أجزاء شبكة المفاتيح من المصنعين متصلين بالإنترنت

إمدادات الطاقة التحويلية هي إمدادات طاقة إلكترونية تقوم بتحويل وتنظيم الطاقة الكهربائية ليس خطياً، ولكن عن طريق التبديل السريع لمفاتيح أشباه الموصلات (عادةً الترانزستورات) للتشغيل وإيقاف التشغيل.

وعلى النقيض من وحدات الإمداد بالطاقة الخطية، يتم تقليل فقدان الطاقة بشكل كبير حيث يتم تشغيل أشباه موصلات الطاقة في الغالب إما موصلة (تشغيل) أو مغلقة (إيقاف). واليوم، تعد وحدات الإمداد بالطاقة ذات الوضع التبادلي هي المعيار في جميع مجالات الإلكترونيات تقريبًا - من أجهزة الشحن إلى الأنظمة الصناعية والخوادم.

ستجد أدناه وظائف وأنواع إمدادات الطاقة التحويلية واستخداماتها ومجالات تطبيقها بالإضافة إلى مزاياها وعيوبها والتحديات التي يجب أن تكون على دراية بها:

كيف تعمل إمدادات الطاقة التحويلية:

يمكن تقسيم تشغيل إمدادات الطاقة التبديلية إلى عدة خطوات متتالية:

1. تصحيح المدخلات:
   يتم تصحيح الجهد المتناوب على سبيل المثال 230 فولت تيار متردد.
   والنتيجة هي جهد مباشر نابض.
2. الدائرة الوسيطة:
   تنعيم جهد التيار المستمر باستخدام المكثفات.
   في وحدات الإمداد بالطاقة مع تصحيح معامل القدرة (PFC)، يتم تحسين تدفق التيار هنا بالفعل.
3. تبديل عالي التردد:
   يقوم ترانزستور، MOSFET أو IGBT، بتبديل جهد التيار المستمر بترددات تتراوح بين 20 كيلو هرتز تقريبًا وعدة 100 كيلو هرتز.
   ينتج عن ذلك جهد متناوب عالي التردد.
4. نقل الطاقة وتعديل الجهد:
   يتم تصعيد الجهد لأعلى أو لأسفل عبر محاثات أو محولات.
   يسمح التردد العالي بمكونات صغيرة وخفيفة الوزن.
5. التصحيح الثانوي والتصفية:
   يتم تصحيح الجهد المتناوب عالي التردد مرة أخرى.
   تقوم المرشحات بتنعيم جهد الخرج.
6. التنظيم:
   حلقة تغذية مرتجعة تقيس جهد الخرج.
   يتم ضبط عرض النبضة أو تردد التحويل لتوفير جهد أو تيار ثابت.

أنواع مهمة من إمدادات الطاقة التحويلية:

الطوبولوجيا غير المعزولة:
لا تحتوي مصادر الطاقة هذه على عزل كهربائي بين المدخلات والمخرجات.

1. محول باك:
   يخفض جهد التيار المستمر إلى مستوى أقل.
2. المحول المعزز:
   يزيد الجهد المباشر.
3. محولات التصعيد والتنزيل (محولات تصعيدية وتنحية (باك-بوست، سيبيك، ၮuk):
   يمكنها زيادة الجهد وخفضه على حد سواء.

التطبيقات النموذجية هي أجهزة البطاريات ومحولات التيار المستمر/التناوب المستمر وإمدادات الطاقة الداخلية.

الطوبولوجيا المعزولة جلفانياً:
هنا تنتقل الطاقة عبر محول، مما يزيد من السلامة والمرونة.

1. محولات الارتداد المتطاير:
   تصميم بسيط ومثالي للطاقة المنخفضة إلى المتوسطة. تستخدم بشكل متكرر في أجهزة الشحن ومزودات الطاقة القابلة للتوصيل.
2. المحول الأمامي:
   كفاءة أفضل من المحول المرتد الطيار، ولكنه أكثر تعقيداً. يستخدم في الإلكترونيات الصناعية.
3. محول الدفع والسحب:
   يقوم مفتاحان بتشغيل المحول بالتناوب. مناسب لمستويات الطاقة المتوسطة.
4. محولات الجسر النصفي والجسر الكامل:
   مخرجات عالية جداً وكفاءة جيدة. نموذجي لمصادر طاقة الخادم ومعدات اللحام والأنظمة الصناعية.

