على 28/08/2024 292

لوازم الطاقة الخطية

في عالم الإلكترونيات ، فإن إمدادات الطاقة هي الأجهزة التي تتأكد من أن كل شيء يعمل بسلاسة وصحيح.من بين الأنواع المختلفة المتاحة ، تشتهر إمدادات الطاقة الخطية بتوفير تدفق مستمر وموثوق للكهرباء مع ضوضاء ضئيلة للغاية.ستشرح هذه المقالة كيف تعمل لوازم الطاقة الخطية ، وأجزاء الأجزاء التي تصنعها ، وحيث تكون مفيدة للغاية.سنقارنها أيضًا بأنواع أخرى من مستلزمات الطاقة ، مما يساعدك على فهم سبب اختيارها في مواقف معينة ، على الرغم من توفر خيارات أحدث وأكثر كفاءة في الطاقة.

كتالوج

الشكل 1: مصدر الطاقة الخطي

ما هو مصدر الطاقة الخطي؟

مصدر الطاقة الخطي هو نوع من جهاز الطاقة الذي يوفر إخراج الجهد الثابت والمتسق عن طريق ضبط المقاومة باستمرار.تتجنب هذه الطريقة استخدام التبديل السريع ، مما يجعلها أكثر بساطة ومثالية لتقديم الطاقة النظيفة والموثوقة لمختلف الأجهزة الإلكترونية.

تبدأ العملية بنظام التغذية المرتدة الذي يتحقق باستمرار من جهد الإخراج.تتم مقارنة هذا الجهد بجهد مرجعي محدد باستخدام مكبر للصوت التفاضلي ، وهي دائرة تساعد على ضمان الدقة.إذا كان جهد الإخراج مختلفًا عن المرجع ، فإن مكبر الصوت يولد إشارة لتصحيح الفرق.تتحكم هذه الإشارة في جزء يسمى عنصر المرور ، والذي يمكن أن يكون ترانزستورًا أو ترانزستورًا للنتيجة الحقل (FET).يعمل عنصر المرور مثل المقاوم المتغير ، وضبط مقاومته للحفاظ على الجهد في المستوى الأيمن.

على سبيل المثال ، في حالة زيادة جهد الإدخال ، يزيد عنصر المرور من مقاومته لمنع الجهد الناتج من الارتفاع.من ناحية أخرى ، إذا انخفض جهد الإدخال ، فإن عنصر المرور يقلل من مقاومته للسماح بمزيد من التيار ، مما يضمن أن يبقى جهد الخرج مستقرًا.

يضمن هذا التعديل المستمر أن يوفر مصدر الطاقة جهدًا ثابتًا ، حتى عندما يتغير جهد الإدخال أو الحمل.إن بساطة مصدر الطاقة الخطي تجعلها موثوقة وتنتج ضوضاء كهربائية قليلة جدًا ، وهو مفيد للأجهزة التي تحتاج إلى طاقة مستقرة.ومع ذلك ، فإن هذا النوع من إمدادات الطاقة أقل كفاءة بشكل عام لأن الطاقة الإضافية يتم إطلاقها كحرارة ، مما يعني أنه قد يحتاج إلى أنظمة تبريد أكبر واستخدام المزيد من الطاقة.

مكونات مصدر الطاقة الخطي

الشكل 2: مكونات مصدر الطاقة الخطي

محول إدخال إمداد الطاقة

في مصدر الطاقة الخطي ، يكون المحول هو المكون الأول الذي يتفاعل مع طاقة التيار المتردد من التيار الكهربائي.وظيفتها الرئيسية هي تغيير الجهد إلى مستوى مناسب للجهاز ، إما عن طريق خفضه (وهو أكثر شيوعًا) أو زيادة ذلك ، اعتمادًا على احتياجات الجهاز.يوفر المحول أيضًا الحماية عن طريق فصل إمدادات الطاقة عن التيار الكهربائي ، مما يقلل من خطر المخاطر الكهربائية.في تطبيقات الطاقة الأعلى ، يمكن أن يكون المحول كبيرًا جدًا ، مما يزيد من الحجم الكلي ووزن مصدر الطاقة.اعتمادًا على كيفية تصميم إمدادات الطاقة ، يمكن أن يكون المحول لفات ثانوية أو أكثر لإنتاج الفولتية الإخراج المختلفة.

