دور إمدادات الطاقة في الإلكترونيات

يوجد في قلب كل جهاز إلكتروني مزود طاقة - النظام المسؤول عن توفير الطاقة الكهربائية المطلوبة لتشغيل المكونات داخل الجهاز. تم تصميم إمدادات الطاقة لتحويل وتنظيم الطاقة الكهربائية الواردة من مصدر خارجي لتلبية المتطلبات المحددة للنظام الإلكتروني.

تأتي إمدادات الطاقة بأشكال عديدة مختلفة ، اعتمادًا على نوع الجهاز الذي يتم تشغيله. يحتوي مصدر الطاقة النموذجي على بعض الوظائف الرئيسية:

1. تحويل الجهد : تتطلب العديد من الأجهزة مستويات جهد محددة للعمل. على سبيل المثال ، تعمل معظم الإلكترونيات المنزلية في أمريكا الشمالية على AC 120V ، في حين أن أجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية تتطلب فولتية DC أقل بكثير للعمل. تضمن إمدادات الطاقة أن يتم تحويل الجهد إلى المستوى الصحيح.

2. اللائحة الحالية : يجب أن تكون مستلزمات الطاقة قادرة أيضًا على توفير تدفق ثابت للتيار الكهربائي لمنع الأضرار التي لحقت بالمكونات الإلكترونية الحساسة. من خلال تنظيم التيار ، تساعد إمدادات الطاقة في ضمان عمل الجهاز بكفاءة وأمان.

3. تصفية : تتضمن إمدادات الطاقة غالبًا مرشحات تزيل الضوضاء والتقلبات من مصدر الطاقة الوارد ، مما يضمن إخراجًا مستقرًا ونظيفًا. هذا مهم بشكل خاص للأجهزة الإلكترونية الحساسة مثل أجهزة الكمبيوتر والمعدات الطبية وأنظمة الصوت.

أنواع مستلزمات الطاقة

هناك عدة أنواع مختلفة من إمدادات الطاقة المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية ، كل منها مناسبة لتطبيقات مختلفة. تشمل الأنواع الأكثر شيوعًا مستلزمات الطاقة الخطية ، أنظمة طاقة وضع التبديل ، و التي تعمل بالبطارية .

لوازم الطاقة الخطية

A مزود الطاقة الخطي هو واحد من أبسط أنواع إمدادات الطاقة. إنه يعمل عن طريق تحويل جهد التيار المتردد الوارد إلى جهد DC أقل باستخدام محول ومقوم وجهد منظم. تتمثل السمة الرئيسية لمصدر الطاقة الخطي في بساطتها - فهناك عدد قليل من الأجزاء المتحركة والإخراج مستقر للغاية.

ومع ذلك ، تميل إمدادات الطاقة الخطية إلى أن تكون أقل كفاءة من الأنواع الأخرى ، لأنها تبدد الطاقة الزائدة مثل الحرارة. هذا يجعلها غير مناسبة للتطبيقات أو الأجهزة عالية الطاقة التي تحتاج إلى أن تكون فعالة في الطاقة. على الرغم من ذلك ، لا تزال إمدادات الطاقة الخطية شائعة الاستخدام في التطبيقات التي تكون فيها ضوضاء منخفضة وثبات عالٍ أمرًا بالغ الأهمية ، كما هو الحال في المعدات الصوتية الراقية أو أدوات المختبر.

Switch-Mode Supplies

A Switch-Mode Supply (SMPS) هو نوع أكثر تقدماً من إمدادات الطاقة يوفر كفاءة أكبر من إمدادات الطاقة الخطية. تعمل SMPs عن طريق تشغيل جهد الإدخال بسرعة وإيقافها عند الترددات العالية ، وذلك باستخدام عملية تعرف باسم تعديل عرض النبض (PWM) لتنظيم جهد الخرج.