وحدات الإمداد بالطاقة ذات الوضع التبديلي للتيار المستمر/التناوب:

1. إمدادات الطاقة التحويلية للتيار المتردد/ التيار المستمر:
   تحويل جهد التيار الكهربائي إلى جهد مباشر. أمثلة: إمدادات الطاقة للكمبيوتر المحمول، ومحركات LED، وإمدادات الطاقة للأجهزة المنزلية.
2. وحدات إمداد الطاقة ذات الوضع التبديلي DC/DC: تحويل الجهد المباشر إلى جهد مباشر آخر:
   تحويل الجهد المباشر إلى جهد مباشر آخر. تستخدم عادةً في المركبات والأنظمة المدمجة والاتصالات السلكية واللاسلكية.

مجالات تطبيق إمدادات الطاقة التحويلية:

إمدادات الطاقة التحويلية منتشرة في كل مكان تقريباً:

1. السلع الاستهلاكية:
الهواتف الذكية، وأجهزة التلفزيون، وأجهزة الألعاب، وأجهزة الشحن

2. تكنولوجيا المعلومات ومراكز البيانات:
إمدادات الطاقة للكمبيوتر الشخصي، والخوادم، وأنظمة الإمداد بالطاقة

3. الصناعة:
أجهزة التحكم، والأتمتة، والروبوتات، ومحوّلات الترددات

4. التكنولوجيا الطبية وتكنولوجيا القياس:
الإمداد الفعال والآمن للإلكترونيات الحساسة

5. الطاقات المتجددة
المحولات وأجهزة الشحن لأنظمة تخزين الطاقة

6. المركبات والسكك الحديدية
الشبكات الموجودة على متن المركبات، ومحولات التيار المستمر/التناوب المستمر، والبنية التحتية للشحن

مزايا إمدادات الطاقة التحويلية:

• كفاءة عالية: عادة 80-95% أو أكثر. فقدان أقل للطاقة وتوليد حرارة أقل.
• تصميم مدمج: ترددات تبديل عالية تسمح بمحولات وملفات صغيرة. وزن منخفض، مناسب بشكل خاص للأجهزة المحمولة.
• نطاق جهد دخل واسع: تعمل العديد من وحدات إمداد الطاقة في جميع أنحاء العالم، على سبيل المثال 90-264 فولت تيار متردد. مثالية للمنتجات العالمية.
• إمكانية تحكم جيدة: تنظيم دقيق للجهد أو التيار. استجابة سريعة لتغيرات الحمل.
• تعدد الاستخدامات: قابل للتكيف بسهولة مع الفولتية والتيارات والقوى المختلفة. قابلة للتطوير من الميلي واط إلى الكيلو واط.

العيوب والتحديات:

على الرغم من مزاياها، فإن إمدادات الطاقة التحويلية تأتي أيضًا مع تحديات:

• التداخل الكهرومغناطيسي (EMC): يولد التبديل عالي التردد إشارات تداخل تحتاج إلى تصفية.
• التعقيد: التصميم والتخطيط والتحكم أكثر صعوبة بكثير من وحدات الإمداد بالطاقة الخطية.
• تكاليف الطاقة المنخفضة: بالنسبة للطاقة المنخفضة جدًا، يمكن أن تكون إمدادات الطاقة الخطية أبسط وأرخص.

إمدادات الطاقة التحويلية هي محولات طاقة عالية الكفاءة وصغيرة الحجم ومتعددة الاستخدامات تعمل عن طريق التبديل السريع للطاقة الكهربائية. تسمح طوبولوجياتها المختلفة باستخدامها في جميع نطاقات الطاقة والجهد تقريبًا. وعلى الرغم من تعقيدها الكبير ومتطلبات التوافق الكهرومغناطيسي (EMC)، إلا أن مزاياها تفوق عيوبها بوضوح، ولهذا السبب أصبحت جزءًا لا غنى عنه في الإلكترونيات الحديثة.

