأساسية الثلاثة غير المعزولة التي تمت مناقشتها سابقًا، هناك العديد من الطبولوجيا المتاحة. ومع ذلك ، فهم جميعًا يحتاجون إلى مكونات طاقة إضافية. يؤدي هذا عادةً إلى زيادة التكلفة وتقليل كفاءة تحويل الطاقة. على الرغم من وجود بعض الاستثناءات، إلا أن إضافة مكونات إضافية في مسار مصدر الطاقة يؤدي عادةً إلى زيادة الخسارة. تتضمن بعض الهياكل الشائعة SEPIC وZeta وUK و4-switch buck-boost. لديهم جميعًا وظائف لا تمتلكها الطبولوجيا الأساسية الثلاثة. فيما يلي قائمة بالميزات المهمة لكل طوبولوجيا:

01

SEPIC: يمكن لـ SEPIC توليد جهد خرج إيجابي من جهد دخل إيجابي أعلى أو أقل من جهد الخرج. يمكن استخدام منظم Boost IC لتصميم مصدر طاقة SEPIC. عيب هذه الهيكلية هو أنها تتطلب محثًا ثانيًا أو محث اقتران ومكثف SEPIC.

02

زيتا: محول زيتا هذا مشابه لمحول SEPIC، لكن يمكنه توليد جهد خرج موجب أو سلبي. علاوة على ذلك، فإنه لا يحتوي على نقطة صفر لنصف المستوى الأيمن (RHPZ)، مما يؤدي إلى تبسيط حلقة التنظيم. يمكن استخدام محول باك IC في هذه الطوبولوجيا.

03

المملكة المتحدة: يمكن للمحول البريطاني تحويل جهد الدخل الموجب إلى جهد الخرج السلبي. إنه يستخدم محثين، واحد عند الإدخال والآخر عند الإخراج، وبالتالي فإن الضوضاء عند الإدخال والإخراج منخفضة جدًا. العيب هو أنه لا يوجد الكثير من دوائر IC لتحويل الطاقة التي تدعم هذا الهيكل، لأن حلقة التنظيم تحتاج إلى دبابيس تغذية مرتدة ذات جهد سلبي.

04

 4Switching buck-boost: أصبح هذا النوع من المحولات شائعًا جدًا في السنوات الأخيرة. يوفر جهد إخراج إيجابي من جهد دخل إيجابي. قد يكون جهد الدخل أعلى أو أقل من جهد الخرج المنظم. يتمتع هذا المحول بكفاءة أعلى في تحويل الطاقة ويحتاج فقط إلى محث واحد، لذلك فهو يستبدل العديد من تصميمات SEPIC.طوبولوجيا العزلة المشتركة

بالإضافة إلى الهيكل غير المعزول، تتطلب بعض التطبيقات محولات طاقة معزولة كهربائيًا. قد يكون السبب هو أنه لأسباب تتعلق بالسلامة، هناك حاجة إلى التأريض العائم في الأنظمة الكبيرة ذات الدوائر المختلفة المتصلة ببعضها البعض، أو أنه من الضروري منع حلقة تيار التأريض في التطبيقات الحساسة للضوضاء. طبولوجيا المحولات المعزولة الشائعة هي محول flyback والمحول الأمامي.

تُستخدم عادةً محولات Flyback لمستويات طاقة تصل إلى 60 واط. وضع عمل الدائرة هو أن الطاقة الكهربائية يتم تخزينها في المحول أثناء وقت التوصيل. عند فصله، يتم إطلاق الطاقة الكهربائية إلى الجانب الثانوي للمحول لتوفير الطاقة للإخراج. من السهل إنشاء هذا المحول، ولكنه يتطلب محولًا كبيرًا نسبيًا لتخزين كل الطاقة الكهربائية اللازمة للتشغيل العادي. من ناحية، تقتصر هذه الطوبولوجيا على مستوى طاقة أقل. يوضح الشكل 6 محول flyback في الأعلى والمحول الأمامي في الأسفل.

6. محول Flyback (أعلى) ومحول أمامي (أسفل).

