الدليل الشامل للتيار المستمر والجهد الثابت

نحن محاطون بـ"الطوب الأسود الصغير" - شواحن الهواتف، وإمدادات طاقة أجهزة الكمبيوتر المحمولة، ومشغلات LED. غالبًا ما نستخدم مصطلحي "إمدادات الطاقة" و"الشاحن" بالتبادل، ولكنهما عمليًا مختلفان تمامًا.

استخدام النوع الخاطئ لن يؤدي فقط إلى تعطل الجهاز، بل قد يؤدي أيضًا إلى ارتفاع درجة حرارته، أو نشوب حريق، أو تلف أجهزتك الإلكترونية بشكل دائم.

ستتناول هذه المقالة بعمق الاختلافات الأساسية بين هذه الأجهزة، بدءًا من "الفرق الأساسي بين مصدر الطاقة والشاحن" وحتى التقنيات الأساسية التي تعمل على تشغيلها: الجهد الثابت (CV) والتيار الثابت (CC).

1. الفرق الأساسي: مصدر الطاقة مقابل الشاحن

أولاً، يجب علينا توضيح المفهوم الخاطئ الأكثر شيوعًا.

• مزود الطاقة: وظيفته توفير الطاقة اللازمة لتشغيل الجهاز. يشبه مضخة الماء، إذ يوفر ضغطًا ثابتًا (جهدًا)، مما يسمح للجهاز (مثل الكمبيوتر المحمول أو شاشة LED) باستهلاك التيار الكهربائي. العمل الآن.

• الشاحن: وظيفته تجديد طاقة البطارية. يشبه آلة تعبئة زجاجات ذكية. يجب أن يكون يدير "التدفق" (التيار) لضمان ملء "الزجاجة" (البطارية) بسرعة ولكن ليس بقوة كبيرة حتى لا تنفجر.

يوفر مصدر الطاقة الطاقة الفورية للتشغيل؛ ويدير الشاحن تخزين الطاقة.

2. وضعا النواة: الجهد الثابت (CV) مقابل التيار الثابت (CC)

سواء كان مصدر طاقة أو شاحنًا، فإن تشغيله يتم من خلال وضعين أساسيين.

⚡ الجهد الثابت (CV)

• التعريف: يحافظ على جهد خرج ثابت ومستقر (على سبيل المثال، 5 فولت، 12 فولت، 24 فولت).

• كيف يعمل: يتم قفل الجهد، والتيار الذي يوفره يختلف بناءً على الحمل (ما هو متصل به).

• التطبيقات:

  1. تتطلب معظم الأجهزة الإلكترونية: الكمبيوتر المحمول، وجهاز التوجيه، والشاشة، جهدًا ثابتًا للعمل.

  2. مصدر طاقة بجهد ثابت لتطبيقات LED: هذا مثالي لشرائط LED. لماذا؟ لأن شرائط LED مصممة بمقاومات مدمجة لتحديد التيار. كل ما تحتاجه هو مصدر طاقة ثابت ١٢ فولت أو ٢٤ فولت لتعمل بشكل صحيح.

⚡ التيار المستمر (CC)

• التعريف: يحافظ على تيار خرج ثابت ومستقر (على سبيل المثال، 350 مللي أمبير، 700 مللي أمبير).

• كيف يعمل: يتم قفل التيار، ويتم تثبيت الجهد. يتم التعديل تلقائيًا لتتناسب مع الحمل.

• التطبيقات:

  1. مصابيح LED عالية الطاقة: هذا هو الاستخدام الرئيسي لمصابيح CC. مصباح LED واحد (كما في كشاف الضوء) حساس للغاية للتيار الكهربائي.

  2. "مشغل LED ذو التيار المستمر يمنع الانفلات الحراري": هذا مفهوم بالغ الأهمية. فعندما يسخن LED، تنخفض مقاومته الداخلية. إذا استخدمت مصدر جهد ثابت (CV)، فإن الجهد الثابت مع انخفاض المقاومة (قانون أوم): $I = V/R$) من شأنه أن يسبب التيار ($I$) للارتفاع بشكل كبير. هذا يزيد من سخونة الصمام الثنائي الباعث للضوء، مما يقلل من مقاومته أكثر... حلقة مفرغة تُسمى "الانفلات الحراري" تنتهي باحتراق الصمام الثنائي الباعث للضوء. يوقف محرك التيار المستمر هذا عن طريق إجبار أن يظل التيار كما هو، بغض النظر عن التغيرات في درجات الحرارة.

3. حالة التطبيق 1: اختيار حلول الإضاءة LED

عند "اختيار حلول الإضاءة LED مع مصادر الطاقة المناسبة"، عليك اتخاذ قرار.

"كيفية الاختيار بين محركات التيار المستمر والجهد الثابت لمصابيح LED":

• اختر محرك الجهد الثابت (CV) إذا:

  • أنت تستخدم شرائط LED.

  • أنت تستخدم وحدات LED التي تحتوي بالفعل على برامج تشغيل أو مقاومات مدمجة.

  • يتعين عليك توصيل العديد من وحدات LED بالتوازي وتريد أن تتلقى جميعها نفس الجهد.

• اختر محرك التيار المستمر (CC) إذا:

  • أنت تستخدم مصابيح LED عالية الطاقة، إما بشكل فردي أو موصولة على التوالي (على سبيل المثال، مصابيح COB، ومصابيح الشوارع).

  • تم تصنيف جهاز LED الخاص بك صراحةً لمدخل تيار ثابت "XXX mA".