ستجد هنا لمحة عامة عن أهم النقاط التي يجب مراعاتها عند شراء مزودات الطاقة التحويلية:

شراء إمدادات الطاقة التبديلية أكثر بكثير من مجرد اختيار جهد الخرج والطاقة المناسبين. فإمدادات الطاقة ذات الوضع التبديلي هي مكونات ذات صلة بالسلامة وتحدد عمر الخدمة وغالبًا ما تكون أيضًا مكونات حرجة قياسية للنظام ككل. يمكن أن تؤدي القرارات الخاطئة في عملية الشراء إلى مشاكل في الموثوقية أو أخطاء في التوافق الكهرومغناطيسي أو عقبات في الموافقة أو تكاليف متابعة عالية في الميدان.
لذلك فإن التقييم الجيد يأخذ في الاعتبار الجوانب الكهربائية والميكانيكية والحرارية والمعيارية والاقتصادية على قدم المساواة.

• أول شيء يجب التحقق منه هو نطاق الجهد الذي سيتم تشغيل وحدة إمداد الطاقة فيه. ليس فقط الجهد المقنن مهم، ولكن أيضًا:
• نطاق الجهد المسموح به. على سبيل المثال 90-264 فولت تيار متردد.
• تردد التيار الكهربائي.
• القدرة على تحمل انخفاضات الجهد والجهد الزائد وأعطال التيار الكهربائي.
• السلوك مع الشبكات غير المستقرة أو تشغيل المولدات.
• نطاقات الإدخال القوية مهمة بشكل خاص في البيئات الصناعية أو في البلدان الناشئة.
• يجب عدم استنفاد طاقة الخرج المحددة بشكل دائم. مدروسة بشكل احترافي:
• الطاقة القصوى المستمرة.
• منحنيات الاستنزاف الموصى بها.
• سعة الحمل القصوى قصيرة المدى.
• الحد من تدفق التيار الداخلي والسلوك أثناء قفزات الحمل.
• يزيد احتياطي الطاقة بحوالي 20-30% من الموثوقية وعمر الخدمة بشكل كبير.
• تعد جودة جهد الخرج حاسمة للعديد من التطبيقات:
• التموج المتبقي (التموج والضوضاء).
• دقة التحكم.
• تنظيم الحمل والأنابيب الرئيسية.
• السلوك العابر.
• تتفاعل الإلكترونيات أو المستشعرات أو أنظمة الاتصالات الحساسة بشكل خاص مع تقلبات الجهد أو الضوضاء عالية التردد.
• يجب أن يوفر مزود الطاقة الاحترافي ذو الوضع المبدل وظائف حماية شاملة، بما في ذلك
• الحماية من التيار الزائد.
• الحماية من قصر الدائرة الكهربائية.
• الحماية من الجهد الزائد.
• الحماية من الحرارة الزائدة.
• كشف الجهد المنخفض.
• العامل الحاسم ليس فقط التواجد، ولكن أيضًا السلوك في حالة حدوث عطل، على سبيل المثال إعادة التشغيل التلقائي وإيقاف التشغيل.
• تعتمد فئة العزل المطلوبة على التطبيق. يجب اختبار ما يلي:
• جهد العزل.
• مسافات الزحف والخلوص.
• فئة الحماية (I أو II أو III).
• في التكنولوجيا الطبية والصناعية وتكنولوجيا البناء، يعد العزل الكهربائي النظيف ضرورياً للغاية.
• اعتمادًا على مجال التطبيق، يجب استيفاء معايير مختلفة، على سبيل المثال
• IEC / EN 62368 (الصوت، تكنولوجيا المعلومات، الاتصالات)
• IEC / EN 60601 (التكنولوجيا الطبية)
• IEC / EN 61558 (المحولات ووحدات إمداد الطاقة)
• يتحقق قسم المشتريات المحترف مما إذا كانت الشهادات محدثة وصالحة للسوق المستهدفة.
• تعد إمدادات الطاقة ذات الوضع التبديلي مصدرًا متكررًا للتداخل الكهرومغناطيسي. ما يلي ذو صلة:
• الامتثال لقيم حد EMC.
• الانبعاثات الموصولة والمشعة.
• التوافقيات وعامل القدرة.
• غالبًا ما يكون PFC (تصحيح معامل القدرة) المدمج إلزاميًا للحصول على مخرجات أعلى ويحسن أيضًا من توافق الشبكة.
