سيتطلب كل جهاز كهربائي وإلكتروني نستخدمه في حياتنا اليومية مصدر طاقة. بشكل عام ، نستخدم مصدر تيار متردد يبلغ 230 فولت 50 هرتز ، ولكن يجب تغيير هذه الطاقة إلى الشكل المطلوب بالقيم المطلوبة أو نطاق الجهد لتوفير مصدر الطاقة لأنواع مختلفة من الأجهزة. هناك أنواع مختلفة من محولات الطاقة الإلكترونية مثل محول التنحي ، ومحول الزيادة ، ومثبت الجهد ، ومحول التيار المتردد إلى التيار المباشر ، ومحول التيار المستمر إلى التيار المتردد ، ومحول التيار المتردد إلى التيار المتردد ، وما إلى ذلك. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك المتحكمات الدقيقة المستخدمة بشكل متكرر لتطوير العديد المشاريع القائمة على الأنظمة المدمجة والأطقم المستخدمة في تطبيقات الوقت الفعلي. تتطلب وحدات التحكم الدقيقة هذه إمدادًا بجهد 5 فولت تيار مستمر ، لذلك يجب تحويل التيار المتردد 230 فولت إلى 5 فولت تيار مستمر باستخدام محول التدريجي في دائرة إمداد الطاقة الخاصة بهم.
دائرة إمداد الطاقة
حلبة محول التنحي
دائرة إمداد الطاقة ، يشير الاسم نفسه إلى أن هذه الدائرة تُستخدم لتزويد الطاقة للدوائر أو الأجهزة الكهربائية والإلكترونية الأخرى. هناك مختلف أنواع إمدادات الطاقة الدوائر على أساس الطاقة المستخدمة لتوفير الأجهزة. على سبيل المثال ، يتم استخدام الدوائر القائمة على وحدة التحكم الدقيقة ، وعادةً ما تكون دوائر إمداد الطاقة المنظمة بجهد 5 فولت تيار مستمر ، والتي يمكن تصميمها باستخدام تقنيات مختلفة لتحويل طاقة التيار المتردد 230 فولت المتاحة إلى طاقة 5 فولت تيار مستمر. بشكل عام ، تسمى المحولات ذات الجهد الناتج أقل من جهد الدخل كمحولات تنحي.
4 خطوات لتحويل 230 فولت تيار متردد إلى 5 فولت تيار مستمر
1. تنحى عن مستوى الجهد
تستخدم محولات التنحي لتحويل الجهد العالي إلى جهد منخفض. يسمى المحول بجهد خرج أقل من جهد الدخل كمحول تنحي ، ويسمى المحول بجهد خرج أكبر من جهد الدخل كمحول تصعيد. هناك محولات تصعيد وتنحي تُستخدم لتصعيد أو خفض مستويات الجهد. يتم تحويل 230V AC إلى 12V AC باستخدام محول تنحي. خرج 12V من محول التنحي هو قيمة RMS ويتم إعطاء قيمة الذروة من خلال منتج الجذر التربيعي لاثنين بقيمة RMS ، والتي تبلغ تقريبًا 17 فولت.
محول تنحى
يتكون المحول التدريجي من ملفين ، وهما الملفان الأولي والثانوي حيث يمكن تصميم الأساسي باستخدام سلك أقل قياسًا مع عدد أكبر من الدورات حيث يتم استخدامه لحمل طاقة الجهد العالي منخفضة التيار ، والملف الثانوي باستخدام سلك عالي القياس مع عدد أقل من الدورات حيث يتم استخدامه لحمل طاقة الجهد المنخفض ذات التيار العالي. تعمل المحولات على مبدأ قوانين فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.
2. تحويل AC إلى DC
يتم تحويل طاقة التيار المتردد 230 فولت إلى تيار متردد بجهد 12 فولت (حيث تبلغ قيمة الذروة حوالي 17 فولت) ، ولكن الطاقة المطلوبة هي 5 فولت تيار مستمر لهذا الغرض ، ويجب تحويل طاقة التيار المتردد 17 فولت بشكل أساسي إلى طاقة تيار مستمر ثم يمكن تنحيتها إلى 5V DC. لكن أولاً وقبل كل شيء ، يجب أن نعرف كيفية تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر؟ يمكن تحويل طاقة التيار المتردد إلى تيار مستمر باستخدام واحد من محولات الطاقة الإلكترونية يسمى المعدل. هناك أنواع مختلفة من المقومات ، مثل مقوم نصف الموجة ومعدل الموجة الكاملة ومعدل الجسر. نظرًا لمزايا مقوم الجسر على مقوم الموجة النصفية والكاملة ، يتم استخدام مقوم الجسر بشكل متكرر لتحويل التيار المتردد إلى التيار المستمر.
