Table of Contents
وقد انتقلت التكنولوجيا القابلة للزراعة إلى ما يتجاوز أجهزة تتبع اللياقة البسيطة والواحف الذكية إلى نظام إيكولوجي سريع التوسع في الرصد الصحي، وعززت نظارات الواقع، وملابس ذكية، وأجهزة طبية مجهزة بالزراعة، وفي قلب كل جهاز يستمد قوته من من من من منفذ حائط - سواء كان ذلك لأغراض الشحن أو التشغيل المباشر - تشكل أحدث مواد التغليف إلى محولات جديدة ذات معدلات أصغر.
التحديات الراهنة في مجال التعدين في المناقصين من الفئة ألف - التعاون التقني فيما بين البلدان النامية من أجل القابلات للزراعة
فتصميم محول مدمج للجهاز القابل للارتداء يمثل مجموعة فريدة من العقبات الهندسية، خلافا للإمدادات الصناعية أو للسيارات، تفرض المواد القابلة للزراعة قيودا شديدة على الحجم والوزن والتشتت الحراري، وهناك عدة تحديات رئيسية قائمة:
الإدارة الحرارية في الفضاءات المقيّدة
يعتمد المحولات التقليدية لـ (أي سي) و (دي سي) على السخانات المُتسمّاة والمعجبين لتبديد الحرارة الناتجة عن تغيرات في مُكوّنات الطاقة والمكونات المغناطيسية، وفي جهاز قابل للذوبان، تكون المساحة السطحية المتاحة لتشتت الحرارة محدودة للغاية، وكثيراً ما تكون على اتصال وثيق بجلد المستخدم، ولا تتسبب درجات الحرارة المرتفعة في تدهور الحياة فحسب، بل تؤدي أيضاً إلى مخاطر شديدة أو حتى أمنية.
الحفاظ على الكفاءة العالية في الحجم المخفض
فالكفاءة والحجم يرتبطان على نحو غير معاكس بالعديد من تصميمات محول الطاقة، إذ عادة ما تكون المكونات الأصغر مقاومة أعلى وكتلة حرارية أقل، وزيادة الخسائر في السلوك، وتحقيق كفاءة التحويل التي تزيد على 90 في المائة في مجموعة لا تشغل سوى بضع سنتيمترات مكعبة، هو مهرجان هندسي هام، وتصبح الخسائر التي لا تذكر في نظارات منضدة مكتبية حرجة عندما يُدخل المحولة إلى داخل جهاز.
Electromagnetic Compatibility (EMC) in Dense Layouts
ويمكن أن يؤدي التحول العالي الترددي داخل محول AC-DC إلى تدخل الكهرومغناطيسي يؤدي إلى تدهور الأداء اللاسلكي أو الفاسد في القياسات الفيزيائية.
القيود الميكانيكية والموثوقية
ويخضع المصابون بالمرض للحركة والأثر والإجهاد البيئي المتكرر، ويجب أن تتحمل مفاصل الجنود والموصلات والنواة المغناطيسية الارتعاش وتقلب درجات الحرارة، وفي الوقت نفسه، يجب على المحولة أن تستوفي معايير السلامة الصارمة (مثلاً، IEC 62368 بالنسبة للمعدات السمعية/الفيديو ومعدات تكنولوجيا المعلومات) ومتطلبات العزلة الطبية بالنسبة لأجهزة الرصد الصحي التي يمكن ارتداؤها.
Emerging Trends Driving Conversion Miniaturization
وللتغلب على هذه التحديات، يتابع الباحثون ومصنعو المكونات عدة مسارات موازية، وتشمل الاتجاهات الأكثر تأثيراً مواد جديدة واستراتيجيات تكامل، وتشكل عوامل تغير أساساً كيفية تصميم محولات شركة AC-DC.
مقدمو شركة " سايمندغاب " : GaN and SiC
وتحتاج مواد الترددات الواسعة النطاق مثل نيتريد الغالي وكربايد السليكون إلى أجهزة كهربائية ذات حجم أكبر من ثلاث مرات خلال العقد الماضي، كما أن المحركات ذات الحجم الكبير التي تستخدمها القوة العاملة في مجال الطاقة الكهربائية، وهي تستخدم في تصميمات الطاقة الكهربائية الصغيرة ذات الحجم الكهربي، وهي عوامل يمكن أن تؤدي إلى انخفاض في حجمها، وتزيد من حجم الترددات (إلى نطاق الميغاهرتز) مع الحفاظ على كفاءة أعلى.
