مزود الطاقة

تُصنّف مصادر الطاقة بطرقٍ متنوعة، بما في ذلك حسب خصائصها الوظيفية. على سبيل المثال، مصدر الطاقة المُنظّم هو الذي يحافظ على جهد أو تيار خرج ثابت بغض النظر عن تغيرات تيار الحمل أو جهد الدخل. في المقابل، قد يتغير خرج مصدر الطاقة غير المُنظّم بشكلٍ كبير عند تغير جهد دخله أو تيار حمله. تسمح مصادر الطاقة القابلة للتعديل ببرمجة جهد أو تيار الخرج بواسطة أدوات تحكم ميكانيكية (مثل المقابض الموجودة على اللوحة الأمامية لمصدر الطاقة)، ​​أو عن طريق مدخل تحكم، أو كليهما. مصدر الطاقة المُنظّم القابل للتعديل هو الذي يجمع بين خاصيتي التعديل والتنظيم. يتميز مصدر الطاقة المعزول بخرج طاقة مستقل كهربائيًا عن مدخل الطاقة؛ وهذا على عكس مصادر الطاقة الأخرى التي تشترك في وصلة مشتركة بين مدخل الطاقة ومخرجها.

تُغلّف وحدات التغذية الكهربائية بطرق مختلفة وتُصنّف وفقًا لذلك. وحدة التغذية المكتبية هي وحدة مستقلة تُستخدم على سطح المكتب في تطبيقات مثل اختبار الدوائر وتطويرها. أما وحدات التغذية ذات الإطار المفتوح، فلها غلاف ميكانيكي جزئي فقط، يتكون أحيانًا من قاعدة تثبيت فقط؛ وعادةً ما تُدمج هذه الوحدات في الآلات أو المعدات الأخرى. بينما صُممت وحدات التغذية المثبتة على الرفوف لتثبيتها في رفوف المعدات الإلكترونية القياسية. وحدة التغذية المتكاملة هي التي تشترك في لوحة دوائر مطبوعة واحدة مع الجهاز المتصل بها. أما وحدة التغذية الخارجية ، أو محول التيار المتردد ، أو وحدة الطاقة ، فهي وحدة تغذية موجودة في سلك الطاقة الخاص بالجهاز المتصل به، والذي يُوصل بمقبس الحائط؛ بينما وحدة التغذية الخارجية المدمجة هي وحدة تغذية خارجية مدمجة في قابس المقبس نفسه. تحظى هذه الوحدات بشعبية في الإلكترونيات الاستهلاكية نظرًا لسلامتها؛ حيث يتم تحويل التيار الرئيسي الخطير (120 أو 240 فولت) إلى جهد أكثر أمانًا قبل دخوله إلى الجهاز.

يمكن تقسيم مصادر الطاقة بشكل عام إلى نوعين : خطية وتبديلية . تعالج محولات الطاقة الخطية الطاقة الداخلة مباشرةً، حيث تعمل جميع مكونات تحويل الطاقة الفعالة ضمن نطاقات تشغيلها الخطية. أما في محولات الطاقة التبديلية، فتُحوّل الطاقة الداخلة إلى نبضات تيار متردد أو تيار مستمر قبل المعالجة، وذلك بواسطة مكونات تعمل في الغالب في أوضاع غير خطية (مثل الترانزستورات التي تقضي معظم وقتها في حالة القطع أو التشبع). تُفقد الطاقة (تتحول إلى حرارة) عندما تعمل المكونات ضمن نطاقاتها الخطية، وبالتالي، عادةً ما تكون المحولات التبديلية أكثر كفاءة من المحولات الخطية لأن مكوناتها تقضي وقتًا أقل في نطاقات التشغيل الخطية.

يتم تصنيف مصادر الطاقة أحيانًا وفقًا للغرض المقصود منها، مثل "وحدة التيار المتردد إلى التيار المستمر الأمامية لتحيز الشبكة" أو "محول التيار المستمر إلى التيار المستمر لتنظيم نقطة الحمل (POL)".

يعمل مصدر الطاقة من التيار المتردد إلى التيار المستمر على جهد دخل متردد ويولد جهد خرج مستمر. وبحسب متطلبات التطبيق، قد يحتوي جهد الخرج على كميات متفاوتة من مكونات تردد التيار المتردد، والمعروفة بجهد التموج ، والتي تتأثر بتردد جهد دخل التيار المتردد وبطريقة عمل مصدر الطاقة. يُطلق على مصدر الطاقة الذي يعمل بجهد دخل مستمر اسم محول التيار المستمر إلى التيار المستمر . يركز هذا القسم بشكل أساسي على محول التيار المتردد إلى التيار المستمر.