إلى جانب محول flyback، يحظى المحول الأمامي أيضًا بشعبية كبيرة. يستخدم محولًا بطريقة مختلفة عن محول flyback. أثناء فترة التوصيل، على الرغم من أن التيار يتدفق عبر الملف الأولي، إلا أن التيار يتدفق أيضًا عبر الملف الثانوي. لا ينبغي تخزين الطاقة الكهربائية في ملف المحولات. بعد كل دورة تبديل، يجب علينا التأكد من تحرير كل مغنطة الملف إلى الصفر، بحيث لا يتم تشبع المحول بعد عدة دورات تبديل. يمكن استخدام العديد من التقنيات المختلفة لإطلاق الطاقة الكهربائية من الملف. إحدى الطرق الشائعة هي استخدام مشبك نشط مزود بمفاتيح ومكثفات إضافية صغيرة.

يوضح الشكل 7 الرسم التخطيطي لبيئة محاكاة LTspice مع تصميم المشبك النشط للأمام باستخدام ADP1074. في المحول الأمامي، هناك محاثة إضافية في مسار الإخراج غير موجودة في المحول الطائر، كما هو موضح في الشكل 6. على الرغم من أن هذا المكون الإضافي له تأثير على المساحة والتكلفة، إلا أنه يساعد في إنتاج جهد خرج ضوضاء أقل مقارنة بمحول flyback. بالإضافة إلى ذلك، عند نفس مستوى الطاقة مثل محول flyback، قد يكون حجم المحول المطلوب بواسطة المحول الأمامي أصغر بكثير.

الشكل 7. دائرة المشبك النشطة للأمام باستخدام ADP1074 لتوليد جهد الخرج المعزول، كما هو موضح في المحاكاة في LTspice.

طوبولوجيا العزلة المتقدمة

إلى جانب الطوبولوجيا الخلفية والأمامية، هناك العديد من مفاهيم محولات العزل الكهربائي المعتمدة على محولات مختلفة. توفر القائمة التالية بعض التوضيحات الأساسية للمحولات الشائعة:

• الدفع والسحب: تشبه طوبولوجيا الدفع والسحب طوبولوجيا المحول الأمامي. ومع ذلك، تتطلب هذه الهيكلية مفتاحين نشطين من الجانب المنخفض بدلاً من مفتاح واحد من الجانب المنخفض. مطلوب أيضًا محول أساسي بنقرة مركزية. بالمقارنة مع المحول الأمامي، فإن محول الدفع والسحب يتميز بضوضاء أقل ومحول أصغر. يتم استخدام تباطؤ منحنى BH للمحول في ربعين بدلاً من واحد.
  

• نصف الجسر/الجسر الكامل: عادةً ما يتم استخدام هذين الهيكلين لتصميمات الطاقة الأعلى، بدءًا من عدة مئات من الواط وحتى عدة كيلووات. إلى جانب المفاتيح ذات الجانب المنخفض، فإنها تحتاج أيضًا إلى مفاتيح ذات جانب عالٍ، ولكنها يمكنها تحقيق نقل عالي للطاقة من خلال محولات صغيرة نسبيًا.
  

• ZVS: يتم ذكر هذا المصطلح عادةً عند مناقشة المحولات المعزولة عالية الطاقة. إنها تعني تبديل الجهد الصفري. مصطلح آخر لهذا النوع من المحولات هو محول LLC (الحث-الحث-السعة). والغرض من هذه البنى هو تحقيق التحويل الفعال. سوف ينتجون دوائر رنينية ويقومون بتبديل مفتاح الطاقة عندما يقترب الجهد أو التيار على المفتاح من الصفر. بهذه الطريقة، يتم تقليل فقدان التبديل. ومع ذلك، من الصعب تحقيق هذا النوع من التصميم، وتردد التبديل غير ثابت، مما يسبب في بعض الأحيان مشاكل EMI.