المقوم

بمجرد تعديل المحول الجهد ، يجب تحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة DC ، والتي يتم ذلك بواسطة المقوم.يعد المقوم جزءًا مهمًا من مصدر الطاقة ، ويأتي في إعدادات مختلفة. تصحيح نصف الموجة يستخدم الصمام الثنائي واحد لتحويل نصف دورة AC فقط إلى العاصمة ، مما يجعله أقل كفاءة وإنتاج المزيد من التقلبات في الإخراج ، والتي يصعب تجنبها. تصحيح الموجة الكاملة هو أكثر كفاءة ويستخدم كل من نصفي دورة التيار المتردد.يمكن القيام بذلك باستخدام محول مستغل المركزية واثنين من الثنائيات أو مع إعداد مقوم الجسر الذي يستخدم أربعة ثنائيات.يتم استخدام مقوم الجسر بشكل أكثر شيوعًا في التصميمات الحديثة لأنه أكثر كفاءة.عادة ما تستخدم المقومات الحديثة ثنائيات أشباه الموصلات مثل PN Junction Diodes أو Schottky Diodes.غالبًا ما يتم اختيار ثنائيات Schottky لأنها تفقد جهدًا أقل عندما يمر التيار من خلالها ، مما يجعلها أكثر كفاءة ، على الرغم من أنها قد تسمح لبعض التيار بالتسرب والحصول على عتبة جهد أقل قبل انهيارها.

تكثف تجانس

بعد تحويل المقوم إلى التيار المتردد إلى العاصمة ، لا يكون المخرج ناعمًا تمامًا ويحتوي على تقلبات في الجهد غير المرغوب فيه لمعظم الدوائر الإلكترونية.يساعد مكثف التنعيم على حتى هذه التقلبات عن طريق الشحن خلال النقاط العالية من الشكل الموجي المصحح وإطلاق الشحنة عندما ينخفض ​​الشكل الموجي.هذا يساعد على حافظ على جهد العاصمة أكثر ثباتًا.على الرغم من أن المكثف يقلل إلى حد كبير من التقلبات ، إلا أنه لا يزيلها تمامًا.تعتمد قدرة المكثف على تقليل هذه التقلبات على حجمها وكمية التيار يتطلبها الحمل.

منظم الجهد

منظم الجهد هو المكون الرئيسي لمصدر الطاقة الخطي ، مما يضمن أن يبقى جهد الخرج ثابتًا حتى لو كان جهد الإدخال أو الحمل يتغير.هناك نوعان رئيسيان من المنظمين الخطيين: منظم التحويلة ومنظم السلسلة.

يعد منظم Shunt أقل شيوعًا ويعمل عن طريق وضع مكون متغير عبر الحمل ، والذي يمتص تيارًا إضافيًا للحفاظ على جهد الخرج ثابتًا.يتم استخدام هذا النوع من المنظم عند الحاجة إلى التحكم الدقيق للجهد ، على الرغم من أنه قد لا يكون فعالًا للغاية.نظرًا لانخفاض كفاءته ، يتم استخدامه عادةً فقط في حالات محددة.

منظم السلسلة هو النوع الأكثر استخدامًا من المنظم الخطي.في هذا الإعداد ، يتم وضع مقاومة متغيرة في سلسلة مع الحمل ، وضبط دائرة التحكم مقاومة للحفاظ على جهد الخرج المطلوب.تجعل بساطة وفعالية منظم السلسلة خيارًا شائعًا للعديد من تصميمات إمدادات الطاقة الخطية.يوفر التحكم الجيد في الجهد بتصميم مباشر نسبيًا ، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من الاستخدامات.