مثال: أجهزة تكييف ذات قاعدة غاين من أجل Smartwatches
وهناك عدة أجهزة تكييف تعمل بالشحنات تعمل بالشحنات الآن على شحن أجهزة تكييف تعمل بالغاز النباتي - التجاري تقل بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة عن سلفها في السليكون بينما تقدم قوة متطابقة، وعندما تقترن هذه المركبات بجهاز التحكم في البوليسترال - سي، يمكن لهذه المكيفات أن تكون سريعة الدفع دون التسخين، ويتيح الحجم المخفض للمكيِّف أن يدمج في عامل تحسين الجدار الذي يختفي في أجهزة السفر الهامة.
النظام المتكامل على مستوى عال (SoC) ومودولزات الطاقة
وهناك اتجاه آخر نحو التحول هو إدماج كامل سلسلة التحويل التي تستخدمها شركة AC-DC - جهاز تصحيح، وتصحيح عوامل القوة، وتنظيم العاصمة - DC، ومنطق التحكم، والعزلة - في شريحة واحدة أو وحدة واحدة، وتقضي على مجموعة عناصر مصممة خصيصاً للضغط على المركبات، وتقليص حجمها، وتبسيط عملية التصميم.
وفي الوقت نفسه، تتيح المكونات السلبية المتكاملة (مثل الموصلات المدمجة في المصانع الفرعية لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور) للمصممين دفن المغنطيسية داخل طبقات اللوحات، وتشترك مع مكثفات السيليكون التي توفر كثافة عالية في الكفاءات، يمكن الآن بناء محولات كاملة من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور على بضعة مليمترات مربعة من عقارات ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
عناصر القوة المرنة والثين - القاع
فالقابلات السائلة متطابقة بشكل متزايد - يجب أن تنحني وتمتد وتلتف حول منحنىات الجسم البشري - بينما تحد التجمعات الجامدة التقليدية لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور مرونة التصميم، وتسمح تكنولوجيات المذيبات الرقيقة المرنة والمرنة بتحويلات القوى العاملة من الـ AC إلى مواضع ضوئية ذات قدرة منخفضة أو حتى أنها تدمج مباشرة في النسيج.
وبالرغم من أن موصلات ومحولات الرش - التي تم إيداعها كطبقات مغناطيسية فقط قليل من الميكرومترات - هي مجال بحثي نشط آخر، ويمكن اختلاق هذه المكونات مباشرة على فيلم مرن متعدد المقاييس أو PET، وأجهزة تحويل الطاقة التي تتوافق مع شكل الجهاز.
مجلة بلاندر ومترجمات تعمل بالطائرة
وعادة ما تكون هذه المغناطيسات أكبر وأثقل مكونات في محول من طراز AC-DC.
المراقبة الرقمية والتسويق الإيجابي
ويمكن الآن استبدال أجهزة التحكم باللوائح التقليدية بمجهزات الإشارات الرقمية أو أجهزة التحكم بالجرعات الصغرى التي يمكن أن تكيف الترددات المتغيرة، والمهلات المميتة، وخطط العزل في الوقت الحقيقي، وتتيح المراقبة الرقمية تشغيل أجهزة التفجير في حمولات خفيفة - وهي عناصر حاسمة بالنسبة للأجهزة التي تنفق معظم وقتها في بروتوكولات التحوط أو الشحن في نسق منخفض جدا.
دراسات الحالات الإفرادية التطبيقية: متعهدون مختصون في الإجراءات
وتوضح الأمثلة التالية كيفية تطبيق هذه الاتجاهات على الأجهزة الارتطامية والقابلة للارتداء.
Smartwatch Rapid Chargers
وقد اعتمد مصانع الحاسب الذكي المؤدي إلى الأشعة المتحركة أجهزة تحميل مجهزة بشبكة غاين والتي يمكن أن تشحن ساعة كاملة في أقل من 30 دقيقة، وتستخدم هذه الشحنات موصلا مخصصا من طراز USB-C، وعاملا صغيرا من عوامل الضبط الجداري، حيث يقوم محول نصف الحافة يعمل في 1 ميغاهرتز بحملة محولات من طراز ميكرومترين فقط، وينظم الناتج جهاز مراقبة رقمي يعمل بنظام رقمي للشحن سريع.
الدوريات الطبية المزروعة لرصد الغلوكوز المستمر
ويحتاج مراقبو الجلوكوز المستمرون والمستشعرات الطبية الأخرى التي ترتدى جسما إلى شحنات متكررة أو استبدال بطارية، وهناك عدة نظم تابعة للجيل التالي من نظام CGM تستخدم البطاريات ذات الرش الضعيف (X) مع محول صغير للسيارات من أجل إعادة شحنها بواسطة حفرة مخصصة، ويجب أن يكون المحولة مجهزة بمبالغ عالية ومأمونة للاستخدام في بيئة طبية متحولة، مع عزلة من نوع من نوع من نوع من نوع من أنواع التسربوطن.
