أنواع واختيار مصادر الطاقة الثابتة للتيار المستمر

جهاز إلكتروني يمكنه توفير مصدر طاقة ثابت للتيار المستمر لحمل ما. معظم مصادر الطاقة لإمدادات الطاقة المستقرة بالتيار المستمر هي مصادر طاقة مترددة. عندما يتغير الجهد أو مقاومة الحمل لإمدادات الطاقة المترددة، فإن جهد خرج التيار المستمر للمنظم سيظل ثابتًا. مع تطور الأجهزة الإلكترونية نحو الدقة العالية والاستقرار العالي والموثوقية العالية، طرحت إمدادات الطاقة المستقرة بالتيار المستمر متطلبات أعلى لإمداد الأجهزة الإلكترونية بالطاقة.

 

أنواع واختيار مصادر الطاقة المستقرة للتيار المستمر:

 

1، مصدر طاقة ثابت تيار مستمر خطي

1) مصدر طاقة ثابت من سلسلة الترانزستور DC: يعمل مصدر الطاقة الثابت من سلسلة الترانزستور DC في حالة تضخيم خطي، مع سرعة استجابة سريعة، واستقرار الجهد العالي واستقرار الحمل، وجهد تموج الإخراج المنخفض، والضوضاء المنخفضة. من حيث تقنية الدائرة، تستخدم دائرة التحكم الخاصة بها مكونات أقل. لا توجد متطلبات خاصة لخصائص التبديل لأنبوب التنظيم والأداء عالي التردد للمرشح، مما يؤدي إلى موثوقية عالية.

 

من العيوب الخطيرة لمصدر الطاقة المنظم على التوالي هو كفاءته المنخفضة. لتحسين الكفاءة، من الضروري تقليل انخفاض الضغط على أنبوب التنظيم وتقليل الخسائر على أنبوب التنظيم. الحل: 1. الترانزستورات PNP وNPN متكاملة: عندما يكون تيار الطاقة الخارجة لمصدر طاقة منظم على التوالي مرتفعًا، يتم توصيل الترانزستور المعدل عادةً بترانزستور دارلينجتون المركب مع قطب جامع مشترك. نظرًا لنفس المعلمات الكهربائية للترانزستور، فإن الحفاظ على نفس عامل تضخيم التيار يقلل من انخفاض جهد جامع باعث منظم التركيبة المتصل التكميلي، وبالتالي تحسين كفاءة مصدر الطاقة. 2. طريقة التحيز: يعتمد انخفاض الجهد بين جامع وباعث أنبوب تركيبي جامع مشترك بشكل عام إلى حد ما على تيار التحيز. باستخدام طريقة توصيل التحيز، يمكن تحسين كفاءة الطاقة بشكل فعال عندما يكون تيار الخرج ثابتًا. 3. منظم جهد التبديل كضبط مسبق: عندما يكون الفرق بين جهد الدخل والخرج كبيرًا والتيار الخارجي كبير، فإن استخدام منظم جهد التبديل كضبط مسبق لمنظم جهد متسلسل يكون فعالًا أيضًا في تحسين كفاءة الطاقة. طريقة التنفيذ. يمكن أيضًا ضبط الضبط المسبق للمفتاح على الجانب الأساسي لمحول الطاقة.

 

2) تطوير منظمات الجهد الخطية المتكاملة: في السوق المبكرة، كان هناك العديد من الشركات المصنعة لمنظمات الجهد المتكاملة ذات الإنتاج الكبير ومجالات التطبيق الواسعة. وهي تنقسم بشكل أساسي إلى فئتين: منظمات الجهد المتكاملة أحادية الشريحة شبه الموصلة ومنظمات الجهد المتكاملة الهجينة. أشكال دوائرها وتغليفها ومواصفات الجهد والتيار متنوعة. يمكن تقسيم منظمات الجهد المتكاملة إلى جهد ثابت وقابل للتعديل وتتبع وعائم. ومع ذلك، وبغض النظر عن الشكل، فإنها تتكون عادةً من مصدر جهد مرجعي ومضخم مقارن وعنصر تنظيمي أي ترانزستور طاقة وبعض أشكال دائرة تحديد التيار. تحتوي بعض منظمات الجهد المتكاملة أيضًا على دوائر إيقاف منطقية داخلية ودوائر قطع حرارية. بالمقارنة مع منظمات الجهد المكونة من مكونات منفصلة، ​​تتمتع منظمات الجهد المتكاملة بمزايا كبيرة، بما في ذلك التكلفة المنخفضة والحجم الصغير والاستخدام المريح والأداء الجيد والموثوقية العالية.

