اختيار منظم الفولتية المناسب لمشروعك

من المهم جداً في تصميم أي دائرة الكترونية اختيار منظم الفولتية المناسب لها بالاعتماد على قدرة المصدر المجهز للفولتية و القدرة المجهزة إلى الحمل و نوع الدائرة و الكلفة. سنقوم بمناقشة النوعين الأكثر استخداماً و هما Linear Regulator و Buck Converter.

يعمل النوعان على إخراج فولتية ثابتة من مصدر فولتية اكبر من الفولتية المطلوبة ضمن مدى محدد حسب إمكانات المنظم المستخدم.

1. Linear Regulator

يمتاز هذا النوع من منظمات الفولتية بصغر حجمه و قلة كلفته و سهولة ربطه إلى الدائرة. يمكن أن تكون الفولتية الخارجة منه ثابتة حسب مواصفات المنظم (استخدام المنظم LM7805 مثلاً ينتج فولتية ثابتة بمقدار 5 فولت) عندما تكون الفولتية المسلطة عليه ضمن المدى المحدد له, أو يمكن تغيير الفولتية الخارجة منه باستخدام دائرة محددة (مثل استخدام المنظم LM317) حيث ستكون الفولتية الخارجة ثابتة حسب دائرة السيطرة على الفولتية الخارجة المربوطة إليه عندما تكون الفولتية المسلطة عليه ضمن المدى المسموح به.

يعتمد هذا النوع من المنظمات على تحويل القدرة الفائضة إلى حرارة لذلك فإن كفائته تعتبر قليلة جداً مما يجعل استخدامه مع الداوئر التي تتم تغذيتها عن طريق بطاريات غير مجدي كما يجب استخدام مبدد حراري Heat Sink عند استخدامه في دوائر ذات قدرة عالية أو عندما يكون الفرق بين الفولتية الداخلة و الفولتية الخارجة عالي نسبيا.

إن كمية القدرة الضائعة (على شكل حرارة) في هذا النوع من المنظمات يساوي الفولتية المُخَفَضّة مضروبة في التيار المار أي
(Ploss = (Vin-Vout)*I)

فلنفترض إن لدينا مصدر فولتية 12 فولت يستخدم لتجهيز حمل يعمل على فولتية 5 فولت و يحتاج إلى تيار 500 ملي أمبير عن طريق منظم فولتية LM7805, ستكون القدرة المفقودة ((12-5)*0.5) = 3.5 واط. لذلك فإن استخدام هذا النوع من المنظمات لتجهيز هكذا أحمال بدون استخدام مبدد حراري سيتسبب في انفصال الفولتية عن الحمل بسبب وجود حماية داخل المنظم تعمل على فصل الفولتية عند وصول الحرارة إلى مستوى معين لحمايته من التلف. إن القدرة الداخلة في المثال أعلاه هي (12*0.5) = 6 واط لذلك فإن كفاءة المنظم في هذه الحالة تكون ما يقارب 42% وهي كفاءة قليلة جداً حيث ستكون الخسائر اعلى من القدرة المجهزة.

2. Buck Converter

يحتوي هذا النوع من منظمات الفولتية على دائرة بسيطة نقوم بالسيطرة على الفولتية الخارجة منه للحفاظ على قيمتها ثابتة حسب القيمة المطلوبة و التي يمكن تحديدها عن طريق تحريك المقاومة المتغيرة الموجودة عليها. تحتوي هذه الدائرة عادةً على ملف و متسعة إضافة الى دايود مع وحدة تحكم تقوم بقياس الفولتية الخارجة و مقارنتها مع الفولتية المطلوبة للسيطرة على ترانزستور يقوم بتوصيل التغذية او فصلها حسب الحاجة.

نلاحظ من الشكل أعلاه إن توصيل المصدر إلى الدائرة (عندما تقوم وحدة التحكم بغلق الترانزستور) سيتسبب بسريان التيار عبر الملف إلى الحمل. إن وجود الملف هنا يساعد على منع تغير التيار المار بشكل مفاجيء في حين تساعد المتسعة المربوطة على التوازي مع الحمل على الحفاظ على مستوى الفولتية مستقر نسبياً. أما عند فصل مصدر الفولتية عن الدائرة فإن الملف سيقوم بتفريغ الطاقة المخزنة به عبر الحمل و الدايود كما موضح في الصورة, لذلك فإن الفولتية و التيار المجهزة للحمل ستكون مستقرة بشكل قريب جدا مما لو كانت مربوطة إلى مصدر DC مباشر.

يمتاز هذا النوع من المنظمات بكفاءته العالية جدا حيث ان تجهيز حمل يحتاج إلى 500 ملي أمبير بفولتية 5 فولت باستخدام فولتية 12 فولت عن طريق هذا النوع من المنظمات يحتاج فقط إلى 220 ملي أمبير (حسب التجارب العملية) أي انه يعمل بكفاءة تقترب مع 95% لذلك فهو مناسب جدا للاستخدام مع الدوائر التي تتم تغذيتها من البطاريات كما إن الحرارة المنبعثة منه قليلة جدا تكاد لا تذكر و هو ليس بحاجة إلى مبدد حرارة.

يعتبر هذا النوع مكلف مقارنة بالمنظمات الخطية Linear Regulators كما يجب الانتباه إلى وجود ملف في دائرة تنظيم الفولتية قد يحدث تداخل مع دائرتك إذا كانت تعتمد على إرسال أو استقبال الموجات لذلك يجب استخدام النوع الآخر من المنظمات في مثل هذه الدوائر بالرغم من قلة كفائته.