مصدر طاقة خطي

في وحدة التغذية الخطية، يمر جهد التيار المتردد الداخل أولاً عبر محول طاقة ، ثم يخضع لعمليتي التقويم والترشيح لإنتاج جهد تيار مستمر. يقلل الترشيح من مُركبة تردد التيار المتردد الموجودة في خرج المقوم. قد يكون الترشيح بسيطًا باستخدام مكثف واحد أو معقدًا باستخدام مرشح باي . يعتمد مستوى الترشيح المطلوب في وحدة التغذية على مدى تحمل الحمل الكهربائي للتموج. في بعض التطبيقات، يمكن تجاهل التموج تمامًا. على سبيل المثال، في بعض تطبيقات شحن البطاريات، قد تتكون وحدة التغذية من محول وثنائي فقط، مع وجود مقاومة عند الخرج للحد من تيار الشحن.

يستمد مصدر الطاقة المتردد عادةً الجهد من مقبس الحائط ( مصدر التيار الرئيسي ) ويستخدم محولًا لرفع أو خفض الجهد إلى الجهد المطلوب. وقد تتم عملية ترشيح أيضًا. في بعض الحالات، يكون جهد المصدر مساويًا لجهد الخرج؛ وهذا ما يُسمى محول العزل . بينما لا توفر محولات أخرى لمصدر الطاقة المتردد عزلًا عن التيار الرئيسي؛ وتُسمى هذه المحولات بالمحولات الذاتية ؛ ويُعرف المحول الذاتي ذو الخرج المتغير باسم " فارياك" . صُممت أنواع أخرى من مصادر الطاقة المترددة لتوفير تيار ثابت تقريبًا ، وقد يختلف جهد الخرج تبعًا لمقاومة الحمل. في حالة كون مصدر الطاقة تيارًا مستمرًا (مثل بطارية تخزين السيارة)، يمكن استخدام عاكس ومحول رافع للجهد لتحويله إلى طاقة مترددة. يمكن توفير الطاقة المترددة المحمولة بواسطة مولد كهربائي يعمل بمحرك ديزل أو بنزين (على سبيل المثال، في موقع بناء، أو سيارة، أو قارب، أو لتوليد طاقة احتياطية لخدمات الطوارئ) حيث يمر تياره إلى دائرة تنظيم الجهد لتوفير جهد ثابت عند الخرج. بعض أنواع تحويل الطاقة المترددة لا تستخدم محولًا. إذا كان جهد الخرج مساويًا لجهد الدخل، وكان الغرض الأساسي من الجهاز هو ترشيح التيار المتردد، يُطلق عليه مُنظِّم جهد . أما إذا صُمِّم الجهاز لتوفير طاقة احتياطية، فيُطلق عليه مُزوِّد طاقة غير منقطع . ويمكن تصميم دائرة كهربائية باستخدام مُضاعِف جهد لرفع جهد التيار المتردد مباشرةً؛ وكان هذا التطبيق سابقًا يُستخدم في مُستقبِل التيار المتردد/المستمر الذي يعمل بتقنية الصمامات المفرغة .

في الاستخدام الحديث، يمكن تقسيم مصادر الطاقة المترددة إلى أنظمة أحادية الطور وثلاثية الطور . كما يمكن استخدامها لتغيير التردد والجهد، وغالبًا ما يستخدمها المصنّعون للتحقق من ملاءمة منتجاتهم للاستخدام في بلدان أخرى. تُستخدم مصادر الطاقة المترددة بترددات 230 فولت و50  هرتز، أو 115 فولت و60  هرتز، أو حتى 400  هرتز لاختبار إلكترونيات الطيران.

محول التيار المتردد

محول التيار المتردد هو وحدة تزويد طاقة مدمجة في قابس التيار المتردد الرئيسي . يُعرف محول التيار المتردد أيضًا بأسماء أخرى مثل "محول التوصيل" أو "محول التوصيل"، أو بمصطلحات عامية مثل "محول الحائط". عادةً ما يحتوي محول التيار المتردد على مخرج واحد للتيار المتردد أو المستمر، يتم نقله عبر كابل ثابت إلى موصل، ولكن بعض المحولات تحتوي على مخارج متعددة قد يتم نقلها عبر كابل واحد أو أكثر. تتميز محولات التيار المتردد "العالمية" بموصلات إدخال قابلة للتبديل لتناسب مختلف فولتيات التيار المتردد الرئيسية.

قد تتكون محولات التيار المتردد من محول كهربائي سلبي فقط ؛ أما في حالة محولات التيار المستمر، فتتكون إما من محول كهربائي مزود بعدد قليل من الثنائيات والمكثفات، أو قد تستخدم دوائر تغذية طاقة تعمل بتقنية التبديل. تستهلك محولات التيار المتردد الطاقة (وتنتج مجالات كهربائية ومغناطيسية) حتى عند عدم توصيلها بأي حمل؛ ولهذا السبب تُعرف أحيانًا باسم "مصاصي الكهرباء"، ويمكن توصيلها بموزعات الطاقة لتسهيل تشغيلها وإيقافها.

