מהו השיטה המשמשת כדי לשמור על מתח קבוע במקור מתח?

שיטות שמירה על מתח קבוע במקור מתח

שמירה על מתח קבוע במקור מתח מתבצעת באמצעות משקפי מתח. משקפי מתח מבטיחים שהמתח החיצוני יישאר יציב למרות שינויים בעומס, תנודות במתח הקלט או בתנאים סביבתיים. להלן מספר שיטות נפוצות לשמירה על מתח קבוע והעקרונות שלהם:

1. משקף ליניארי

עקרון פעולה: משקף ליניארי מכוונן את רמת ההולכה של טרנזיסטור פנימי כדי להפוך עודף מתח לחום, ובכך לשמור על מתח חיצוני קבוע. הוא פועל כמו נגד משתנה, המכוון אוטומטית את התנגדותו בהתאם לשינויים בעומס כדי לשמור על מתח חיצוני יציב.

יתרונות:

• שימוש פשוט עם תכנון מעגל פשוט.

• מספק מתח חיצוני חלק מאוד וקטן ברעש.

חסרונות:

• יעילות נמוכה, במיוחד כאשר המתח הקלט גבוה משמעותית מהמתח החיצוני, כיוון שהרבה אנרגיה הולכת לאיבוד כחום.

• דורש ניהול טרמי טוב עקב יצירה של חום.

• יישומים טיפוסיים: מתאים למעגלי רעש רגישים כגון ציוד אודיו ומדידות מדויקות.

2. משקף מתנדנד 

עקרון פעולה: משקף מתנדנד משתמש בהילוך מהיר (בדרך כלל עם MOSFETs או BJTs) כדי לשלוט בנוזל, הממיר את המתח הקלט לגל מרובע. גל זה מתקדם על ידי מסנן כדי לייצר מתח DC יציב. משקפי מתנדנד יכולים להעלות (Boost), להוריד (Buck) או לשני אלה (Buck-Boost) את המתח לפי הצורך.

יתרונות:

• יעילות גבוהה, בדרך כלל בין 80% ל-95%, במיוחד כאשר יש הבדל גדול בין המתח הקלט למתח החיצוני.

• יכול להתמודד עם טווח רחב של רמות כוח, מתאים ליישומים בעלי כוח גבוה.

חסרונות:

• עיצוב מעגל מורכב יותר, מה שהופך אותו קשה יותר ליישום ולמציאת באגים.

• המתח החיצוני עשוי להכיל קצת ריפל ורעש, המחייב מסננת נוספת.

• תדרים גבוהים יותר של מתנדנד יכולים ליצור הפרעה אלקטרומגנטית (EMI).

• יישומים טיפוסיים: מתאים ליישומי כוח גבוה ואיכותיים כמו מותגי כוח למחשבים ניידים ומערכות טעינה לרכב חשמלי.

3. משקף מקביל

עקרון פעולה: משקף מקביל סופג זרם עודף על ידי חיבור רכיב (כמו דיודה זנר או משקף מתח) במקביל בין מתח chiếu ולבין מתח החיצוני, ובכך שומר על מתח חיצוני קבוע. הוא משמש לעתים קרובות במעגלי רגולציה פשוטים במתח נמוך.

יתרונות:

• עיצוב מעגל פשוט וזול.

• מתאים ליישומים בעומס נמוך וזרם קטן.

חסרונות:

• יעילות נמוכה, כיוון שהזרם עודף הולך לאיבוד כחום.

• מוגבל לשינויים קטנים בעומס.

• יישומים טיפוסיים: מתאים למקורות מתח chiếu פשוטים או מעגלי כוח נמוך.

4. מעגל בקרה משוב

עקרון פעולה: רבים מהמשקפי מתח משתמשים במעגל בקרה משוב כדי לתעד את המתח החיצוני ולהתאים את התנהגות המשקף בהתאם לכל סטיות. המעגל המשוב משויך את המתח החיצוני למתח chiếu, מייצר אות שגיאה שמשתנה את המתח החיצוני של המשקף. מערכת הסגור הזו משפרת את דיוק המשקף וזמן התגובה שלו.