  
  

محول مكثف مبدل

إلى جانب المنظمات الخطية وإمدادات الطاقة ذات الوضع المبدل، هناك مجموعة ثالثة من محولات الطاقة: محولات المكثفات المبدلة. تُعرف أيضًا باسم مضخة الشحن. يستخدمون المفاتيح والمكثفات لمضاعفة أو عكس الفولتية. الميزة الكبيرة هي أنها لا تحتاج إلى أي محاثة. يُستخدم هذا النوع من المحولات عادةً لمستويات الطاقة المنخفضة التي تقل عن 5 وات. ومع ذلك، فإن التقدم الكبير الأخير يسمح بمحولات مكثفة أكثر قوة. يوضح الشكل 8 جهاز LTC7820 بكفاءة 98.5% وتصميم 120 واط، والذي يحول 48 فولت إلى 24 فولت.

الشكل 8. مضخة شحن عالية الطاقة ذات نسبة ثابتة LTC7820 وحدة تحكم DC-DC.

مصدر طاقة رقمي

يمكن تنفيذ جميع مصادر الطاقة التي تمت مناقشتها في هذه الورقة كمصادر طاقة تناظرية أو رقمية. ما هو بالضبط مصدر الطاقة الرقمي؟ يجب أن يمر مصدر الطاقة دائمًا عبر مستويات الطاقة التناظرية للمفاتيح والمحاثات والمحولات والمكثفات. يتم تقديم الجوانب الرقمية من خلال لبنتين رقميتين:

• الأول هو الواجهة الرقمية، والتي من خلالها يمكن للنظام الإلكتروني التواصل مع مصدر الطاقة. يمكن ضبط المعلمات المختلفة على الفور لتحسين مصدر الطاقة لظروف العمل المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمصدر الطاقة أيضًا التواصل مع المعالج الرئيسي والتسبب في ظهور إشارة تحذير أو خطأ. على سبيل المثال، يمكن للنظام بسهولة مراقبة تيار الحمل أو تجاوز الحد المحدد مسبقًا أو أن درجة حرارة البطارية مرتفعة جدًا.
  

• تستخدم وحدة البناء الرقمية الثانية الحلقة الرقمية بدلاً من حلقة التنظيم التناظرية. يعمل هذا بشكل جيد، ولكن بالنسبة لمعظم التطبيقات، من الأفضل اعتماد حلقة ردود فعل تناظرية قياسية لها تأثير رقمي معين على بعض المعلمات، مثل ضبط كسب مضخم الخطأ على الفور أو ضبط معلمات تعويض الحلقة ديناميكيًا لتحقيق استقرار ولكن سريع ردود الفعل حلقة.

مثال على جهاز مزود بحلقة تحكم رقمية بحتة هو ADP1046A الخاص بـ ADI. مثال على منظم باك الواجهة الرقمية المحسن بالتأثير الرقمي مع حلقة التحكم التناظرية هو LTC3883.

اعتبارات EMI

لقد كان التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) دائمًا مشكلة يجب الانتباه إليها عند تصميم مصدر طاقة وضع التبديل. والسبب هو أن مصدر الطاقة في وضع التبديل سوف يقوم بتبديل التيار العالي في وقت قصير. كلما كانت سرعة التبديل أسرع، كانت الكفاءة العامة للنظام أفضل. يمكن لسرعة التبديل الأسرع أن تقلل من وقت تشغيل المفتاح جزئيًا. خلال هذا الجزء من وقت التشغيل، ستحدث معظم خسائر التبديل. يوضح الشكل 9 الشكل الموجي لمصدر طاقة وضع التبديل عند عقدة التبديل. خذ منظم باك كمثال. يتم تعريف الجهد العالي من خلال التيار من خلال المفتاح عالي الجانب، في حين يتم تعريف الجهد المنخفض بعدم تدفق التيار من خلال المفتاح عالي الجانب.

الشكل 9. سرعة التبديل وتبديل التردد لإمدادات الطاقة في وضع التبديل.