وحدة تزويد الطاقة القابلة للبرمجة (PPS) هي وحدة تسمح بالتحكم عن بُعد في تشغيلها عبر مدخل تناظري أو واجهة رقمية مثل RS-232 أو GPIB . تشمل الخصائص التي يمكن التحكم بها الجهد والتيار، وفي حالة وحدات تزويد الطاقة ذات خرج التيار المتردد، التردد. تُستخدم هذه الوحدات في تطبيقات متنوعة، منها اختبار المعدات الآلية، ومراقبة نمو البلورات ، وتصنيع أشباه الموصلات، ومولدات الأشعة السينية.

تستخدم وحدات التزويد بالطاقة القابلة للبرمجة عادةً حاسوبًا دقيقًا مدمجًا للتحكم في تشغيلها ومراقبته. وقد تستخدم وحدات التزويد بالطاقة المزودة بواجهة حاسوبية بروتوكولات اتصال خاصة أو بروتوكولات قياسية ولغات تحكم بالأجهزة مثل SCPI .

توفر التطبيقات الأحدث أيضًا واجهات إيثرنت باستخدام بروتوكول TCP/IP أو UDP، أو وصلات SFP (وحدات التوصيل الصغيرة) التي تحمل بروتوكولات خاصة لتحقيق تحكم ومراقبة عاليي الإنتاجية وقابلين للتحديد. يُعد الإيثرنت اليوم الحل الأكثر انتشارًا، نظرًا لفعاليته من حيث التكلفة وسهولة دمجه مع منصات الاختبار الآلية. ^{[ 3 ]}

يستمد جهاز تزويد الطاقة غير المنقطع (UPS) طاقته من مصدرين أو أكثر في آنٍ واحد. وعادةً ما يُغذى مباشرةً من التيار الكهربائي الرئيسي، مع شحن بطارية تخزين في الوقت نفسه. في حال انقطاع التيار الكهربائي الرئيسي، تتولى البطارية المهمة بسرعة كافية لضمان استمرارية الخدمة وعدم انقطاعها. هذا التعريف مهم لأن نقل البيانات عالية السرعة وخدمات الاتصالات تتطلب استمرارية الخدمة. يستخدم بعض المصنّعين معيارًا شبه قياسي يبلغ 4 مللي ثانية. مع ذلك، في حالة البيانات عالية السرعة، حتى 4 مللي ثانية لا تكفي للانتقال من مصدر إلى آخر. يجب أن يتم الانتقال بطريقة "الفصل قبل التوصيل". يُشار إلى جهاز UPS الذي يفي بهذا الشرط باسم UPS حقيقي أو UPS هجين. يعتمد الوقت الذي يوفره جهاز UPS غالبًا على البطاريات وبالتزامن مع المولدات. يمكن أن يتراوح هذا الوقت من 5 إلى 15 دقيقة إلى ساعات أو حتى أيام. في العديد من أنظمة الكمبيوتر، يكفي وقت البطاريات فقط لمنح المشغلين الوقت الكافي لإيقاف تشغيل النظام بشكل منظم. قد تستخدم أنظمة الطاقة غير المنقطعة الأخرى محرك احتراق داخلي أو توربين لتوفير الطاقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي، ويعتمد وقت تشغيل البطارية حينها على المدة التي يستغرقها المولد للعودة إلى العمل وأهمية المعدات التي يتم تزويدها بالطاقة. يُستخدم هذا النوع من الأنظمة في المستشفيات ومراكز البيانات ومراكز الاتصال ومواقع أبراج الاتصالات ومراكز الاتصالات المركزية.

مصدر الطاقة عالي الجهد هو مصدر يُخرج مئات أو آلاف الفولتات. يُستخدم موصل خرج خاص لمنع حدوث الشرارة الكهربائية ، وانهيار العزل، والتلامس البشري العرضي. تُستخدم موصلات المعيار الفيدرالي عادةً للتطبيقات التي تزيد عن 20 كيلوفولت، على الرغم من إمكانية استخدام أنواع أخرى من الموصلات (مثل موصل SHV ) عند الفولتيات المنخفضة. توفر بعض مصادر الطاقة عالية الجهد مدخلًا تناظريًا أو واجهة اتصال رقمية يمكن استخدامها للتحكم في جهد الخرج. تُستخدم مصادر الطاقة عالية الجهد بشكل شائع لتسريع ومعالجة حزم الإلكترونات والأيونات في معدات مثل مولدات الأشعة السينية ، والمجاهر الإلكترونية ، وأعمدة حزم الأيونات المركزة ، وفي مجموعة متنوعة من التطبيقات الأخرى، بما في ذلك الرحلان الكهربائي والإلكتروستاتيكا .