  • أنت تبحث عن أقصى قدر من الكفاءة والتحكم في السطوع وأطول عمر افتراضي ممكن لمصباح LED.

4. حالة التطبيق الثانية: شاحن البطاريات الحديث

ربما يكون هذا هو التطبيق الأمثل لتكامل الوضعين. شاحن بطارية حديث، وخاصةً "شاحن بطارية CC-CV بتصميم آمن لبطاريات الليثيوم"، يُجسّد هذه الشراكة ببراعة.

"يستخدم الشاحن وضع الجهد الثابت ووضع التيار الثابت كما هو موضح":

عادةً ما تتضمن عملية شحن بطارية الليثيوم أيون ثلاث مراحل:

1. الشحن المسبق (إذا لزم الأمر): إذا تم تفريغ البطارية بشكل كبير، يستخدم الشاحن تيارًا صغيرًا ولطيفًا لإيقاظها بأمان.

2. مرحلة التيار المستمر (CC): هذه هي مرحلة الشحن الرئيسية. تكون البطارية بجهد منخفض، لذا يُغذيها الشاحن بتيار مستمر. الأسرع والأكثر أمانًا والثابت التيار (على سبيل المثال، 2A). خلال هذا الوقت، يرتفع جهد البطارية بشكل مطرد.

3. مرحلة الجهد الثابت (CV): بمجرد وصول جهد البطارية إلى ذروته (على سبيل المثال، 4.2 فولت)، يقوم الشاحن بتبديل الأوضاع على الفور. يقفل الجهد عند 4.2 فولت ويثبتها هناك. مع امتلاء البطارية، ترتفع مقاومتها الداخلية، وينخفض تيار الشحن بشكل طبيعي.

4. الإنهاء: عندما ينخفض التيار إلى مستوى منخفض للغاية (على سبيل المثال، 0.1 أمبير)، فإن الشاحن، والذي قد يكون شاحنًا ذكيًا، يعرف أن البطارية ممتلئة ويوقف العملية تمامًا.

تعد آلية CC-CV هذه بمثابة المفتاح لشحن البطاريات بسرعة وأمان، ومنع الشحن الزائد الخطير.

5. مواضيع متقدمة: تحويل الطاقة وتصميم الدوائر

كيف تم التوصل إلى هذا المنطق المعقد؟

• محولات DC-DC:

  • "محول DC-DC منخفض الجهد لتشغيل شرائط LED والأجهزة ذات الجهد المنخفض": يستخدم هذا لأخذ جهد أعلى (على سبيل المثال، محول طاقة 24 فولت) و"خفضه" بكفاءة إلى 12 فولت لشريط LED أو 5 فولت لجهاز USB.

• "محول DC-DC رافع لزيادة جهد شحن البطارية": يمكنه أخذ مدخل USB 5 فولت و"رفعه" إلى 12.6 فولت اللازمة لشحن مجموعة بطاريات ليثيوم مكونة من 3 خلايا (11.1 فولت).

• تحويل مصدر الطاقة إلى شاحن:

  • هل يمكنك التحدث عن "استخدام الثنائيات ودوائر التغذية الراجعة لتحويل مصدر الطاقة إلى شاحن"؟

  • من الناحية الفنية، نعم، ولكن من غير المستحسن القيام بذلك على الإطلاق بالنسبة للبطاريات الحديثة.

  • الصمام الثنائي البسيط يمنع التيار العكسي فقط؛ لا استطيع تنفيذ منطق CC-CV.

  • يتطلب التحويل السليم تصميمًا معقدًا لدائرة التغذية الراجعة في تحويل الشاحن وتنظيمه. يجب أن تراقب دائرة التغذية الراجعة هذه بنشاط كلاهما جهد الخرج والتيار، ثم التحكم بشكل ديناميكي في محول DC-DC لمتابعة منحنى الشحن CC-CV الدقيق.

6. الخاتمة: كيفية اتخاذ القرار الصحيح

وأخيرًا، دعونا نعود إلى هذا المصطلح الشامل: محول الطاقة.

عند "اختيار محول الطاقة المناسب لبرامج تشغيل LED وشواحن البطاريات"، يجب أن تتذكر:

1. اقرأ الملصق!

   • الإخراج: 12 فولت ⎓ 2 أمبير (فولت ثابت) = مصدر طاقة بجهد ثابت (CV).

   • الإخراج: 700 مللي أمبير، 20-40 فولت تيار مستمر (ثابت A) = محرك LED ذو تيار ثابت (CC).

   • الإخراج: 4.2 فولت / 1 أمبير (غالبًا مع "شاحن" أو رمز البطارية) = شاحن البطارية.

2. استخدم الأداة المناسبة للعمل!

   • لا تستخدم مصدر طاقة السيرة الذاتية أبدًا مباشرة قم بتشغيل مصباح LED عالي الطاقة (سوف يحترق).

   • لا تستخدم مطلقًا برنامج تشغيل CC LED لتشغيل الكمبيوتر المحمول (سيؤدي ذلك إلى تلفه).

   • لا تستخدم أبدًا مصدر طاقة CV قياسيًا لشحن بطارية ليثيوم أيون (هذا أمر خطير للغاية ويشكل خطر حريق كبير).

إن فهم الفرق بين CV وCC ليس مجرد معلومات تقنية بسيطة، بل هو خطوة بالغة الأهمية في الحفاظ على سلامة أجهزتك ونفسك.