كما يمكن أن يرى في التين. 9، الضوضاء الناتجة عن مصدر طاقة وضع التبديل لا تأتي فقط من تردد التبديل المعدل، ولكن أيضًا من سرعة التبديل التي تكون أعلى بكثير من التردد. على الرغم من أن تردد التبديل عادة ما يتراوح بين 500 كيلو هرتز و3 ميجا هرتز، إلا أن وقت التبديل قد يصل إلى عدة نانو ثانية. في وقت التبديل 1 ns، سيكون التردد المقابل في الطيف 1 جيجا هرتز. سيتم اعتبار هذين الترددين على الأقل بمثابة اضطراب في الإشعاع الكهرومغناطيسي وإشعاع موصل. قد يؤدي تذبذب حلقة التنظيم أو التفاعل بين مصدر الطاقة والمرشح أيضًا إلى ظهور ترددات أخرى.

هناك سببان لتقليل EMI. السبب الأول هو حماية وظيفة النظام الإلكتروني الذي يعمل بمصدر طاقة محدد. على سبيل المثال، يجب ألا يلتقط ADC 16 بت المستخدم في مسار إشارة النظام ضوضاء التبديل من مصدر الطاقة؛ السبب الثاني هو تلبية بعض لوائح EMI التي صاغتها الحكومات في جميع أنحاء العالم لحماية الوظائف الموثوقة للأنظمة الإلكترونية المختلفة في نفس الوقت.

هناك نوعان من EMI، EMI المشع وEMI المجرى. تتمثل الطريقة الفعالة لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي المشع في تحسين تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور، واعتماد تقنيات مثل Silent Switcher® of ADI. مثل هذه التكنولوجيا. بالطبع، من المفيد أيضًا وضع الدائرة في صندوق معدني محمي. ومع ذلك، قد لا يكون هذا عمليًا، وفي معظم الحالات يكون مكلفًا.

عادةً ما يتم تخفيف التداخل الكهرومغناطيسي الذي يتم إجراؤه عن طريق التصفية الإضافية. بعد ذلك، سيتم مناقشة التصفية الإضافية لتقليل الإشعاع الموصل.

موجات التصفية

يعد مرشح RC مرشحًا أساسيًا للتمرير المنخفض. ومع ذلك، في تصميم مصدر الطاقة، كل مرشح هو مرشح LC. بشكل عام، يكفي إضافة بعض المحاثات على التوالي، لأنها ستشكل مرشح LC أو CLC مع سعة الإدخال أو الإخراج لمصدر الطاقة في وضع التبديل. في بعض الأحيان يتم استخدام المكثفات فقط كمرشحات، ولكن مع الأخذ في الاعتبار الحث الطفيلي لخطوط الطاقة أو الآثار، فإننا نجمع المكثفات لتشكيل مرشح LC. قد يكون المحث l عبارة عن مغوٍ بملف أو حبة من الفريت. الغرض من مرشح LC هو في الواقع تأثير تمرير منخفض، مما يسمح لطاقة التيار المستمر بالمرور وتخفيف التداخل عالي التردد إلى حد كبير. يحتوي مرشح LC على قطب مزدوج، لذلك يمكنه تحقيق توهين عالي التردد يصل إلى 40 ديسيبل / أوكتاف. يمكن للمرشح تحقيق انخفاض حاد في التردد نسبيًا. تصميم المرشحات ليس بالأمر السهل؛ ومع ذلك، نظرًا لأن المكونات الطفيلية للدائرة (مثل أثر الحث) سوف تنتج تأثيرات، فإن نمذجة المرشح تحتاج أيضًا إلى نمذجة التأثيرات الطفيلية الرئيسية. وهذا يجعل المرشح التناظري يستغرق وقتًا طويلاً. يعرف العديد من المصممين ذوي الخبرة في تصميم المرشح أي المرشحات تعمل بشكل جيد، وقد يقومون بتحسين المرشح بشكل متكرر للحصول على تصميم جديد.

عند تصميم جميع المرشحات، من الضروري مراعاة ليس فقط سلوك الإشارة الصغيرة، مثل وظيفة النقل للمرشح في مخطط بورتر، ولكن أيضًا تأثير الإشارة الكبيرة. في أي مرشح LC، سوف يمر مصدر الطاقة عبر المحث. إذا لم تعد هناك حاجة إلى مصدر الطاقة عند الخرج، فإن الطاقة الكهربائية المخزنة في المحث يجب أن يتم إطلاقها في مكان ما بسبب الحمل المفاجئ العابر. سوف يقوم بشحن مكثف الفلتر. إذا لم يكن الفلتر مصممًا لهذه الحالة الأسوأ، فقد تتسبب الطاقة الكهربائية المخزنة في تجاوز الجهد الكهربي، مما قد يؤدي إلى تلف الدائرة.

