ما هو الطريقة المستخدمة للحفاظ على جهد ثابت في مصدر الجهد؟

طرق الحفاظ على الجهد الثابت في مصدر الجهد

يتم تحقيق الحفاظ على جهد ثابت في مصدر الجهد من خلال استخدام مراقبات الجهد. تضمن مراقبات الجهد أن يظل الجهد الخرج مستقرًا رغم التغيرات في الحمل، أو التقلبات في الجهد الداخل، أو الظروف البيئية. فيما يلي بعض الطرق الشائعة للحفاظ على جهد ثابت ومبادئ عملها:

1. المراقب الخطي

مبدأ العمل: يقوم المراقب الخطي بضبط مستوى التوصيل للمُنتِج الداخلي لتفرغ الفائض من الجهد على شكل حرارة، مما يحافظ على جهد خرج ثابت. يعمل كمقاوم متغير، حيث يتم ضبط مقاومته تلقائيًا بناءً على تغيرات الحمل للحفاظ على استقرار الجهد الخرج.

المزايا:

• بسيط الاستخدام مع تصميم دائرة بسيط.

• يوفر جهد خرج ناعم وذو ضوضاء منخفضة.

العيوب:

• كفاءة منخفضة، خاصة عندما يكون الجهد الداخل أعلى بكثير من الجهد الخارج، حيث يتم إهدار الكثير من الطاقة على شكل حرارة.

• يتطلب إدارة حرارية جيدة بسبب توليد الحرارة.

• تطبيقات نموذجية: مناسبة لدوائر حساسة للضوضاء مثل الأجهزة الصوتية والأجهزة المستشعرة الدقيقة.

2. المراقب التحويلي 

مبدأ العمل: يستخدم المراقب التحويلي التحويل السريع (عادة باستخدام MOSFETs أو BJTs) لتحكم في تدفق التيار، حيث يتم تحويل الجهد الداخل إلى شكل موجي نبضي. ثم يتم تنعيم هذا الشكل الموجي بواسطة مرشح لإنتاج جهد خرج مستقر DC. يمكن لمراقبات التحويل رفع (Boost)، أو خفض (Buck)، أو كلاهما (Buck-Boost) الجهد حسب الحاجة.

المزايا:

• كفاءة عالية، تتراوح عادة بين 80% و95%，看起来我犯了一个小错误，继续翻译成阿拉伯语：

• كفاءة عالية، تتراوح عادة بين 80% و95%، خاصة عندما يكون هناك فرق كبير بين الجهد الداخل والجهد الخارج.

• قادرة على التعامل مع نطاق واسع من مستويات الطاقة، مناسبة للتطبيقات ذات الطاقة العالية.

العيوب:

• تصميم دائرة أكثر تعقيدًا، مما يجعله أصعب في التنفيذ والتصحيح.

• قد يحتوي الجهد الخارج على بعض الرفرفة والضوضاء، مما يتطلب تنقية إضافية.

• توليد تداخل كهرومغناطيسي (EMI) عند استخدام ترددات تحويل عالية.

• تطبيقات نموذجية: مناسبة للتطبيقات ذات الكفاءة العالية والطاقة العالية مثل محولات الطاقة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأنظمة الشحن للمركبات الكهربائية.

3. المراقب المتوازي

مبدأ العمل: يقوم المراقب المتوازي بتخفيض التيار الزائد عن طريق توصيل مكون (مثل ثنائي زينر أو مراقب جهد) بالتوازي بين الجهد المرجعي والجهد الخارج، مما يحافظ على جهد خرج ثابت. غالبًا ما يتم استخدامه في دوائر التنظيم البسيطة ذات الجهد المنخفض.

المزايا:

• تصميم دائرة بسيط ومنخفض التكلفة.

• مناسب للتطبيقات ذات الطاقة المنخفضة والتيار الصغير.

العيوب:

• كفاءة منخفضة، حيث يتم تبدد التيار الزائد على شكل حرارة.

• محدودة للتغيرات الصغيرة في الحمل.

• تطبيقات نموذجية: مناسبة لمصادر الجهد المرجعي البسيطة أو الدوائر ذات الطاقة المنخفضة.

4. دائرة التحكم بالتغذية الراجعة

مبدأ العمل: تستخدم العديد من مراقبات الجهد دائرة تغذية راجعة لمراقبة الجهد الخارج وتعديل سلوك المراقب بناءً على أي انحرافات. تقوم دائرة التغذية الراجعة بمقارنة الجهد الخارج بالجهد المرجعي، مما ينتج إشارة خطأ تعدل جهد المراقب. تعمل هذه النظام ذو الحلقة المغلقة على تحسين دقة المراقب وسرعة الاستجابة.

