وتسيطر إمدادات الطاقة البديلة على الأجهزة الالكترونية الحديثة لأنها تجمع بين الكفاءة العالية وبين بصمة صغيرة، وفي قلب كل محول محول، تكمن مجموعة من عناصر تخزين الطاقة - الموصلات والمكثفات - التي تدير نقل الطاقة وترشيحها وتنظيمها، وبدون هذه المكونات، فإن استمرار عملية التحول من شأنه أن ينتج عن ذلك منافذ غير مقبولة، ومن الضجيج، ومن عدم الاستقرار، فهم كيفية إدماج عناصر التصميم العالية والمكثفات على نحو سليم.

أساسيات تخزين الطاقة في المتحولين

ويستخدم المحولات التحويلية بسرعة تحويل موصل شبه موصل (MSFET أو BJT) إلى أو إلى مخرج، مما يقطع فولتاج المدخلات إلى نبضات، ثم تُستخدم هذه النبضات في المتوسط بواسطة عناصر تخزين الطاقة لإنتاج ناتج ثابت، ويخزن الموصل الطاقة في حقله المغناطيسي أثناء مرحلة التحول ويطلقها أثناء مرحلة التبديل، ويحافظ على التقلبات السلسة.

وينظم سلوك هذه المكونات علاقات أساسية، إذ يجب الحفاظ على التوازن الثاني من الفولط على كل دورة تبديل، أما بالنسبة للمكثفات، فإن التوازن الثاني الحالي (الرسمي) يكفل عدم وجود أي شيء في الحالة الثابتة، وهذه القيود تفرض قيم العنان والارتفاع المطلوبة بالنسبة لتواتر التحويل، والفرق في المدخلات - الناتج، ومعدل التحميل.

الموصلات كعنصر تخزين الطاقة

ويخزن الموصل الطاقة في شكل حقل مغناطيسي عندما تتدفق منه الطاقة المخزنة تناسب مع الموصل ومسار التيار الحالي: ]FLT:0[. وفي محول، عادة ما يكون لـه الموصل موجة ثلاثية أو منشارية مسطحة على مستوى DC، وتُحدد قيمة الموصلات حجماً مادياً أدنى ولكن حجماً أكبر.

والاختيار الأساسي للمواد الأساسية أمر بالغ الأهمية، إذ توفر النواة الفيروسية ارتفاعاً في القابلية للتحمل وضآلة منخفضة في الوقت الحاضر، مما يجعلها مثالية لمعظم المحولات الحديثة (100 كيلوهرتز إلى عدة ميغاهرتز) كما أن نواة الحديد المزودة بالفلور توفر قدراً أكبر من الفلور في الارتفاع، ولكنها تُستخدم في كثير من الأحيان في تطبيقات عالية الدقة حيث يكون هامش التشبع هو مصدر قلق.

وتولد الخسائر الفلفل (I2R) والخسائر الأساسية (الهستيريس وتيدي) حرارة، ويجب على المصممين التحقق من أن ارتفاع درجة حرارة الموصل يبقى ضمن تقدير العنصر تحت أسوء حالات الحمل والظروف المحيطة، كما أن مذكرة بشأن الطلب من صكوك تكساس توفر تمشية شاملة للاختيار الحالي للموازين، تشمل تحويلات،

Capacitors in Energy Storage and Filtering

ويقوم المكثفون بتخزين الطاقة في حقل الكهروستانتية، وفي تبديل إمدادات الطاقة، يقوم المكثفون في المقام الأول بتصفيف مضمار الفولط الذي أحدثه الموصل الحالي، ويعادل الفولط سلسلة التكتل الحالية التي يضاعفها الازدحام في التردد المبدل، وهذا الازدحام هو مزيج من التفاعل الأسري (X[FLT:])

ويعرض المكثفات الكهربائية (اللومينيوم أو التنتالوم) ارتفاعاً في مستوى الكبائن وانخفاض التكلفة، ولكن لديها ارتفاع نسبي في معدلات الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الإصابة بالصدمات الكهربائية والإنجابية، فضلاً عن مدى الحياة المحدودة، كما أن المكثفات التراكمية للأشعة السيكولوجية (X5R, X7R) توفر في كثير من الأحيان مزيجاً منخفضاً من التراكم والإسعافى، وأداة العالية التردد، ودرجة في الحياة الطويلة.