مزايا وعيوب إمدادات الطاقة الخطية

المزايا

تحتوي إمدادات الطاقة الخطية على العديد من الفوائد ، خاصة في الحالات التي يكون فيها الاستقرار والتشغيل الهادئ ضروريين.واحدة من الفوائد الرئيسية هي أنها تخلق ضوضاء قليلة جدا.على عكس تبديل إمدادات الطاقة التي تعمل على تشغيل التيار وإيقافها بسرعة ، فإن إمدادات الطاقة الخطية تبقي التيار يتدفق بشكل مطرد.هذا النقص في التبديل السريع يعني أنهم لا يخلقون الكثير من التداخل الكهرومغناطيسي ، مما يجعلها خيارًا جيدًا للأجهزة الإلكترونية الحساسة مثل أنظمة الصوت والمعدات الطبية والأدوات التي تحتاج إلى قياسات دقيقة.

فائدة أخرى هي أداء موثوق به.كانت إمدادات الطاقة الخطية موجودة منذ فترة طويلة ، وتقنيتها معروفة ويمكن الاعتماد عليها.نظرًا لأنهم استخدموا لسنوات عديدة ، فإن أدائهم متسق وفهم جيدًا.يمكن للمهندسين والمصممين الاعتماد على هذه الإمدادات للعمل باستمرار ، وهو أمر مفيد للغاية في المواقف التي تكون فيها الاعتماد أمرًا ضروريًا.

عيوب

ومع ذلك ، فإن إمدادات الطاقة الخطية لها بعض العيوب ، وخاصة عندما يتعلق الأمر بمدى استخدامها للطاقة وحجمها.واحدة من أكبر العيوب هي كفاءة منخفضة.عادةً ما تستخدم هذه الإمدادات حوالي 50 ٪ من طاقة الإدخال بشكل فعال ، مع إهدار النصف الآخر ، عادةً كحرارة.تحدث هذه الكفاءة المنخفضة لأن الإمداد يتحكم في الجهد من خلال التخلص من الطاقة الإضافية ، مما يضيع الكثير من الطاقة.

هذه الطاقة المهدرة تؤدي إلى مشكلة أخرى: توليد الحرارة .تخلق الطاقة غير المستخدمة الحرارة ، والتي يجب إدارتها للحفاظ على إمدادات الطاقة والأجهزة المتصلة من التالف.هذا يعني في كثير من الأحيان إضافة أجزاء إضافية مثل أحواض الحرارة أو مراوح التبريد ، والتي يمكن أن تجعل التصميم أكثر تعقيدًا وزيادة التكاليف.

أخيرًا ، إمدادات الطاقة الخطية أكبر وأثقل من تبديل إمدادات الطاقة.إنهم يحتاجون إلى محولات كبيرة لتقليل الجهد والأجزاء الإضافية لإدارة الحرارة ، مما يجعل إمدادات الطاقة هذه ضخمة.يمكن أن يكون هذا عيبًا كبيرًا في المواقف التي يكون فيها المساحة والوزن مهمة ، كما هو الحال في الأجهزة المحمولة أو المدمجة.

تطبيقات إمدادات الطاقة الخطية

الشكل 3: تطبيقات إمدادات الطاقة الخطية

تم اختيار إمدادات الطاقة الخطية ، على الرغم من أنها ليست موفرة للطاقة مثل نظرائهم في التبديل ، في مواقف محددة حيث يكون إنتاج الطاقة الثابت وخالي من الضوضاء ضروريًا.تعتبر إمدادات الطاقة هذه مفيدة بشكل خاص في البيئات التي يلزم فيها طاقة مستقرة ونظيفة دون الاضطرابات التي يمكن أن تأتي مع إمدادات الطاقة التبديل.

في المعدات الصوتية والبصرية ، تعتبر إمدادات الطاقة الخطية مفيدة للغاية لمكبرات الصوت عالية الجودة وأجهزة الصوت الحساسة.أنها توفر ناتج الجهد السلس وثابت ، وهو أمر مهم للحفاظ على جودة الصوت سليمة.يمكن أن تقدم إمدادات الطاقة في بعض الأحيان الضوضاء والمسامير التي قد تتداخل مع الإشارات الصوتية ، مما يؤدي إلى تشويه الصوت أو التداخل غير المرغوب فيه.ولهذا السبب ، تفضل إمدادات الطاقة الخطية في أنظمة الصوت الراقية حيث من المهم الحفاظ على جودة الصوت نقية وواضحة.

