مصدر الطاقة المستقر بالتبديل هو نوع من مصادر الطاقة يعمل باستخدام ترانزستورات التبديل للتحكم في جهد خرج مصدر الطاقة، لتحقيق خرج مستقر. يمكن تقسيم مبدأ عمله إلى الجوانب التالية:
1. تصنيف مصدر الطاقة المستقر بجهد التبديل
قبل فهم مبدأ عمل مصادر الطاقة ذات الوضع التبديلي، علينا أولاً فهم تصنيفها. بناءً على أوضاع عملها المختلفة، يمكن تقسيم مصادر الطاقة ذات الوضع التبديلي إلى مصادر طاقة ذات وضع تبديلي AC-DC ومصادر طاقة ذات وضع تبديلي DC-DC.
مزود طاقة التبديل AC-DC: جهد الإدخال هو طاقة التيار المتردد، والتي يتم تصحيحها وتصفيتها والتحكم فيها بواسطة مفاتيح في دائرة الإدخال لتحويل طاقة التيار المتردد إلى خرج طاقة تيار مستمر مستقر.
مصدر طاقة التبديل DC-DC: جهد الإدخال هو تيار مستمر، والذي تتم معالجته عن طريق التبديل والترشيح وما إلى ذلك في دائرة الإدخال، ثم يخرج تيارًا مستمرًا مستقرًا لتزويد الحمل.
2. مبدأ عمل أنبوب التبديل
في مصادر الطاقة ذات الوضع التبديلي، يُعدّ استخدام ترانزستورات التبديل أمرًا لا غنى عنه. يُشير ترانزستور التبديل عادةً إلى مكونات أشباه الموصلات، مثل الترانزستورات، وترانزستورات تأثير المجال الكهربائي، والترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة، وغيرها. يتميز بانخفاض استهلاك الطاقة الساكنة، وسرعة التبديل العالية، وسهولة التحكم العالية.
عند التحكم في الجهد، فإن الخطوة الأولى هي رفع جهد خرج مصدر الطاقة إلى أعلى من أو يساوي الجهد المطلوب. عندها، يُشغل أنبوب المفتاح، ويدخل التيار إلى المحثّ عبره. عند مرور التيار عبر المحثّ، يتشكل مجال مغناطيسي وتتولد قوة دافعة كهربائية على الأسلاك المحيطة به. تُشكّل هذه القوة الدافعة الكهربائية ما يُسمى بتذبذب حلقي على المكثف، مُولّدةً جهدًا رنينيًا دوريًا. عند فصل أنبوب المفتاح، ينقطع التيار في المحثّ فجأةً، وتُحرّك الطاقة المغناطيسية المُخزّنة فيه التيار لمواصلة التدفق، والذي يستهلكه الحمل عبر طرف الخرج ويُنتج جهدًا ثابتًا. بتكرار هذه العملية، يُمكن تكوين جهد خرج مستقرّ وقابل للتحكم.
3. تنفيذ دائرة تنظيم جهد التبديل
نعلم أن سرعة تحويل أنبوب التحويل عالية جدًا، مما يُمكّن من تحويل الترددات العالية، ويتميّز بتوفير الطاقة والاستقرار والكفاءة العالية. في مصدر طاقة منظم التحويل، تتمثل الخطوة الأولى في تصميم دائرة منظم التحويل للتحكم في ترانزستور التحويل. بعد ذلك، يتم تحقيق جهد خرج مستقر من خلال الترشيح والتغذية الراجعة الحلقية وطرق أخرى.
في مصادر الطاقة المستقرة في وضع التبديل، تشمل الدوائر المستقرة في وضع التبديل المستخدمة بشكل شائع دوائر تثبيت الثنائيات، ودوائر تثبيت المحاثات، ودوائر تثبيت المكونات المغناطيسية، وما إلى ذلك. ومن بينها، الدائرة المستقرة بالمحث هي الأكثر شيوعًا.
تتكون دائرة منظم الجهد الحثي بشكل أساسي من أنابيب التبديل، والمحثات، والمكثفات، والثنائيات، ودوائر الخرج. ويتبع مبدأ عملها نفس المبدأ السابق. عندما يكون أنبوب التبديل موصلاً، يمكن تثبيت جهد الخرج عبر محث، ثم تغذية الحمل عبر دائرة الخرج. وعند فصل ترانزستور التبديل، يمكن تحويل الطاقة داخل المحث إلى جهد خرج عبر الثنائي، وتثبيته.
يمكن تشغيل مصادر الطاقة المستقرة ذات التبديل الصغير والمتوسط مباشرة بواسطة دوائر الترانزستور، في حين تتطلب مصادر الطاقة المستقرة ذات التبديل العالي الطاقة استخدام شرائح التحكم أو دوائر التحكم التناظرية لتحقيق التحكم الدقيق.