نظارات العالم المحظوظة
وتحتاج النظارات إلى هيكل معقد للطاقة: فهي بحاجة إلى تحويل الطاقة الجدارية للسيارات المتعددة ذات الفولط المنخفض للعرض والمعالج والمجسات والنماذج اللاسلكية، مع الاحتفاظ بحزم البطاريات المزودة بالمعبد والوزن الخفيف، وتستخدم النماذج الأولية محولات منفصلة للأجهزة العاملة بمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور لشحن وأجهزة داخلية لأجهزة التحكم في البيوتادايين سداسي الكلور، مما يؤدي إلى زيادة في حجم السلاسل.
المستقبل: ما التالي لـ "مُنَطِّر "أي سي - دي" في الـ "ويُستَرَد"؟
والمسار واضح: سيستمر تقلص محولات المواد القابلة للزراعة من طراز AC-DC، بحيث تصبح غير مرئية للمستعمل، بينما تقدم أداء أعلى، ومن المرجح أن تعجل عدة تكنولوجيات ناشئة بهذا الاتجاه على مدى السنوات الثلاث إلى الخمس القادمة.
3D Heterogeneous Integration
حلول نظام الحقائب في العبوات التي تتراكم على عدة أنواع من الموت، وأجهزة التحكم بالسيلكون، وأجهزة الاستقبال التي تم تشكيلها في الموقع، وأجهزة الاستنشاق، في هيكل ثلاثي الأبعاد، يجري تطويرها، وهذا النهج يقلل من العنان الطفيلي ومقاومته، مما يمكن أن يؤدي إلى زيادة الترددات وأجهزة المغناطيس الصغيرة.
Energy Harvesting Integration
وقد لا تحتاج الأجهزة القابلة للارتداء في المستقبل إلى شحنات خارجية من طراز AC-DC على الإطلاق، بدلا من جمع الطاقة من حرارة الجسم أو الحركة أو الضوء المحيط، إلا أن العديد من البيئات لا تزال بحاجة إلى موثوقية الشحنات اللاسلكية، فالأجهزة الهجينة التي تجمع بين مدخلات محرك الطاقة (مثلا من مولد كهربائي حراري) مع مشغلات متعددة من طراز AC-DC ترسم في وحدة بحثية مبسطة.
نقل الطاقة اللاسلكية كبديل
في حين أن ارتفاع رسوم الشحن اللاسلكية للأجهزة اللاسلكية ذات المستوى العالي، فإن ارتفاع رسوم النقل اللاسلكية للأجهزة اللاسلكية (النظام الصاعق، وأجهزة الصمامات الملكية) يحوّل عبء التحويل من جهاز النقل الآلي (AC) إلى جهاز النقل، ومع ذلك، يجب أن يكون الموصل نفسه مدمجاً، خاصة في محطات الشحن العامة، كما أن نفس اتجاهات الدمج والدمج تنطبق على تصميمات اللاسلكية
خاتمة
إن تصغير محولات تكنولوجيا التوليد والتزود بالمبيدات الحشرية إلى التكنولوجيا القابلة للارتداء لم يعد شاغلاً هامشياً - بل هو عامل تمكيني للجيل القادم من الجيل المشرق، والارتقاء بالأداء العالي، والأجهزة الصديقة للمستعملين، ومن خلال استخدام أجهزة نصف موصلات واسعة النطاق مثل شبكة الغازات، واعتماد تصميمات مدمجة جداً أو مكونات الأشعة السي بيئية، ووضع نماذج مرنة ودقيقة، وتنفيذ نماذج متقدمة للمراقبة الرقمية،
Key Takeaways- ويمكن الموصلات شبه المتحركة ذات النطاق الواسع (GaN, SiC) من زيادة ترددات التحويل، مما يقلل من حجم المغناطيس.
- ويقضي التكامل على النظام على المكونات المتميزة ويبسط مخططات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالنسبة للملابس.
- وتتيح المكونات المرنة والدقيقة للمرشحين تحويلات تطابقية للطاقة من أجل الثياب الذكية والبقع الطبية الأحيائية.
- ويزيد حجم المراقبة الرقمية والمغنطيين المغنطيسيين من انخفاض حجمهما، بينما يحسن الأداء الحراري والإنجازي.
- وتظهر التطبيقات في المواخير الذكية والأجهزة الطبية ونظارات البحث والتطوير نجاحاً في مجال تقليل المخاطر الحقيقية في العالم.