مبدل جهد مستمر

التحويل الإلكتروني

وفي السياق ذاته، تتميز المبدلات التبديلية عادةً بكفاءة أعلى من المنظمات الخطية، لأن عنصر القدرة يعمل في أغلب الوقت في حالتي التوصيل الكامل أو القطع، بدلًا من إسقاط فرق الجهد عليه باستمرار وتبديد القدرة على هيئة حرارة.

ومن جهة أخرى، أسهم استخدام ترانزستورات القدرة ذات تأثير المجال، وخصوصًا ترانزستورات MOSFET، في رفع كفاءة المبدلات وإتاحة تشغيلها عند ترددات مرتفعة. كما أدى استبدال صمام التقويم بترانزستور يجري التحكم فيه، فيما يسمى بالتقويم المتزامن، إلى تقليل خسائر التوصيل، خصوصًا في تطبيقات الجهود المنخفضة والتيارات المرتفعة.

كذلك، يمكن تصميم المبدل لنقل الطاقة في اتجاه واحد من الدخل إلى الخرج، كما يمكن تصميم مبدلات ثنائية الاتجاه تسمح بتغيير اتجاه انتقال الطاقة باستخدام مفاتيح قدرة فعالة يجري التحكم فيها.

ومن ناحية أخرى، تخزن المبدلات التبديلية طاقة الدخل مؤقتًا، ثم تنقلها إلى الخرج عند مستوى جهد مختلف. وقد تُخزن الطاقة في مجال مغناطيسي باستعمال المحاثات أو المحولات، أو في مجال كهربائي باستعمال المكثفات.

إضافةً إلى ذلك، ومع ذلك، تسبب الانتقالات السريعة للجهد والتيار خسائر تبديل وضوضاء كهرومغناطيسية، كما تجعل العناصر الطفيلية الناتجة عن التوصيلات وتصميم لوحة الدارة عاملًا مهمًا في أداء المبدل واستقراره وانبعاثاته الكهرومغناطيسية.

التطبيقات

وفي السياق ذاته، تُستعمل مبدلات الجهد المستمر في الأجهزة الإلكترونية المحمولة، مثل الهواتف والحواسيب المحمولة، لأن هذه الأجهزة تحتوي عادةً على عدة دارات فرعية تحتاج إلى جهود مختلفة عن جهد البطارية. كما يتغير جهد البطارية أثناء التفريغ، ولذلك ينظم المبدل جهد الخرج للحفاظ على تشغيل الدارات ضمن مجالها المطلوب.

إضافةً إلى ذلك، تُستعمل المبدلات كذلك في أنظمة الطاقة الشمسية (Solar Power Systems) وطاقة الرياح (Wind Power Systems) ضمن دوائر تحسين استخلاص القدرة. وفي المركبات الكهربائية (Electric Vehicles - EVs)، يخفض مبدل الجهد المستمر الجهد المرتفع لبطارية الدفع إلى جهد منخفض، غالبًا 12 فولت، لتشغيل الإضاءة والمراوح والأنظمة الإلكترونية وشحن البطارية المساعدة.

وفي هذا السياق، تنظم أغلب مبدلات التيار المستمر جهد الخرج، إلا أن بعض التطبيقات تنظم تيار الخرج بدلًا من الجهد، مثل مصادر تشغيل الثنائيات الباعثة للضوء (LED Drivers). وتوجد كذلك مضخات شحنة (Charge Pumps) بسيطة تضاعف الجهد أو ترفعه إلى مضاعفات محددة.

المبدلات المغناطيسية

في هذا الإطار، تخزن المبدلات المغناطيسية الطاقة دوريًا في المجال المغناطيسي لمحث أو محولة، ثم تحررها إلى الحمل. ويجري التحكم في متوسط الطاقة المنقولة عادةً بتغيير دورة العمل، أي نسبة زمن توصيل المفتاح إلى زمن دورة التبديل الكلية.

• انظر كذلك
• مبدل خافض للجهد
• مبدل خافض رافع للجهد
• مبدل رافع للجهد
• مضاعف جهد
• محول أمامي
• محول جهد سعوي

تاريخ

وفي هذا الصدد، قبل تطوير أشباه موصلات القدرة (Power Semiconductors)، كان رفع جهد مصدر مستمر منخفض في التطبيقات قليلة القدرة يُنفذ بتحويل التيار المستمر أولًا إلى تيار متناوب باستعمال هزاز كهروميكانيكي، ثم تمرير الجهد الناتج عبر محولة رافعة للجهد (Transformer)، وأخيرًا تقويمه مرة أخرى للحصول على جهد مستمر.

ومن جهة أخرى، أما عند الحاجة إلى قدرات أعلى، فاستُخدمت مجموعات المحرك–المولد (Motor–Generator Sets)، حيث يدير محرك كهربائي مولدًا ينتج الجهد المطلوب. وجُمعت الوظيفتان أحيانًا في آلة واحدة تعرف باسم «الديناموتور (Dynamotor)». اتسمت هذه الأنظمة بانخفاض كفاءتها وارتفاع حجمها وتكلفتها، ولذلك لم تُستعمل إلا عند غياب البدائل المناسبة.

وفي السياق ذاته، أتاح ظهور أشباه موصلات القدرة والدارات المتكاملة تطوير مبدلات إلكترونية أصغر حجمًا وأعلى كفاءة. تعتمد كثير من هذه المبدلات على تقطيع الجهد المستمر إلى موجة عالية التردد، ثم تغيير مستواها باستعمال العناصر المغناطيسية (Magnetic Components)، وتقويمها وترشيحها لإنتاج الجهد المستمر المطلوب.