ويجب احترام الترتيب الحالي المتطور: إذ يؤدي تجاوزه إلى التدفئة الداخلي المفرطة والفشل المبكر، ويزيد من الموثوقية (تدفئة المكثفات (العمل تحت معدل الفولط بنسبة 20 إلى 50 في المائة) ولا سيما بالنسبة للأنواع الخزفية التي تعاني من معامل التكتل. A Article technical detailed from Analogices].

البارامترات الرئيسية للتصميم لمكونات تخزين الطاقة

وهناك عدة بارامترات مترابطة تسترشد بها عملية اختيار الموصلات والمكثفات، حيث يحدد التردد المبدل خط الأساس: فالترددات العالية تسمح بقيم أصغر في مجال المصيد والقياس، ولكنها تزيد من الخسائر في التحويل وقد تتطلب مستويات أسرع من الوصلات أو البرمجيات المتعددة المؤشرات، ويجب على المصممين أن يوازنوا الحجم والتكاليف والكفاءة.

التحلل والتصنيفات الحالية

ويجب أن يتحمل الموصلون والمكثفون ذروتهم وتيارهم بالهامش الكافي، وبالنسبة للموصل، ينبغي أن يكون التكتل المشع (I) ) على الأقل 20-30 في المائة فوق أسوء سعر ذروة في الحالة، أما بالنسبة للمكثفين، فإن حجم الناتج المحلي الإجمالي المعدل ينبغي أن يكون 1.5-2 من أعلى من الناتج المحوّل إلى الناتج الأقصى.

مقاومة سلسلة المكافئات (ESR) و Ripple

ويساهم هذا التراكم في الناتج مباشرة بسبب التدفقات الحالية المتأصلة من خلاله، ويقلل انخفاض معدل التسارع، ولكنه قد يقلل أيضا من الانكماش في مرحلة الطاقة، مما قد يسبب عدم الاستقرار إذا لم تصمم حلقة التحكم بشكل سليم، وبالنسبة للكهرباء، ينخفض معدل التسارع التسارع الحاد مع ارتفاع الترددات عند درجات الحرارة المنخفضة، ويحافظ على انخفاض معدل التسارع في التسارع عبر نطاق واسع، وكثيرا ما يؤدي تحديد الغطاء النباتي المسموح به إلى اختيار وحدات التراكم الموازي.

الاستجابة لحالات التواتر والتواتر الذاتي

فكل مشغل له تردد معتمد بذاته حيث يتم التقليل من ازدحامه، ففوق ذلك، فإن المشغلات الصغيرة ذات الترددات العالية مثل الموصل، ولأجل التسريح الفعال، ينبغي أن تكون أعلى بكثير من الترددات المتحولة.

الاعتبارات المتعلقة بالأصول والتقديرات

وتضع الطبقات المختلفة للمحولات ضغوطا مختلفة على الموصلات والمكثفات، وتعالج الأقسام الفرعية التالية أكثر الأنواع شيوعا.

Buck Converters

وفي محول للبنك، توضع الخاطف بين عقد التبديل والناتج، وخلال فترة التحول، ترتفع الاندفاعات الحالية، وتخزن الطاقة؛ وأثناء التبديل، يكون سلوك الأغبياء الحر وإطلاقات الطاقة، وييسر المخرج عادة الطفرة، ويختار قيمة الخاطفين على أساس التيار المهيمن المطلوب (النتيجة الحالية 20 إلى 40 في المائة من الكمية القصوى من الناتج الحالي).

المتحولون

وفي محول معزز، يوضع الخادم بين المدخلات والعلامة التحويلية، ويربط الموصل بالأرض أثناء فترة تخزين الطاقة؛ وخلال فترة انقطاع الطوابق، يضاف الفولط إلى فولتاج المدخلات، ويجبر التيار على أن يتجه إلى أعلى المخرجات، ويجب أن يتعامل مع ارتفاع معدل التموينات العالية لأن معدل النمور لا يحافظ إلا على الإنتاج المتحرك.

Buck-Boost and SEPIC Converters

(أ) استخدام محولي محركات (غير مقصودة أو غير مقصودة) وشركة SEPIC (محولة رئيسية مُعدلة) إما موصل واحد أو موصلين مقترنين، وفي شركة SEPIC، تقوم شركة تجميعية بنقل الطاقة بين مدخل ومرحلتي الإنتاج، ويجب أن يكون اختيار الموصلات هو الذي يُحسب في معظم الأحيان لمواد الانقلابات العالية.

التنفيذ العملي والتعلم

ولا توجد مكونات مثالية في العالم الحقيقي؛ ولا توجد في العواصم الطفيلية والعبوات من آثار ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ودليل المكونات، والهيكلات الداخلية التي تتدهور الأداء، ولا بد من وضع مخططات سليمة لتحقيق الفوائد المرجوة من عناصر تخزين الطاقة.