وأخيرًا، يتمتع المرشح بمقاومة معينة. تتفاعل هذه المعاوقة مع مقاومة محول الطاقة المتصل بالمرشح. وقد يؤدي هذا التفاعل إلى عدم الاستقرار والتذبذب. تعد أدوات محاكاة الأجهزة التناظرية مثل LTspice وLTpowerCAD مفيدة للإجابة على كل هذه الأسئلة وتصميم مرشحات ممتازة. يوضح الشكل 10 واجهة المستخدم الرسومية لمصممي المرشحات في بيئة تصميم LTpowerCAD. يعد استخدام هذه الأداة لتصميم المرشحات أمرًا بسيطًا للغاية.

الشكل 10. تصميم مرشح الإدخال لمنظم باك باستخدام LTpowerCAD.

المحولات الصامتة

من الصعب إيقاف التداخل الكهرومغناطيسي. مطلوب درع خاص مصنوع من مادة معدنية معينة. تكلفة القيام بذلك مرتفعة للغاية. لفترة طويلة، كان المهندسون يبحثون عن طرق للحد من اضطراب الإشعاع الكهرومغناطيسي الناجم عن تبديل وضع إمدادات الطاقة. قبل بضع سنوات، حققت تقنية Silent Switcher تقدمًا كبيرًا. من خلال تقليل الحث الطفيلي في الدائرة الحرارية لمصدر الطاقة في وضع التبديل، وتقسيم الدائرة الحرارية إلى دائرتين، يتم ترتيبهما بطريقة متماثلة للغاية، فإن اضطرابات الإشعاع الكهرومغناطيسي تلغي في الغالب بعضها البعض. اليوم، توفر العديد من أجهزة المحول الصامت اضطرابًا أقل بكثير للإشعاع الكهرومغناطيسي مقارنة بالمنتجات التقليدية. يمكن أن يؤدي تقليل اضطراب الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى تحسين سرعة التبديل دون وجود EMI خطير. زيادة سرعة التبديل يمكن أن تقلل من فقدان التبديل، وبالتالي زيادة تردد التبديل. مثال على هذا الابتكار هو LTC3310S، الذي يتمتع بتردد تحويل يبلغ 5 ميجاهرتز ويستخدم مكونات خارجية منخفضة التكلفة لتحقيق تصميم مضغوط للغاية.

تعد إدارة الطاقة أمرًا ضروريًا، ولكنها قد تكون ممتعة أيضًا.

في هذه الورقة، نناقش العديد من جوانب تصميم إمدادات الطاقة، بما في ذلك طبولوجيا إمدادات الطاقة المختلفة ومزاياها وعيوبها. هذه المعلومات أساسية جدًا لمهندسي الطاقة، لكن بالنسبة للخبراء وغير المحترفين، من المفيد استخدام أدوات برمجية مثل LTpowerCAD وLTspice في عملية التصميم. باستخدام هذه الأدوات، يمكن تصميم محول الطاقة وتحسينه في وقت قصير.

إخلاء المسؤولية: هذا المقال مستنسخ من "Power R&D Alliance". تمثل هذه المقالة فقط آراء المؤلف الشخصية، ولا تمثل آراء Sacco Micro والصناعة. إنه مخصص فقط لإعادة الطباعة والمشاركة لدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يرجى الإشارة إلى المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة الطبع. وفي حالة وجود أي مخالفة يرجى التواصل معنا لحذفها.

هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس/فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي
ف ف: 332496225 مدير تشيو
العنوان: الغرفة 809، المبنى C، مبنى Zhantao Technology، رقم 1079 شارع Minzhi، منطقة Longhua الجديدة، Shenzhen