منظمات الجهد هي سمة شائعة في العديد من الدوائر للتأكد من أن الجهد الثابت والمستقر يتم توفيره للإلكترونيات الحساسة. تُعد طريقة عملها نموذجًا للعديد من الدوائر التناظرية ، وهي الاستخدام الحكيم والأنيق لردود الفعل لضبط الإنتاج إلى المستوى المطلوب.
منظم الجهد نظرة عامة
عندما تكون هناك حاجة إلى جهد ثابت وموثوق ، فإن منظمات الفولتية هي مكونات الانتقال. تأخذ منظمات الفولتية جهد الدخل وتخلق جهد ناتج منظم بغض النظر عن جهد الدخل إما على مستوى الجهد الثابت أو مستوى الجهد القابل للتعديل (عن طريق اختيار المكونات الخارجية الصحيحة). يتم التعامل مع هذا التنظيم التلقائي لمستوى الجهد الناتج عن تقنيات ردود الفعل المختلفة ، بعضها بسيط مثل دايود زينر في حين أن البعض الآخر يحتوي على طباعات ردود الفعل المعقدة التي يمكن أن تحسن الأداء ، والموثوقية ، والكفاءة ، وإضافة ميزات أخرى مثل زيادة جهد الخرج فوق جهد الإدخال إلى منظم الجهد.
كيف تعمل منظمات الجهد الخطي
يتطلب الحفاظ على جهد ثابت مع إدخال غير معروف أو صاخب (أو أسوأ) إشارة تغذية مرتدة لمعرفة التعديلات التي يجب إجراؤها. تستخدم المنظمات الخطية ترانزستور طاقة (إما BJT أو MOSFET اعتمادًا على المكون المستخدم) كمقاول متغير يتصرف مثل النصف الأول لشبكة فاصل الجهد. يتم استخدام خرج مقسم الجهد كرد فعل لقيادة ترانزستور الطاقة بشكل مناسب للحفاظ على جهد إخراج ثابت. لسوء الحظ ، بما أن الترانزستور يتصرف كمقاوم ، فإنه يهدر الكثير من الطاقة عن طريق تحويله إلى حرارة ، غالباً الكثير من الحرارة. نظرًا لأن الطاقة الإجمالية المحولة إلى الحرارة تساوي انخفاض الجهد بين جهد الدخل وموائمة جهد الخرج المضروبة حاليًا ، يمكن أن تكون الطاقة المتقطعة عالية جدًا وتحتاج إلى خافضات حرارة جيدة.
شكل بديل من المنظم الخطي هو منظم تحويلة ، مثل صمام زينر . وبدلاً من العمل كمقاومة متسلسلة متغيرة كما يفعل المنظم الخطي النموذجي ، فإن منظم التحويلة يوفر مسارا للأرض لتدفق الجهد الزائد (والتيار) خلاله. ولسوء الحظ ، فإن هذا النوع من الهيئات التنظيمية يكون في كثير من الأحيان أقل كفاءة من منظم خطي نموذجي ، وهو عملي فقط عندما تكون هناك حاجة إلى قدر ضئيل للغاية من الطاقة وتوفيرها.
كيف تعمل منظمات الفولت التبديل
يعمل منظم الجهد الكهربائي على أساس أساسي مختلف تمامًا عن منظمات الجهد الخطية. بدلا من العمل كمصباح جهد أو تيار لتوفير مخرجات ثابتة ، يخزن منظم التبديل الطاقة عند مستوى محدد ويستخدم التغذية المرتدة لضمان الحفاظ على مستوى الشحنة بأقل تموج للجهد. تسمح هذه التقنية لمنظم التحويل أن يكون أكثر فاعلية من أن المنظم الخطي بتحويل الترانزستور بالكامل (بأقل مقاومة) فقط عندما تحتاج دائرة تخزين الطاقة إلى طاقة متدفقة. هذا يقلل من إجمالي الطاقة المهدرة في النظام لمقاومة الترانزستور أثناء التبديل حيث ينتقل من إجراء (مقاومة منخفضة جداً) إلى غير موصل (مقاومة عالية جداً) وخسائر دائرية صغيرة أخرى.
وكلما ازدادت سرعة تبديل منظم التبديل ، كلما قلت سعة تخزين الطاقة التي يحتاجها للحفاظ على جهد الخرج المطلوب ، مما يعني أنه يمكن استخدام مكونات أصغر. ومع ذلك ، فإن تكلفة التبديل الأسرع هي خسارة في الكفاءة حيث يتم قضاء المزيد من الوقت في الانتقال بين حالات التوصيل وعدم التوصيل مما يعني فقدان المزيد من الطاقة بسبب التسخين المقاوم.
ومن الآثار الجانبية الأخرى للتبديل الأسرع زيادة الضجيج الإلكتروني الناتج عن منظم التبديل. باستخدام تقنيات تحويل مختلفة ، يمكن أن يتنقل منظم التبديل لأسفل جهد الدخل (باك طبولوجيا) ، أو زيادة الجهد (تعزيز الطوبولوجيا) ، أو كلاهما يتدحرج أو يزيد الجهد (باك - دفعة) حسب الحاجة للحفاظ على جهد الخرج المطلوب مما يجعل المنظمين للتنقل خيارًا رائعًا للعديد من التطبيقات التي تعمل بالبطارية نظرًا لأن منظم التحويل يمكن أن يزيد أو يزيد من جهد الدخل من البطارية أثناء تفريغ البطارية. يسمح هذا للإلكترونيات بالاستمرار في العمل بشكل جيد إلى أبعد من النقطة التي يمكن للبطارية أن تزودها مباشرة بالجهد الصحيح لكي تعمل الدائرة.