جسر المعدل
جسر المعدل يتكون من أربعة ثنائيات متصلة على شكل جسر. نحن نعلم أن الصمام الثنائي عبارة عن مقوم غير متحكم فيه سيؤدي فقط إلى التحيز الأمامي ولن يؤدي أثناء التحيز العكسي. إذا كان جهد أنود الصمام أكبر من جهد الكاثود ، يُقال أن الصمام الثنائي متحيز للأمام. خلال نصف الدورة الموجبة ، ستعمل الثنائيات D2 و D4 وخلال الثنائيات النصفية السلبية D1 و D3 ستجري. وبالتالي ، يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر هنا ، حيث لا يتم الحصول على تيار مستمر نقي لأنه يتكون من نبضات. ومن ثم ، يطلق عليه اسم طاقة التيار المستمر النابض. لكن انخفاض الجهد عبر الثنائيات هو (2 * 0.7 فولت) 1.4 فولت ، وبالتالي فإن ذروة الجهد عند خرج دائرة التجديد هذه هي 15 فولت (17-1.4) تقريبًا.
3. تنعيم التموجات باستخدام الفلتر
يمكن تنظيم 15V DC إلى 5V DC باستخدام محول تنحي ، ولكن قبل ذلك ، يلزم الحصول على طاقة DC نقية. ناتج جسر الصمام الثنائي هو تيار مستمر يتكون من تموجات تسمى أيضًا بالتيار المستمر النابض. يمكن ترشيح هذا التيار المستمر النابض باستخدام مرشح محث أو مرشح مكثف أو مرشح مقترن بمكثف ومقاوم لإزالة التموجات. ضع في اعتبارك مرشح مكثف يستخدم كثيرًا في معظم الحالات للتنعيم.
منقي
نحن نعلم أن المكثف هو عنصر لتخزين الطاقة. في الدائرة مكثف يخزن الطاقة بينما يزيد المدخلات من الصفر إلى قيمة الذروة ، وبينما ينخفض جهد الإمداد من قيمة الذروة إلى الصفر ، يبدأ المكثف في التفريغ. سيؤدي هذا الشحن والتفريغ للمكثف إلى تحويل التيار المستمر النابض إلى تيار مستمر خالص ، كما هو موضح في الشكل.
4. تنظيم 12V DC إلى 5V DC باستخدام منظم الجهد
يمكن تخفيض جهد 15V DC إلى جهد 5V DC باستخدام محول تنازلي DC يسمى منظم ضغط كهربي IC7805. يمثل أول رقمين '78' من منظم الجهد IC7805 سلسلة موجبة لمنظم الجهد ويمثل آخر رقمين '05' جهد الخرج لمنظم الجهد.
IC7805 مخطط كتلة داخلي لمنظم الجهد
يظهر مخطط كتلة منظم الجهد IC7805 في الشكل ويتكون من مضخم تشغيل يعمل كمضخم للخطأ ، الصمام الثنائي زينر يستخدم لتوفير مرجع الجهد ، كما هو موضح في الشكل.
زينر ديود كمرجع جهد
الترانزستور كعنصر تمرير تسلسلي يستخدم لتبديد الطاقة الإضافية كحماية للحرارة SOA (منطقة تشغيل آمنة) و بالوعة الحرارة تستخدم للحماية الحرارية في حالة الجهد الزائد للإمداد. بشكل عام ، يمكن لمنظم IC7805 أن يتحمل جهدًا يتراوح من 7.2 فولت إلى 35 فولت ويعطي أقصى قدر من الجهد 7.2 فولت وإذا تجاوز الجهد 7.2 فولت ، فهناك فقدان للطاقة على شكل حرارة. لحماية المنظم من الحرارة الزائدة ، يتم توفير الحماية الحرارية باستخدام المشتت الحراري. وبالتالي ، يتم الحصول على 5V DC من طاقة 230V AC.