SMPs لديها العديد من المزايا على إمدادات الطاقة الخطية. فهي أكثر كفاءة ، لأنها تولد حرارة أقل ويمكن تحويل الطاقة بسرعة أكبر. هذا يجعلها مثالية لتشغيل الأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر وأجهزة التلفزيون والهواتف الذكية ، والتي تتطلب مستوى عالٍ من كفاءة الطاقة. SMPs هي أيضا أصغر بكثير وأخف وزنا من إمدادات الطاقة الخطية ، وهو أمر مهم للأجهزة المحمولة.

على الرغم من مزاياها ، يمكن لـ SMPs توليد الضوضاء الكهربائية ، والتي قد تتداخل مع الإلكترونيات الحساسة. ومع ذلك ، يمكن تخفيف هذا في كثير من الأحيان مع التصميم والتصفية المناسبين.

الأنظمة التي تعمل بالبطارية

يتم استخدام إمدادات الطاقة التي تعمل بالطاقة البطارية في الأجهزة التي تتطلب التنقل وقابلية النقل ، مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والتكنولوجيا القابلة للارتداء. في هذه الأنظمة ، يتم تخزين الطاقة في بطارية وتستخدم لتشغيل الجهاز عند توصيله بمصدر طاقة خارجي غير ممكن. غالبًا ما تتضمن الأنظمة التي تعمل بالطاقة البطارية دائرة شحن تدير شحن البطارية وتفريغها.

تتمثل الميزة الرئيسية للأنظمة التي تعمل بالبطارية في الحاجة إلى إدارة الطاقة. يجب أن تضمن دائرة الشحن أن يتم شحن البطارية بأمان وكفاءة ، وأن يبقى جهد البطارية ضمن نطاق آمن. يمكن أن يؤدي الشحن الزائد أو تفريغ البطارية إلى ما وراء حدوده إلى أضرار أو يقلل من عمرها.

محولات AC/DC: قلب تحويل الطاقة

يتضمن جزء كبير من إمدادات الطاقة تحويل بالتناوب الحالي (AC) لتوجيه التيار (DC) أو العكس. هذا هو المكان محولات AC/DC تدخل في اللعب. تتطلب معظم الأجهزة الإلكترونية ، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر ، والهواتف الذكية ، وأجهزة التلفزيون ، طاقة التيار المستمر للعمل ، على الرغم من أنها مدعومة من منافذ التيار المتردد.

كيف يعمل تحويل AC/DC

يقدم مصدر طاقة التيار المتردد ، مثل الشبكة الكهربائية ، تيارًا بالتناوب ، مما يعني أن اتجاه التيار يعكس بشكل دوري. ومع ذلك ، فإن معظم الدوائر الإلكترونية تحتاج إلى تيار مباشر ، والذي يتدفق في اتجاه واحد. لتحويل التيار المتردد إلى العاصمة ، يتم استخدام عدة مكونات في مصدر الطاقة:

1. المقومات : الخطوة الأولى في تحويل AC/DC هي استخدام المقومات - Diodes التي تسمح للتيار بالتدفق فقط في اتجاه واحد. يسمح A نصف الموجة التيار بالتدفق في اتجاه واحد ، في حين يتيح مقوم الموجة الكاملة التدفق في كلا الاتجاهين ، مما ينتج عنه ناتج أكثر سلاسة.

2. المكثفات المرشح : بعد التصحيح ، لا يزال الناتج شكلاً من أشكال النبض DC ، وهو غير مناسب لمعظم الأجهزة الإلكترونية. لتهدئة التقلبات ، يتم استخدام المكثفات لتصفية التيار ، مما يوفر مخرجات DC أكثر استقرارًا.

3. منظمات الجهد : لضمان أن يكون الجهد ثابتًا وضمن نطاق محدد ، يتم استخدام منظمات الجهد . تراقب هذه الأجهزة جهد الخرج وضبطه حسب الحاجة للحفاظ عليه ضمن النطاق المطلوب.