في معدات المختبر ، يكون وجود قوة ثابتة ودقيقة أمرًا مهمًا للغاية.أجهزة مثل إمدادات الطاقة المختبرية ، والتي يتم استخدامها لتوفير مخرجات الجهد الثابتة والدقة ، تعتمد غالبًا على التنظيم الخطي.يضمن الاستقرار الذي تقدمه إمدادات الطاقة الخطية أن الجهد لا يزال ثابتًا ، وهو أمر مهم للغاية في البيئات التجريبية والاختبار حيث يمكن أن تؤدي التغييرات الصغيرة إلى نتائج غير صحيحة.تم تصميم إمدادات الطاقة هذه لتوفير طاقة نظيفة خالية من الضوضاء ، وهو أمر مطلوب للقياسات والتجارب الحساسة التي تتطلب مستوى عالٍ من الدقة.

تم تصميم إمدادات الطاقة الخطية لتقديم جهد ثابت مع الحد الأدنى من الضوضاء ، مما يجعلها مثالية للحالات التي تؤثر فيها جودة الطاقة بشكل مباشر على مدى نجاح الجهاز.على الرغم من أنها قد لا تكون موفرة للطاقة مثل تبديل إمدادات الطاقة ، فإن قدرتها على توفير قوة مستقرة ونظيفة تجعلها مفيدة بشكل خاص في تطبيقات محددة حساسة للضوضاء.يوضح استخدامها في المعدات الصوتية والبصرية والمختبر كيف تلعب جودة الطاقة دورًا رئيسيًا في الحفاظ على الأداء والدقة في هذه الإعدادات.

مقارنة مع أنواع إمدادات الطاقة الأخرى

تُستخدم إمدادات الطاقة الخطية لتغيير الطاقة الكهربائية من شكل إلى آخر ، وعادة ما تتحول التيار المتناوب (AC) إلى تيار مباشر (DC).هناك عدة أنواع من إمدادات الطاقة ، ولكل منها خصائصها الخاصة:

الشكل 4: إمدادات الطاقة الخطية غير المنظمة

إمدادات الطاقة الخطية غير المنظمة هي النوع الأساسي.يقومون بتحويل التيار المتردد إلى العاصمة ولكن ليس لديهم أي ميزات إضافية للحفاظ على الجهد الثابت.هذا يعني أن جهد الإخراج يمكن أن يتغير إذا تغير جهد الإدخال أو إذا تغير كمية الطاقة المستخدمة (الحمل).إذا ارتفع جهد الإدخال ، فسوف يرتفع جهد الخرج أيضًا ، وإذا زاد الحمل ، فقد ينخفض ​​جهد الإخراج.ولهذا السبب ، فإن إمدادات الطاقة هذه ليست مثالية للأجهزة التي تحتاج إلى جهد مستقر للعمل بشكل صحيح.

الشكل 5: مصدر الطاقة الحديدي

تستخدم إمدادات الطاقة الحديدية تقنية خاصة تتضمن حقول مغناطيسية للحفاظ على جهد الخرج ثابتًا.يفعلون ذلك بمزيج من المحول ودائرة الرنين.تساعد الخواص المغناطيسية للمحول في الحفاظ على جهد إخراج ثابت ، حتى لو كان جهد الإدخال أو الحمل يتغير.تحتوي إمدادات الطاقة هذه أيضًا على حماية مدمجة ضد طفرات الطاقة المفاجئة ، مما يجعلها موثوقة في الأماكن التي لا يكون فيها مصدر الطاقة مستقرًا.ومع ذلك ، فهي عادة ما تكون كبيرة وثقيلة ، والتي يمكن أن تكون عيب في المواقف التي يهم الحجم والوزن.