يمكننا تحويل 230 فولت تيار متردد إلى 5 فولت تيار مستمر مباشرة دون استخدام محول ، ولكن قد نحتاج إلى ثنائيات عالية التصنيف ومكونات أخرى تعطي كفاءة أقل. إذا كان لدينا مصدر طاقة 230V DC ، فيمكننا تحويل 230V DC إلى 5V DC باستخدام محول باك DC-DC.
230 فولت إلى 5 فولت DC-DC محول باك:
لنبدأ بدائرة إمداد الطاقة التي تنظمها DC والمصممة باستخدام محول باك DC-DC. إذا كان لدينا مصدر طاقة 230V DC ، فيمكننا استخدام محول باك DC-DC لتحويل 230V DC إلى مزود طاقة 5V DC. يتكون محول باك DC-DC من مكثف ، MOSFET ، تحكم PWM ، الثنائيات والمحاثات. يظهر الهيكل الأساسي لمحول باك DC-DC في الشكل أدناه.
DC لتحويل DC باك
ينخفض الجهد عبر المحرِّض وتتناسب التغييرات في التيار الكهربائي المتدفق عبر الجهاز مع بعضها البعض. ومن ثم ، فإن محول باك يعمل على مبدأ الطاقة المخزنة في مغو. ال MOSFET أشباه الموصلات الطاقة أو IGBT المستخدم كعنصر تبديل يمكن استخدامه لتبديل دائرة محول باك بين حالتين مختلفتين عن طريق الإغلاق أو الفتح أو الإيقاف أو التشغيل باستخدام عنصر التبديل. إذا كان المفتاح في حالة تشغيل ، فسيتم إنشاء جهد عبر المحرِّض بسبب تيار الاندفاع الذي سيعارض جهد الإمداد ، وبالتالي يقلل جهد الخرج الناتج. نظرًا لأن الصمام الثنائي متحيزًا عكسيًا ، فلن يتدفق أي تيار عبر الصمام الثنائي.
إذا كان المفتاح مفتوحًا ، فإن التيار عبر المحث ينقطع فجأة ويبدأ الصمام الثنائي في التوصيل ، وبالتالي يتم توفير مسار عودة لتيار المحرِّض. يتم عكس انخفاض الجهد عبر المحرِّض النشط ، والذي يمكن اعتباره مصدرًا أوليًا لطاقة الخرج خلال دورة التبديل هذه ، ويرجع ذلك إلى هذا التغيير السريع في تدفق التيار. يتم تسليم الطاقة المخزنة للمحث باستمرار إلى الحمل ، وبالتالي سيبدأ تيار المحرِّض في الانخفاض حتى يرتفع التيار إلى قيمته السابقة أو إلى الحالة التالية. يؤدي استمرار توصيل الطاقة للحمل إلى انخفاض تيار المحرِّض حتى يرتفع التيار إلى قيمته السابقة. تسمى هذه الظاهرة بتموج الإخراج الذي يمكن تقليله إلى قيمة مقبولة باستخدام مكثف تجانس بالتوازي مع الإخراج. هكذا، محول DC-DC بمثابة محول تنحي.
DC إلى DC Step-down Converter باستخدام PWM Cotrol
يوضح الشكل مبدأ عمل محول التنحي من DC إلى DC الذي يتم التحكم فيه باستخدام مذبذب PWM للتبديل عالي التردد ويتم توصيل التغذية المرتدة بمضخم خطأ.
كل نظام مدمج قائم مشاريع الإلكترونيات تتطلب منظم جهد ثابتًا أو قابل للتعديل يستخدم لتوفير الإمداد المطلوب للدوائر أو المجموعات الكهربائية والإلكترونية. هناك العديد من منظمات الجهد الأوتوماتيكية المتقدمة القادرة على ضبط جهد الخرج تلقائيًا بناءً على معايير التطبيق. لمزيد من المساعدة الفنية فيما يتعلق بدائرة إمداد الطاقة ومحول التنحي ، يرجى نشر استفساراتك كتعليقات في قسم التعليقات أدناه.
