مبدأ عمل المُنظِّم التحويلي

المُنظِّمات التحويلية هي منظمات فعالة للجهد تتحكم في التيار عن طريق التحويل السريع لعناصر التبديل (مثل MOSFETs) وتحقيق تنظيم الجهد عبر مكونات تخزين الطاقة (مثل المكثفات أو الملفات). إليك شرح لكيفية عملها ومكوناتها الرئيسية:

1. تحكم عنصر التبديل

القلب الرئيسي للمُنظِّم التحويلي هو عنصر التبديل الذي يتحول بشكل دوري بين الحالة ON والحالة OFF. عندما يكون عنصر التبديل في الحالة ON، يتم نقل الجهد المدخل عبر عنصر التبديل إلى الملف؛ عندما يكون عنصر التبديل في الحالة OFF، يتم إجبار التيار في الملف على الاستمرار في التدفق عبر الثنائي (أو المستقيم المتزامن) في نهاية الخرج.

2. دور الملفات والمكثفات

• الملف: كمكون تخزين، يقوم بتخزين الطاقة عندما يكون عنصر التبديل موصلًا ويطلق الطاقة عندما يتم قطع عنصر التبديل.

• المكثف: متصل بالتوازي عند الخرج لتخفيف جهد الخرج وتقليل الاهتزاز الناجم عن انقطاع تيار الملف.

3. التحكم بالضخمة العرضية (PWM)

الضخمة العرضية (PWM) هي طريقة لتحكم في نسبة زمن التوصيل والقطع لعناصر التبديل. عن طريق ضبط نسبة الدورة (أي نسبة زمن التوصيل إلى زمن الدورة)، يمكن التحكم في سرعة تخزين وإطلاق الطاقة بواسطة الملف، وبالتالي تنظيم قيمة جهد الخرج.

4. الحلقة المرتدة

للحفاظ على استقرار جهد الخرج، عادة ما تتضمن المنظمات التحويلية نوع buck حلقة مرتدة. تقوم هذه الحلقة بمراقبة جهد الخرج ومقارنته بجهد مرجعي. إذا اختلف جهد الخرج عن القيمة المحددة، تقوم الحلقة المرتدة بضبط نسبة الدورة للإشارة PWM لزيادة أو تقليل نقل الطاقة بواسطة الملف، وبالتالي الحفاظ على استقرار جهد الخرج.

5. وضع العمل

• وضع التوصيل المستمر (CCM): تحت ظروف الحمل الثقيل، لا ينخفض التيار في الملف أبدًا إلى الصفر على مدى دورة التحويل بأكملها.

• وضع التوصيل غير المستمر (DCM): أو وضع Burst: تحت ظروف الحمل الخفيف أو عدم وجود حمل، قد يدخل المنظم هذه الأوضاع لتحسين الكفاءة وتقليل استهلاك الطاقة في حالة الخمول.

6. الكفاءة وإدارة الحرارة

نظرًا لأن عملية التحويل لعنصر التبديل ستنتج بعض الخسائر، فإن كفاءة المنظم التحويلي ليست 100٪. ومع ذلك، يمكن تحقيق تصاميم ذات كفاءة عالية من خلال تحسين اختيار عناصر التبديل وتقليل خسائر التحويل والموصلية. في نفس الوقت، من الضروري أيضًا اتخاذ تدابير إدارة حرارية مناسبة (مثل المبردات) لمنع الاحترار الزائد والحفاظ على موثوقية المنظم.

ملخص

تحقيقًا لتنظيم الجهد بكفاءة واستقرار، يستخدم المنظمات التحويلية الآلية المذكورة أعلاه، وهي تستخدم على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الإلكترونية مثل الكمبيوترات والأجهزة المحمولة والتلفزيونات وغيرها، مما يضمن أن تعمل هذه الأجهزة بشكل طبيعي تحت ظروف مختلفة لجهد المدخل.