تُوجّه مصادر الطاقة عالية الجهد عادةً الجزء الأكبر من طاقة دخلها إلى عاكس طاقة ، والذي بدوره يُشغّل مُضاعِف جهد أو مُحوِّل جهد عالي ذي نسبة لفات عالية، أو كليهما (عادةً ما يكون مُحوِّلًا متبوعًا بمُضاعِف) لإنتاج جهد عالٍ. يُمرَّر الجهد العالي من مصدر الطاقة عبر موصل خاص، ويُطبَّق أيضًا على مُقسِّم جهد يُحوِّله إلى إشارة قياس جهد منخفض متوافقة مع دوائر الجهد المنخفض. تُستخدم إشارة القياس بواسطة مُتحكِّم ذي حلقة مغلقة يُنظِّم الجهد العالي من خلال التحكُّم في طاقة دخل العاكس، وقد تُنقل أيضًا خارج مصدر الطاقة للسماح لدوائر خارجية بمراقبة خرج الجهد العالي.

يعمل مصدر الطاقة ثنائي القطب في جميع أرباع المستوى الإحداثي للجهد/التيار ، مما يعني أنه يُولّد جهودًا وتيارات موجبة وسالبة حسب الحاجة للحفاظ على استقرار الجهد. ^{[ 4 ]} عندما يتم التحكم في خرجه بإشارة تناظرية منخفضة المستوى، فإنه يُصبح فعليًا مُضخِّمًا تشغيليًا منخفض النطاق الترددي ذو قدرة خرج عالية ونقاط عبور صفرية سلسة. يُستخدم هذا النوع من مصادر الطاقة عادةً لتشغيل الأجهزة المغناطيسية في التطبيقات العلمية.

تستخدم بعض مصادر الطاقة تقنية تحديد التيار بدلاً من قطع التيار في حالة التحميل الزائد. يوجد نوعان من تحديد التيار: التحديد الإلكتروني وتحديد المعاوقة. يشيع استخدام النوع الأول في مصادر الطاقة المستخدمة في المختبرات، بينما يشيع استخدام النوع الثاني في مصادر الطاقة التي تقل قدرتها عن 3 واط.

يعمل محدد التيار العكسي على تقليل تيار الخرج إلى أقل بكثير من الحد الأقصى لتيار عدم وجود عطل.

وحدة تزويد الطاقة الحديثة للحاسوب هي وحدة تزويد طاقة تعمل بتقنية التبديل، حيث تحول التيار المتردد من مصدر الطاقة الرئيسي إلى عدة فولتيات تيار مستمر. وقد حلت وحدات تزويد الطاقة بتقنية التبديل محل وحدات التزويد الخطية نظرًا لانخفاض تكلفتها ووزنها وكفاءتها وحجمها. كما أن تنوع فولتيات الخرج يؤدي إلى اختلاف كبير في متطلبات سحب التيار.

المركبات الكهربائية هي تلك التي تعتمد على الطاقة المولدة من خلال توليد الكهرباء. وتُعد وحدة تزويد الطاقة جزءًا أساسيًا من التصميم اللازم لتحويل طاقة بطارية المركبة ذات الجهد العالي.

تستخدم عملية اللحام بالقوس الكهربائي الكهرباء لربط المعادن عن طريق صهرها. ويتم توفير الكهرباء من خلال مصدر طاقة خاص باللحام ، وقد يكون التيار مترددًا أو مستمرًا . يتطلب اللحام بالقوس الكهربائي تيارات عالية تتراوح عادةً بين 100 و350 أمبير . يمكن لبعض أنواع اللحام استخدام تيار منخفض يصل إلى 10 أمبير، بينما تستخدم بعض تطبيقات اللحام النقطي تيارات تصل إلى 60,000 أمبير لفترة قصيرة جدًا. كانت مصادر طاقة اللحام تتكون من محولات أو محركات تُشغل مولدات كهربائية ؛ أما معدات اللحام الحديثة فتستخدم أشباه الموصلات وقد تتضمن تحكمًا بواسطة معالج دقيق .

تتطلب أنظمة الطيران التجارية والعسكرية على حد سواء مصدر طاقة DC-DC أو AC/DC لتحويل الطاقة إلى جهد كهربائي قابل للاستخدام. وقد تعمل هذه الأنظمة غالبًا بتردد 400 هرتز بهدف تقليل الوزن.

يشمل ذلك السيور الناقلة، وخطوط التجميع، وقارئات الرموز الشريطية، والكاميرات، والمحركات، والمضخات، والتصنيع شبه الجاهز، وغير ذلك.

وتشمل هذه الأجهزة أجهزة التنفس الصناعي، ومضخات التسريب، والأدوات الجراحية وأدوات طب الأسنان، وأجهزة التصوير، والأسرة.