الشكل 6: مصدر طاقة وضع التبديل (SMPs)

تم تصميم إمدادات طاقة وضع التبديل (SMPs) لتكون أكثر كفاءة من إمدادات الطاقة الخطية.إنها تعمل عن طريق تشغيل طاقة الإدخال بسرعة وإيقافها باستخدام المفاتيح الإلكترونية مثل الترانزستورات.تتيح لهم هذه الطريقة تحويل الطاقة بشكل أكثر كفاءة ، مما يعني أنها تنتج حرارة أقل ويمكن أن تكون أصغر وأخف وزنا.ومع ذلك ، نظرًا للتبديل عالي السرعة ، يمكن أن يخلق SMPs ضوضاء كهربائية ، والتي قد تتداخل مع الأجهزة الإلكترونية الأخرى القريبة.SMPs هي أيضا أكثر تعقيدا في التصميم ويمكن أن يكون من الصعب إصلاح إذا حدث خطأ ما.

خاتمة

لا تزال إمدادات الطاقة الخطية خيارًا في المواقف التي يكون فيها مصدر طاقة ثابت وخالي من الضوضاء مطلوبة بشدة.إن تصميمهم البسيط وأدائهم الذي يمكن الاعتماد عليه يجعلهم مفضلين في مجالات مثل معدات الصوت والاختبارات المعملية.ومع ذلك ، لديهم مفاضلات من حيث كفاءة الطاقة وحجمها ، لذلك من المهم التفكير فيما تستخدمه.عندما نقارن إمدادات الطاقة الخطية مع أنواع أخرى ، يصبح من الواضح أنه على الرغم من أنها قد لا تكون دائمًا الخيار الأكثر توفير للطاقة ، فإن قدرتها على تقديم قوة نظيفة ومتسقة تعني أنها لا تزال مفيدة في عالم التكنولوجيا اليوم.من خلال فهم هذه الاختلافات ، يمكنك اتخاذ قرارات أفضل عند اختيار مصدر الطاقة المناسب لتلبية احتياجاتك المحددة.

الأسئلة المتداولة [الأسئلة الشائعة]

1. أين يتم استخدام إمدادات الطاقة الخطية؟

تُستخدم إمدادات الطاقة الخطية بشكل شائع في البيئات التي تكون هناك حاجة ماسة إلى قوة مستقرة ومنخفضة الضوضاء.ويشمل ذلك معدات صوتية عالية الجودة ، والأجهزة الطبية ، وأدوات المختبر ، وأدوات القياس الدقيقة ، حيث يمكن أن تتداخل الضوضاء الكهربائية الصغيرة مع تشغيل أو دقة المعدات.

2. ما هي كفاءة إمدادات الطاقة الخطية؟

كفاءة مصدر الطاقة الخطية منخفضة بشكل عام ، وغالبًا ما تكون حوالي 50 ٪ أو أقل.وذلك لأن مصدر الطاقة ينظم الجهد عن طريق تبديد الطاقة الزائدة كحرارة ، مما يؤدي إلى فقدان كبير للطاقة.

3. ما هي مزايا وعيوب مصدر الطاقة الخطي؟

تتمثل الميزة الرئيسية لمصدر الطاقة الخطي في قدرتها على توفير قوة نظيفة ومستقرة ومنخفضة الضوضاء ، وهي مثالية للإلكترونيات الحساسة.تشمل العيوب انخفاض الكفاءة ، وحجم كبير بسبب الحاجة إلى تبديد الحرارة ، والطاقة الإضافية التي تضيع كحرارة.

4. ما هي عيوب منظم الجهد الخطي؟

تشمل عيوب منظم الجهد الخطي كفاءة منخفضة ، حيث إنها تضيع الكثير من الطاقة مثل الحرارة ، وعدم قدرتها على زيادة الجهد ، مما يعني أنه يمكن أن يقلل الجهد فقط من مستوى الإدخال.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتطلب أحواض حرارية كبيرة أو أنظمة تبريد لإدارة الحرارة المنتجة ، مما يجعلها ضخمة.

5. ما هو أكثر أنواع إمدادات الطاقة كفاءة؟

النوع الأكثر كفاءة من إمدادات الطاقة هو مزود طاقة وضع التبديل (SMPs).يستخدم التبديل عالي التردد لتحويل الطاقة مع الحد الأدنى من فقدان الطاقة ، مما يؤدي إلى كفاءة أعلى بكثير مقارنة بمزودات الطاقة الخطية.