• للاستخدام الدولي، يجب استيفاء المتطلبات الخاصة بكل بلد، مثل
• CE و UL / cUL و UKCA و CCC، بالإضافة إلى علامات الاختبار الإقليمية الأخرى.
• يمكن أن يؤدي عدم الحصول على الموافقات المفقودة إلى تأخير إطلاق السوق إلى حد كبير.
• يجب أن تتناسب وحدة إمداد الطاقة مع النظام ميكانيكياً:
• لوحة دارة مفتوحة، أو مبيت مغلق أو تركيب سكة حديدية علوية.
• الأبعاد والوزن.
• نوع التركيب وموضعه.
• الموصلات والمحطات الطرفية وتخفيف الضغط.
• سهولة التركيب عامل تكلفة مهم، خاصة في الأجهزة المتسلسلة.
• التصميم الحراري حاسم لعمر الخدمة:
• نطاق درجة الحرارة المحيطة المسموح بها.
• التكييف في درجات الحرارة العالية.
• التبريد الطبيعي أو النشط.
• متطلبات تدفق الهواء.
• وحدة الإمداد بالطاقة التي يتم تشغيلها بشكل دائم بالقرب من درجة الحرارة القصوى سوف تتقادم بشكل أسرع بكثير.
• جودة المكونات الحرجة أمر بالغ الأهمية:
• المكثفات الإلكتروليتية (درجة الحرارة وفئة العمر الافتراضي).
• أشباه موصلات الطاقة.
• المحولات والمختنقات.
• على الرغم من أن المكونات عالية الجودة تزيد من سعر الشراء، إلا أنها تقلل بشكل كبير من تكاليف الأعطال في الميدان.
• يجب أن تكون معلومات الشركة المصنعة عن متوسط الوقت بين الأعطال (MTBF) واقعية ومفهومة. مهم أيضًا:
• المشاريع المرجعية.
• التوافر على المدى الطويل.
• أوضاع الفشل المعروفة.
• غالبًا ما يكون المنتج المثبت أكثر قيمة من التصميم الجديد والمثير للإعجاب من الناحية الفنية.
• الشركة المصنعة وسلسلة التوريد والخدمة. ليتم تقييمها:
• الدعم الفني.
• الوثائق وملاحظات التطبيق.
• أوقات الاستجابة للاستفسارات.
• الاستعداد لإجراء تعديلات خاصة بالعميل.
• الشركة المصنعة المختصة هي شريك استراتيجي وليست مجرد مورد.
• التوافر على المدى الطويل أمر بالغ الأهمية، خاصة بالنسبة للمنتجات المتسلسلة.
• نادراً ما يكون سعر الشراء وحده هو المعيار الأهم. يجب مراعاة ما يلي
• كفاءة الطاقة.
• تكاليف التوقف عن العمل.
• تكاليف الخدمة.
• تكاليف الاعتماد والتكامل.
• يمكن أن تكون وحدة إمداد الطاقة الأغلى قليلاً أرخص بكثير على مدار دورة حياة المنتج.
• بالنسبة لعائلات المنتجات، من المفيد اختيار وحدات إمداد الطاقة التي:
• تغطي فولتية متعددة.
• يمكن تبديلها بالتوازي.
• تقدم وظائف اختيارية.
• هذا يبسط عملية التخزين وصيانة المنتج.

يتطلب الشراء الاحترافي لإمدادات الطاقة التبديلية نهجًا شاملاً يتجاوز أوراق البيانات الفنية. فبالإضافة إلى المعلمات الكهربائية، فإن التوافق مع المعايير، ووظائف الحماية، والتصميم الحراري، وعمر الخدمة، وخبرة الشركة المصنعة والعواقب الاقتصادية طويلة الأجل هي عوامل حاسمة.
يزيد مزود طاقة التحويل المختارة بشكل منهجي من موثوقية النظام الكلي، ويقلل من تكاليف التطوير والفشل ويساهم بشكل كبير في نجاح المنتج في السوق. إن اتباع نهج منظم وتطلعي في الشراء يجنبنا التنازلات في وقت لاحق - والمفاجآت المكلفة في الميدان.

يمكن شراء إمدادات الطاقة التحويلية من موردين مختلفين. يمكن العثور على معلومات شاملة حول الشركات المصنعة والموردين لمزودات الطاقة التحويلية من جميع أنحاء العالم على موقع Exportpages.