انتقل إلى المحتوى

توبولوجيا الطاقة - التنظيم الخطي

يتم استخدام المنظم الخطي لتحويل جهد مصدر الإدخال المستقر أو غير المستقر إلى جهد إخراج مستقر. عند العمل العادي ، يمكن أن يظل جهد الإخراج ثابتًا حتى عند حدوث تقلبات كبيرة في جهد المدخل.

مبدأ المنظم الخطي

يتم تحكم معظم المنظمات الخطية بواسطة حلقة مغلقة. للحصول على الجهد الإخراج المطلوب ، يمكننا ضبط نسبة R1/R2 بحيث يكون جهد المدخل المعكوس للمكبر مساويًا لجهد المرجع \(V_{ref}\) على المدخل الموجب للمكبر. يعمل دور دائرة التغذية العكسية على الحفاظ على فرق الجهد بين المدخلين مساويًا للصفر.

يعتمد المبدأ على أنه إذا قلت الحمل / زاد الجهد المدخل ، فسيزداد جهد الإخراج ، وسيكون جهد المدخل المعكوس للمكبر أعلى من جهد المدخل الموجب \(V_{ref}\) ، وسيكون جهد المخرج للمكبر سالبًا ، وسيقل جهد قاعدة المفتاح الثنائي القابل للوصول إليه ، وبالتالي سيقل جهد الإخراج النهائي. وعلى العكس ، إذا زاد الحمل / قل الجهد المدخل ، فسينخفض جهد المدخل المعكوس للمكبر ، ويكون أقل من جهد المدخل الموجب \(V_{ref}\) ، وسيزداد جهد قاعدة المفتاح الثنائي القابل للوصول إليه ، مما يؤدي إلى زيادة جهد الإخراج لتعويض الانخفاض المفترض في جهد الإخراج. يمكن لدائرة التغذية العكسية ضبط التغيرات في الجهد الناتج الناجمة عن تغيرات في الجهد المدخل (تعديل الخط) وتغيرات الحمل (تعديل الحمل).

كفاءة المنظم الخطي

تشير كفاءة المنظم الخطي إلى نسبة الطاقة المنتجة على الجانب الإخراجي \(P_{out}\) إلى الطاقة المستهلكة على الجانب الإدخالي \(P_{in}\):

\[ η = \frac{P_{out}}{P_{in}} \]

حيث

\[ P_{out}=V_{out}*I_{out}, \]
\[ P_{in}=V_{in}*I_{in}, \]
\[ I_{in}=I_{out}+I_{q} \]

حيث \(I_{q}\) هو التيار الثابت في حالة عدم وجود حمل.

المنظم الخطي ذو الفروق المنخفضة - LDO

في المنظم الخطي العادي ، يتم استخدام الترانزستور ثنائي القطبية كمضخم تيار. نظرًا لتكوينه كدائرة دارلينجتون ، فإن هناك فروقًا معينة في الجهد.

إذا استخدمنا ترانزستور القناة المفتوحة بدلاً من الترانزستور ثنائي القطبية ، فسنحصل على ما يسمى بالمنظم الخطي ذو الفروق المنخفضة (Low Drop Output, LDO) ، والذي يتطلب فقط بضع مئات من الملليفولت من الفروق اللازمة.

نظرًا لأن الفروق اللازمة للترانزستور ذو القناة تعتمد فقط على جهد التوصيل الإيجابي له (يعادل \(R_{ds}*I_{load}\)) ، وعادةً ما يكون مقاومة التوصيل \(R_{ds}\) صغيرة جدًا ، فإن الفروق اللازمة أيضًا منخفضة جدًا.

المزايا والعيوب والتطبيقات

المزايا

  • تصميم دائرة بسيط ورخيص
  • تشويش منخفض على الجانب الإخراجي
  • عزل عالي للضوضاء
  • استجابة سريعة للتغيرات العابرة

العيوب

  • يتطلب فروقًا معينة للعمل كمنظم ، لذلك يمكن استخدامه فقط للتخفيض.
  • في حالة الفروق الكبيرة ، يكون الكفاءة العالية منخفضة نسبيًا ، وتتحول الخسائر إلى حرارة وتؤثر على استقرارية وموثوقية اللوحة.
  • الأداء الأعلى للطاقة ، حتى عندما لا تحتاج الدائرة المحملة إلى تيار كبير. النتيجة هي أن جميع المكونات تعمل بأحمال كاملة حتى عندما لا يكون ذلك ضروريًا ، مما يؤدي إلى إنتاج الكثير من الحرارة.
  • في حالة عدم وجود فروق كافية ، قد يحدث تموج كبير.

التطبيقات

  • الدوائر التناظرية التي تتطلب متطلبات صارمة لضوضاء مصدر الطاقة ، مثل دوائر توليد الساعة.
  • سيناريوهات توفير الطاقة للدوائر الرقمية التي تتأثر بشكل ضئيل بتيار منخفض وكفاءة تحويل الطاقة.

المراجع والشكر

عنوان النص: https://wiki-power.com/ يتم حماية هذا المقال بموجب اتفاقية CC BY-NC-SA 4.0، يُرجى ذكر المصدر عند إعادة النشر.

تمت ترجمة هذه المشاركة باستخدام ChatGPT، يرجى تزويدنا بتعليقاتكم إذا كانت هناك أي حذف أو إهمال.