יתרונות:

• משפר את הדיוק והיציבות של המשקף.

• מגיב במהירות לשינויים בעומס ותנודות במתח הקלט.

חסרונות:

• עיצוב מעגל מורכב יותר, מה שהופך אותו קשה יותר ליישום ולמציאת באגים.

• דורש תכנון זהיר כדי למנוע תנודות או אי יציבות.

• יישומים טיפוסיים: בשימוש נרחב במשקי מתח שונים כדי לשפר את הביצועים והאמינות.

5. מערכת ניהול סוללה (BMS)

עקרון פעולה: עבור מערכות המופעלות על ידי סוללות, מערכת ניהול סוללה (BMS) מוניטרת פרמטרים כגון מתח הסוללה, זרם וטמפרטורה, ומגנה בצורה חכמה על תהליכי טעינה ופריקה כדי לשמור על מתח הסוללה בתחום בטוח. המערכת גם מונעת טעינה יתר, פריקה יתר וטמפרטורה גבוהה, מאריכה את חיי הסוללה.

יתרונות:

• מגן על הסוללה ומאריך את חייה.

• מגנה באופן מדויק על תהליכי טעינה ופריקה של הסוללה כדי לשמור על מתח יציב.

חסרונות:

• החלפתית רק למערכות המופעלות על ידי סוללות, לא עבור סוגים אחרים של מקורות כוח.

• יישומים טיפוסיים: מתאימה למערכות סוללות טעינה מחדש כגון סוללות ליתיום-יון וסוללות עופרת חומצה, הנמצאות באופן נפוץ ברכבי חשמל ומכשירים אלקטרוניים ניידים.

6. מתח chiếu

עקרון פעולה: מתח chiếu הוא מעגל המספק מתח chiếu יציב מאוד, בדרך כלל באמצעות טכנולוגיית מתח מחסום. הוא שומר על דיוק ויציבות גבוהים לאורך טווח רחב של טמפרטורות ומתח קלט.

יתרונות:

• דיוק גבוה עם מקדמים נמוכים של טמפרטורה ויציבות ארוכת טווח מצוינת.

• מתאים ליישומים הדורשים מתח chiếu מדויק.

חסרונות:

• מספק בדרך כלל זרמים קטנים, בלתי מתאים ליישומים בעלי כוח גבוה.

• יישומים טיפוסיים: מתאימה ליישומים הדורשים מתח chiếu מדויק, כגון ממירים AD/DA ומכשירי מדידה מדויקים.

7. טרנספורטר ומלטש

עקרון פעולה: במערכות כוח חילופין, טרנספורטר ממיר את מתח הקלט למתח החיצוני הרצוי, ומלטש ממיר את מתח החילופין למתח ישר. כדי לשמור על מתח ישר יציב, מוסיפים לעיתים קרובות מסננים ומשקפי מתח אחרי המלתש.

יתרונות:

• מתאים להמרה של מתח במערכות כוח חילופין.

• עיצוב פשוט וזול.

חסרונות:

• המתח החיצוני רגיש לתנודות במתח הקלט, המחייבות רגולציה נוספת.

• גודל גדול, בלתי מתאים למכשירים ניידים.

• יישומים טיפוסיים: מתאימים למכשירי בית וציוד תעשייתי במערכות כוח חילופין.

סיכום

בחירת שיטת רגולציה של מתח מתאימה תלויה בדרישות היישום הספציפיות, כולל צרכים באנרגיה, יעילות, דיוק, מחיר ותנאים סביבתיים. משקפי ליניארי מתאימים ליישומים בעלי רעש נמוך ועומס נמוך; משקפי מתנדנד מתאימים ליישומים בעלי יעילות גבוהה ועומס גבוה; משקפי מקביל מתאימים ליישומים פשוטים בעומס נמוך; מעגלי בקרה משוב משפרים את דיוק המשקף ומהירות התגובה; מערכות ניהול סוללה מיועדות למערכות המופעלות על ידי סוללות; מתחים מתייחסים לשימוש במתחים מדויקים; וטרנספורטרים ומלטשים משמשים להמרה של מתח במערכות כוח חילופין.