 

3) تقنية إمداد الطاقة المستقرة بشبكة مصدر التيار المستمر: إن استخدام الطاقة المستقرة بشبكة التيار المستمر هو سمة من سمات إمدادات الطاقة المستقرة المتسلسلة الحالية. إن استخدام شبكة التيار المستمر يمكن أن يحسن بشكل فعال من استقرار مصدر الطاقة. تُستخدم شبكات التيار المستمر بشكل شائع لدمج منظمات الجهد. تتبنى منظمات الجهد المتسلسلة المكونة من مكونات منفصلة تقنية التيار المستمر بشكل متزايد. يمكن تحقيق التيار المستمر باستخدام مكونات مثل الترانزستورات والترانزستورات ذات التأثير الميداني وثنائيات التيار المستمر. من الأنسب استخدام ثنائيات التيار المستمر في منظمات الجهد المتسلسلة ذات المكونات المنفصلة.

 

2، تبديل مصدر الطاقة المستقر DC

يشير مصدر الطاقة المنظم بتيار مستمر من النوع المفتاحي إلى مصدر طاقة منظم بتيار مستمر تعمل مكونات تنظيم الطاقة فيه بطريقة "تشغيل" و"إيقاف". استخدمت مصادر الطاقة المستقرة بتيار مستمر ذات تبديل مكبر مغناطيسي مبكر الحالات "المشبعة" و"غير المشبعة" للنواة الحديدية لأداء التحكم "بالتشغيل" و"إيقاف التشغيل". هذا مكبر مغناطيسي منخفض التردد. مصدر الطاقة المقوم المتحكم في طور الثايرستور الذي يظهر أثناء هذه العملية هو أيضًا نوع من مصدر طاقة التيار المستمر التبديلي. بعد ذلك، تطورت تقنية تحويل مصدر الطاقة التبديلي عالي التردد بسرعة، في إشارة بشكل أساسي إلى مصادر الطاقة المستقرة بتيار مستمر ذات تبديل عالي التردد في شكل محولات. في تسعينيات القرن العشرين، أصبحت تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة وPWM وغيرها من التقنيات ناضجة بشكل متزايد، وأصبحت مصادر طاقة التبديل بالتيار المستمر ومصادر طاقة التبديل بالتيار المتردد اللاعبين المهيمنين في السوق. تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة هي تخصص يستخدم تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة للتحكم في الطاقة الكهربائية وتحويلها. وهي تشمل ثلاثة أجزاء: أجهزة إلكترونية للطاقة ودوائر محول ودوائر تحكم. إنه مجال متعدد التخصصات بين تقنيات الهندسة الكهربائية الرئيسية الثلاث وهي الطاقة والإلكترونيات والتحكم. مع تطور العلوم والتكنولوجيا، تطورت تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة تدريجيًا إلى تخصص تقني شامل مع تسلل متعدد التخصصات بسبب ارتباطها الوثيق بنظرية التحكم الحديثة وعلوم المواد والهندسة الكهربائية وتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة والعديد من المجالات الأخرى.

 

1) عدم وجود محول تردد الطاقة: يعد التخلص من محولات تردد الطاقة واعتماد مدخلات التصحيح مباشرة من شبكة الطاقة إجراءً مهمًا لتقليل حجم ووزن إمدادات الطاقة التبديلية. أصبح غياب محولات تردد الطاقة سمة من سمات إمدادات الطاقة التبديلية المتقدمة المعاصرة. بالمقارنة مع مختلف إمدادات الطاقة المستقرة DC مع محولات تردد الطاقة، فإن المزايا البارزة لإمدادات الطاقة في وضع التبديل بدون محولات تردد الطاقة هي الحجم الصغير والوزن الخفيف والكفاءة العالية. أشكال الدوائر لإمدادات الطاقة في وضع التبديل متنوعة. من حيث تقنية التعديل، هناك تعديل عرض النبضة، وتعديل التردد، والتعديل الهجين، وما إلى ذلك، ومن بينها يشكل تعديل عرض النبضة الغالبية العظمى. في الوقت الحاضر، توجد إمدادات طاقة تبديل خالية تمامًا من المحولات ولا تتطلب حتى محولات عالية التردد. أكبر ميزة لإمداد الطاقة هذا هو أن حجمه أصغر بكثير من حجم إمدادات الطاقة في وضع التبديل الحالية بدون محولات تردد الطاقة، ولا توجد مكونات مثل المحولات الملفوفة. يمكن تصنيعه باستخدام تقنية الدوائر المتكاملة.