التقليل إلى أدنى حد من المواصفات والقدرات

ويجب وضع الموصلات والمكثفات على مقربة من العقد المبدل والشحن قدر الإمكان للتقليل إلى أدنى حد من منطقة الحلقة، وينبغي أن تظل الحلقة العالية الجارية (المنتجات المشغلة والمحولة ومنتجات المضخة) ضيقة، وأن تستخدم آثارا واسعة وقصيرة من النحاس للمسارات العالية السرعة، أما بالنسبة للمكثفات، فتؤدي إلى انخفاض مخرجات عالية من الترددات.

تنسيب الموصلات والكابسيتور

وينبغي أن يكون موجهاً نحو الحقل المغناطيسي بحيث لا يتدخل في الدائرة الحساسة للناقلات أو الموصلات الأخرى في النظام، وأن يبعد الموصلات عن حافة اللوح وعن المكونات الحساسة للكهرباء، وينبغي وضع أجهزة لسحب رؤوس الإنتاج بعد الخاطف، على أقرب تقدير، وأن يخفضوا من حجم النجمة الأرضية إلى أقصى حد ممكن.

الإدارة الحرارية

وتولد الخسائر الأساسية في الخاطفين والخسائر النحاسية حرارة، وتكفل وجود مساحة كافية من النحاس حول الموصل لتدفئة الحرارة، وتنظر في التبريد القسري للهواء إذا كانت درجة الحرارة المحيطة مرتفعة، وتعتمد القدرة على درجة الحرارة بشدة؛ وتزيد درجة الحرارة في كل 10 درجات مئوية من العمر النصف عادة من حياة الكهرومغناطيسي الألمنيوم، وتُعدل أجهزة الاستنشاق التي تُحسب لمدى درجات الحرارة التشغيلية (105 درجة مئوية أو أعلى).

التقنيات المتقدمة

وفي التطبيقات الصعبة، قد لا يكفي الاختيار والتصميم الأساسيان، فالتقنيات التالية تعزز الأداء والموثوقية.

دوائر نوببر للتضليل

ويتسبب التحول في الرنين بسبب العتبات الطفيلية والاختلالات، ويُختار الناظر (شبكة من سلسلة RC) عبر المحول أو يمكن للموصل أن يخفض هذا الرنين، وعادة ما تكون قيمة الخاطف في حدود عدة مئات من البيكوفارات إلى عدد قليل من البسكويتات، وتُختار القيمة المقاومة لخفض آثار الإجهاد الناجم عن حركة تحرير الكونغو.

المتعهدون المتعددو المراحل والمتدخلون

وبالنسبة للنواتج العالية السرعة، يستخدم المحولات المتعددة المراحل من الطين المحولات المزودة بأجهزة متعددة، مع تدقيق مراحلها في الوقت المناسب، وهذا التداخل يقلل من حجم المدخلات والنواتج، ويتيح للموصلات الصغيرة والمكثفات، ويضاعف التردد الفعّال بعدد المراحل، ويبسط التصفير، ويستلزم أيضا تحقيق توازن دقيق بين المراحل في أي تصميم أقل من المراحل لتجنب التشبع في أي منتج واحد.

استخدام أجهزة الكابات السيرامية ضد أجهزة الكابلات الكهربائية

ويعرض المكثفات المتحركة أقل قدر من التسارع في التقلبات الاقتصادية وأفضل أداء في حالات التقلب، ولكن انخفاضها بدرجة كبيرة تحت تحيزات البلدان النامية (حتى 60 إلى 80 في المائة بالنسبة للاختلالات التراكمية/الغاز التراكمي) ويجب أن يُدرج ذلك في التصميم: اختيار نسبة أعلى من التداعم الإسنامي أو استخدام مقياس غذائي قابل للتضخم (مثلاً، التراكمي/الخام)

خاتمة

إن عناصر تخزين الطاقة - الموصلات والمكثفات - هي العمود الفقري لتبديل إمدادات الطاقة، إذ أن اختيارها وتنسيبها على نحو سليم يحدد الكفاءة، والنواتج، والاستجابة العابرة، والموثوقية، ويضمن فهم المبادئ الأساسية لتخزين الطاقة، وتأثير الآثار الطفيلية، والمطالب الفريدة من نوعها من التضاريس، أن يخلق المصممون إمدادات من الطاقة تفي بأهداف الأداء الصارمة.