المزايا:

• تعزز دقة واستقرار المراقب.

• تستجيب بسرعة للتغيرات في الحمل والتقلبات في الجهد الداخل.

العيوب:

• تصميم دائرة أكثر تعقيدًا، مما يجعله أصعب في التنفيذ والتصحيح.

• يتطلب تصميمًا دقيقًا لتجنب التذبذب أو عدم الاستقرار.

• تطبيقات نموذجية: يتم استخدامها بشكل واسع في أنواع مختلفة من المراقبات لتحسين الأداء والموثوقية.

5. نظام إدارة البطاريات (BMS)

مبدأ العمل: بالنسبة للأنظمة التي تعمل بالبطاريات، يقوم نظام إدارة البطاريات (BMS) بمراقبة معلمات مثل جهد البطارية والتيار والدرجة الحرارة، ويقوم بتنظيم عملية الشحن والتفريغ بطريقة ذكية للحفاظ على جهد البطارية ضمن نطاق آمن. كما يمنع BMS الشحن الزائد والتفريغ الزائد والتسخين الزائد، مما يزيد من عمر البطارية.

المزايا:

• يحمي البطارية ويزيد من عمرها.

• يتحكم بدقة في عملية شحن وتفريغ البطارية للحفاظ على جهد ثابت.

العيوب:

• يُطبق بشكل أساسي على الأنظمة التي تعمل بالبطاريات وليس على أنواع أخرى من مصادر الطاقة.

• تطبيقات نموذجية: مناسبة لأنظمة البطاريات القابلة للشحن مثل بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الرصاص الحمضية، والتي توجد بشكل شائع في السيارات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية المحمولة.

6. مرجع الجهد

مبدأ العمل: هو دائرة توفر مرجع جهد مستقر للغاية، عادةً باستخدام تقنية مرجع الفجوة. يحافظ على دقة عالية واستقرار عالي على مدى واسع من درجات الحرارة والأجهزة الداخلة.

المزايا:

• دقة عالية مع معاملات حرارية منخفضة واستقرار طويل الأمد ممتاز.

• مناسب للتطبيقات التي تتطلب مراجع جهد عالية الدقة.

العيوب:

• عادةً ما يوفر تيارات صغيرة فقط، غير مناسبة للتطبيقات ذات الطاقة العالية.

• تطبيقات نموذجية: مناسبة للتطبيقات التي تتطلب مراجع جهد عالية الدقة، مثل المحولات الرقمية/القياسية (ADC/DAC) وأجهزة القياس الدقيقة.

7. المحول والمصلح

مبدأ العمل: في أنظمة الطاقة المتناوبة، يقوم المحول بتحويل الجهد الداخل إلى الجهد الخارج المطلوب، بينما يقوم المصلح بتحويل الجهد المتناوب إلى جهد مستمر. للحفاظ على جهد خرج مستمر ثابت، غالبًا ما يتم إضافة مرشحات ومراقبات بعد المصلح.

المزايا:

• مناسب لتحويل الجهد في أنظمة الطاقة المتناوبة.

• تصميم بسيط واقتصادي.

العيوب:

• يعتمد الجهد الخارج على التقلبات في الجهد الداخل، مما يتطلب تنظيمًا إضافيًا.

• حجم أكبر، غير مناسب للأجهزة المحمولة.

• تطبيقات نموذجية: مناسبة للأجهزة المنزلية والمعدات الصناعية في أنظمة الطاقة المتناوبة.

ملخص

اختيار طريقة التنظيم المناسبة للجهد يعتمد على متطلبات التطبيق الخاصة، بما في ذلك احتياجات الطاقة والكفاءة والدقة والتكلفة والظروف البيئية. المراقبات الخطية مناسبة للتطبيقات ذات الضوضاء المنخفضة والطاقة المنخفضة؛ المراقبات التحويلية مثالية للتطبيقات ذات الكفاءة العالية والطاقة العالية؛ المراقبات المتوازية مناسبة للتطبيقات البسيطة والطاقة المنخفضة؛ دوائر التحكم بالتغذية الراجعة تعزز دقة المراقب وسرعة الاستجابة؛ أنظمة إدارة البطاريات مصممة للأنظمة التي تعمل بالبطاريات؛ مراجع الجهد تستخدم لمراجع الجهد عالية الدقة؛ والمحولات والمصلحات تستخدم لتحويل الجهد في أنظمة الطاقة المتناوبة.