 

2) مصدر طاقة التبديل عالي التردد: من السمات المهمة لمصادر طاقة التبديل الحديثة الزيادة المستمرة في تردد التبديل. يتطور مصدر طاقة التبديل بالترانزستور أو مصدر طاقة التبديل بالثايرستور أو مصدر طاقة التبديل بالترانزستور ذي التأثير الميداني نحو التردد العالي. مع ظهور IGBTs و MOSFETs، زاد تردد تشغيل مصادر طاقة التبديل تدريجيًا من 20 كيلو هرتز النموذجي المبكر إلى نطاق ميغا هرتز أو حتى نطاق جيجا هرتز.

 

3) تكامل دوائر التحكم: كانت دوائر التحكم في إمدادات الطاقة التبديلية المبكرة تتكون من مكونات منفصلة. وبهذه الطريقة، يكون تصميم الدائرة معقدًا، وتكون عمليات التصحيح والصيانة مزعجة، مما يؤثر على الترويج لتطبيق إمدادات الطاقة في وضع التبديل. من أجل التكيف مع التطور السريع لإمدادات الطاقة في وضع التبديل، تم تطوير دوائر التحكم في إمدادات الطاقة في وضع التبديل المتكاملة بنجاح، وأصبحت وظائفها كاملة بشكل متزايد. يعمل تكامل دائرة التحكم في إمدادات الطاقة في وضع التبديل على تبسيط تصميم إمدادات الطاقة في وضع التبديل بشكل كبير، وتحسين الأداء الكهربائي وموثوقية إمدادات الطاقة في وضع التبديل، ويكون حجمها صغيرًا، مما يقلل التكاليف.

 

4) التردد العالي للمكونات الرئيسية: من أجل التكيف مع التطور السريع لإمدادات الطاقة التبديلية، تتطور المكونات الرئيسية المستخدمة في إمدادات الطاقة التبديلية بسرعة أيضًا، وهدفها الرئيسي هو تحقيق التردد العالي. أحرزت مكونات التبديل في إمدادات الطاقة التبديلية - ترانزستورات الطاقة، والثايرستورات، وترانزستورات التأثير الميداني - تقدمًا في زيادة تردد التشغيل. ومع ذلك، فإن الأكثر لفتًا للانتباه هو ظهور ترانزستورات IGBT المركبة لترانزستور الطاقة وترانزستورات التأثير الميداني MOSFET، والتي لا تزيد تردد التبديل إلى 1 ميجا هرتز -1 جيجا هرتز فحسب، بل تتمتع أيضًا بمزايا خاصة مثل خصائص التبديل الجيدة، وقوة الدفع المطلوبة المنخفضة، وعدم وجود تآكل ثانوي، والقدرة على منع الهروب الحراري. بالإضافة إلى ذلك، أدى ظهور حواجز شوتكي ذات التيار العالي إلى تحسين كفاءة تصحيح إمدادات الطاقة التبديلية ذات التيار العالي ذات الجهد المنخفض بشكل كبير. تتمتع بمزايا سرعة التبديل السريعة، ووقت الاسترداد العكسي القصير، وانخفاض الجهد الأمامي الصغير. أثناء عملية الترشيح، يجب أيضًا تطوير المكثفات والأجهزة الأخرى من حيث المواد والبنية والتكنولوجيا لتلبية متطلبات التردد العالي لإمدادات الطاقة التبديلية.

 

5) التحكم الرقمي الكامل: لقد مر التحكم في إمدادات الطاقة التبديلية بالتحكم التناظري والتحكم التناظري والرقمي المختلط، ودخل الآن مرحلة التحكم الرقمي الكامل. يعد التحكم الرقمي الكامل اتجاهًا جديدًا للتطور تم تطبيقه في العديد من أجهزة تحويل الطاقة. ومع ذلك، في الماضي، كان تطبيق التحكم الرقمي محدودًا نسبيًا في محولات DC / DC. على مر السنين، تم تطوير شرائح التحكم الرقمية الكاملة عالية الأداء لإمدادات الطاقة التبديلية، كما تم خفض التكلفة إلى مستوى معقول نسبيًا. طورت العديد من الشركات في أوروبا والولايات المتحدة وصنعت شرائح التحكم الرقمية والبرامج لمحولات التبديل. تتمثل ميزة التحكم الرقمي الكامل في أنه يمكن معايرة الإشارات الرقمية بكميات أصغر من الإشارات الرقمية التناظرية المختلطة، كما أن سعر الشريحة أرخص. يمكن تصحيح خطأ استشعار التيار رقميًا بدقة، مما يجعل استشعار الجهد أكثر دقة. يمكن تحقيق تصميم تحكم سريع ومرن.