تصميم مصدر الطاقة - تحديد الخطة

المتطلبات التي يجب مراعاتها في تصميم مصدر الطاقة

• الوظيفة: يجب أن يأخذ في اعتباره جهد الإدخال وتغيرات التيار. بالإضافة إلى الجهد والتيار المخرج وضرورة تحقيق أهداف القدرة الشاملة وتحقيق أقصى كفاءة للنظام.
• الأداء: حجم التردد على الجهد المخرج، وقدرة التحمل مع الأحمال، والكفاءة، ومستوى التسخين، وما إلى ذلك.
• التكلفة: تكلفة النظام بالكامل، بما في ذلك المكونات الأساسية والمكملة مثل الملفات اللف والمكثفات وتشغيل أشباه الموصلات.
• المساحة: يجب أن يأخذ في الاعتبار قيود حجم الفضاء، وموقع التركيب، ونظام التبريد، والتداخلات الكهرومغناطيسية وغيرها.

كيفية اختيار خطة لمصدر الطاقة

أنواع مصادر الطاقة الشائعة

• مستقرة خطية
  • مستقرة ذات ثلاثة أقطاب
  • مستقرة ذات فقد ضغط منخفض (LDO)
• مستقرة بالتبديل
  • غير منفصلة
    • خفض الجهد (Buck)
    • زيادة الجهد (Boost)
    • خفض وزيادة الجهد (Buck-Boost)
    • زيادة وخفض معكوس ذاتيًا (Ćuk)
    • زيادة وخفض ذاتي بنفس الاتجاه (SEPIC، ZETA)
  • معزولة
    • تحفيز موجب
    • تحفيز مضاد

• IC مصدر الطاقة
  • العديد من المخرجات
  • IC الشحن

مقارنة بين مستقرة خطية ومستقرة بالتبديل

الفرق البصري بين مستقرة خطية ومستقرة بالتبديل

إذا قمنا بمقارنة الجهد المخرج بكمية المياه التي تخرج من حنفية المياه، فإن المستقرة الخطية تعتبر كمية المياه التي يجب فتح الحنفية بقدر ما تحتاج، بينما بالنسبة لمستقرة البالتبديل، تكون الحنفية لديها حالتين فقط: مفتوحة أو مغلقة، وبالتالي يجب عليها التبديل بسرعة لضبط كمية المياه المخرجة.

تتكون مستقرة الخطية من ثلاثة أقطاب يعملون بحالة مستقرة ويتحكمون في تيار الحمل بواسطة مقاوم

تعتمد تنظيمات الجهد باستخدام الوتد على القدرة على تخزين الطاقة من خلال العناصر اللفيفية والسعوية، حيث يتم تجزئة الطاقة ونقلها بشكل مجزأ. يمكن تخزين هذه الطاقة المجزأة إما في مجال مغناطيسي في العنصر اللفيفي أو في مجال كهربائي في العنصر السعوي. تضمن التحكم بواسطة الوتد أن تنقل كل جزء فقط الطاقة المطلوبة للحمل، مما يؤدي إلى كفاءة نسبية عالية. وتعتبر مزايا تنظيم الوتد هي القدرة على تخفيض الجهد، زيادته، أو عكسه، ويمكن أن تتراوح مدى الجهد المدخل منها بشكل كبير، والكفاءة يمكن أن تصل إلى مستويات عالية (قد تصل بعضها إلى أكثر من 95٪). ومن بين العيوب تعقيد الدوائر المحيطة، وحساسية اختيار عناصر الدائرة المحيطة، بالإضافة إلى أن إشارات الوتد عالية التردد يمكن أن تسبب تداخلًا وتموجًا كبيرين في الجهد الناتج.

تركيب تنظيم الوتد وتركيب تنظيم الخطي

بناءً على مزايا وعيوب مستوحاة من تنظيمات الوتد وتنظيمات الخطي، يمكن تحسين الأداء بشكل كبير عندما يتم توظيفهما معًا (أي تنظيم الوتد يتبعه تنظيم خطي)، مما يقلل من تموج الجهد الناتج ويزيد من الكفاءة.

اختيار تنظيم الوتد المناسب بناءً على الجهد المدخل والجهد الناتج

• \(V_{in}>V_{out}\)
  • إذا كانت الفارقة بين الجهدين صغيرة وتيار الحمل منخفض وهناك حاجة لتقليل التداخل الصوتي - LDO
  • إذا كانت الفارقة بين الجهدين كبيرة وتيار الحمل عالي والتداخل الصوتي غير مهم - تنظيم الوتد Buck
  • إذا كان تيار الحمل منخفض ولا تهمك التداخل الصوتي وتحتاج إلى كفاءة عالية - مضخة الشحن
• \(V_{in}<V_{out}\)
  • لتطبيقات الطاقة المنخفضة - مضخة الشحن
  • إذا كانت الفارقة بين الجهدين كبيرة وتيار الحمل عالي والتداخل الصوتي غير مهم - تنظيم الوتد Boost
• إذا كان مدى الجهد المدخلي كبيرًا ويمكن أن يكون أكبر أو أصغر من الجهد الناتج
  • لتطبيقات الطاقة المنخفضة - مضخة الشحن
  • إذا كان تيار الحمل عالي والتداخل الصوتي غير مهم - تنظيم الوتد Buck-Boost
• إذا كنت بحاجة إلى عزل
  • اختيار تكوينات عزلية مثل flyback و forward و push-pull والجسر الكامل وما إلى ذلك.

اختيار العناصر

العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار العناصر:

• الوظيفة: هل تلبي متطلبات الجهد والتيار للمدخل والمخرج
• الأداء: أدنى مستوى من التموج والضوضاء وأقصى كفاءة ممكنة
• السعر: تكلفة النظام بأكمله
• قنوات التوريد: هل يمكن الحصول عليها بسهولة

يمكن استخدام أدوات المساعدة المقدمة من شركات تصنيع رقاقات الطاقة مثل تصميم TI الإشارة لمساعدتك في اختيار العناصر.

تخطيط اللوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

بالن

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