والنتيجة هي جهد DC مستقر يمكنه تشغيل الأجهزة الإلكترونية بكفاءة وموثوقية.

تقنية العاكس: تحويل العاصمة إلى التيار المتردد

في حين أن معظم الأجهزة تتطلب طاقة التيار المستمر ، فإن بعض التطبيقات تتطلب طاقة التيار المتردد. هذا هو المكان الذي يأتي فيه inverters . inverter هو جهاز يحول قوة DC مرة أخرى إلى طاقة التيار المتردد ، والذي يستخدم عادة في تطبيقات مثل أنظمة الطاقة الشمسية ، وإمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS) ، وبعض أنواع الآلات الصناعية.

تعمل العاكسات باستخدام عملية مشابهة لتشغيل محولات AC/DC ، ولكن في الاتجاه المعاكس. يتم تشغيل وإيقاف جهد التيار المستمر أولاً ، مما يخلق تيارًا بالتناوب. بعد ذلك ، يتم ترشيح إشارة التيار المتردد هذه وتنظيمها لتوفير مخرجات التيار المتردد المستقر. عادة ما يتم تصميم العاكسات لتكون فعالة قدر الإمكان ، حيث يتم استخدامها غالبًا في التطبيقات التي يكون فيها الحفاظ على الطاقة مهمًا.

Transformers: جهد الجهد لأعلى أو لأسفل

A Transformer هو جهاز كهربائي يستخدم للتقدم أو التنحي في الجهد في دوائر التيار المتردد. تعمل المحولات على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي ، حيث يخلق تيار متناوب يتدفق من خلال ملف واحد من الأسلاك مجالًا مغناطيسيًا يحفز تيارًا في ملف ثانٍ من الأسلاك.

تعد المحولات مكونات أساسية في توزيع الطاقة ، لأنها تسمح بنقل الكهرباء الفعال على مسافات طويلة. عن طريق تكثيف الجهد ، تقلل المحولات خسائر الطاقة التي تحدث أثناء الإرسال. في الدوائر المحلية ، يمكن للمحولات أن تنحدر الجهد إلى مستويات آمنة للاستخدام المنزلي أو الصناعي.

في إمدادات الطاقة ، غالبًا ما يتم استخدام المحولات لتحويل AC عالية الجهد من شبكة الطاقة إلى جهد أقل مناسب لتشغيل الإلكترونيات. على سبيل المثال ، يحتوي محول الطاقة الذي يشحن على جهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بك على محول ينحدر إلى أسفل جهد التيار المتردد من منفذ الجدار (عادة 120 فولت أو 240 فولت) إلى جهد DC منخفض (مثل 19V) الذي يمكن أن يستخدمه الكمبيوتر المحمول.

الخلاصة: الدور الأساسي لمحولات الطاقة والمحولات

تعتبر إمدادات الطاقة ، ومحولات AC/DC ، والمحولات جزءًا لا يتجزأ من أداء الأجهزة الإلكترونية الحديثة. تضمن هذه المكونات أن تتلقى الأجهزة الجهد والتيار الصحيح للعمل بكفاءة وأمان وموثوقة. سواء أكان يعمل على تشغيل هاتف ذكي أو تنظيم الطاقة في آلة صناعية أو تحويل الطاقة لنظام الطاقة الشمسية ، فإن هذه الأنظمة تلعب دورًا حيويًا في جعل الإلكترونيات الحديثة تعمل بسلاسة.

مع استمرار التقدم في التقدم ، ستتطور إمدادات الطاقة والمحولات لتلبية متطلبات أجهزة أكثر فعالية في الطاقة ومحمولة وعالية الأداء. يعد فهم هذه الأنظمة ومكوناتها أمرًا بالغ الأهمية لأي شخص يشارك في الإلكترونيات ، من الهواة إلى المهندسين ، لأنها تشكل أساس كل جهاز إلكتروني تقريبًا نستخدمه اليوم.