Language
Country/Area
No result found
من صمامات القوس الزئبقي إلى أشباه الموصلات الحديثة: كيف غيّر تطور إلكترونيات الطاقة العالم؟
إن التقدم في تكنولوجيا الإلكترونيات القوية، التي تركز على التحكم في الكهرباء وتحويلها، له أهمية خاصة في تحويل نمط حياة المجتمع الحديث. يمكن القول أن اختراع صمام القوس الزئبقي يعود إلى أقدم الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة، وقد أدى إلى بداية عصر جديد من التكنولوجيا. اليوم، لم تحل أجهزة التبديل شبه الموصلية الحديثة مثل الثنائيات والثايرستورات وMOSFETs محل الصمامات المفرغة المبكرة فحسب، بل حققت أيضًا اختراقات تكنولوجية جديدة. تسمح لنا هذه الأجهزة بمعالجة كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية بكفاءة، والتي أصبحت لا غنى عنها في مجموعة متنوعة من المنتجات الإلكترونية.
في نطاق عشرات الواط إلى مئات الواط، تعد محولات التيار المتردد/المستمر (المقومات) أكثر الأجهزة الإلكترونية قوةً وتستخدم على نطاق واسع في أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر الشخصية وشواحن البطاريات.
تاريخ إلكترونيات الطاقة
بدأ تطوير تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة في أوائل القرن العشرين، مع مقوم القوس الزئبقي الذي اخترعه بيتر كوبر هيويت في عام 1902، والذي أصبح جهازًا مهمًا لتحويل التيار المتناوب إلى تيار مستمر. مع ظهور مقوم السيلينيوم في عام 1933، والاختراع اللاحق للترانزستور ثنائي القطب (BJT) ومقوم السيليكون المتحكم (SCR)، دخلت تكنولوجيا الإلكترونيات القوية مرحلة جديدة من التطوير. ومنذ ذلك الحين، أدت التطورات في تكنولوجيا أشباه الموصلات إلى استبدال الصمامات المفرغة تدريجياً بالثنائيات أشباه الموصلات ذات القدرة العالية، كما ظهرت أيضاً تكنولوجيا محركات التردد المتغير.لقد شهد تاريخ تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة ولادة العديد من الابتكارات الرئيسية، مما يجعلها حجر الزاوية الذي لا غنى عنه في الإلكترونيات الصناعية والاستهلاكية الحديثة.
تطبيق أشباه الموصلات الحديثة في إلكترونيات الطاقة
في العقود القليلة الماضية، أدى التطور السريع لتكنولوجيا أشباه الموصلات إلى ظهور أجهزة إلكترونية مختلفة، وأبرزها تكنولوجيات MOSFET و IGBT. تعتبر ترانزستورات MOSFETs من أكثر أجهزة الطاقة شيوعًا في العالم اليوم نظرًا لقدرتها المنخفضة على دفع البوابة وسرعتها العالية في التبديل ومتانتها. بدأ استخدام IGBT على نطاق واسع في تسعينيات القرن العشرين، حيث تم دمج قدرات التعامل مع الطاقة للترانزستورات ثنائية القطب مع مزايا محرك البوابة المعزولة لـ MOSFETs.
تُستخدم ترانزستورات MOSFET للطاقة على نطاق واسع في أجهزة المعلومات المحمولة، ودوائر الطاقة المتكاملة، والهواتف المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والبنية التحتية للاتصالات التي تدعم الإنترنت.
التطورات والتغييرات في المعدات
يعتمد أداء واقتصاد أنظمة الطاقة الإلكترونية الحديثة على خصائص الأجهزة النشطة. مع تحسن الأجهزة ذات الحالة الصلبة في قدرات التعامل مع الجهد والتيار، تم استبدال الأجهزة المفرغة بالكامل تقريبًا. تُستخدم هذه المحولات على نطاق واسع كمفاتيح أو مكبرات صوت، ويجب أن يأخذ تصميمها في الاعتبار الكفاءة وخسائر الطاقة، والتي تعد أمرًا بالغ الأهمية للفعالية الشاملة لمحولات الطاقة الإلكترونية.
سيكون المفتاح المثالي إما تشغيلًا أو إيقافًا، ولا يستهلك أي طاقة، ويمكن لأجهزة أشباه الموصلات تقريب هذا السلوك المثالي، مما يؤدي إلى تحسينات كبيرة في الكفاءة في تطبيقات الإلكترونيات القوية.
محول تيار مستمر/تيار متردد (عاكس)
تنتج محولات التيار المستمر إلى التيار المتردد شكل موجة خرج التيار المتردد من مصدر التيار المستمر، وتستخدم هذه العاكسات عادة في التطبيقات مثل محركات التردد المتغير وأنظمة UPS وأنظمة نقل التيار المتردد المرنة. مع التقدم المستمر للتكنولوجيا، أصبحت أنواع ووظائف العاكسات متنوعة بشكل متزايد. على سبيل المثال، يؤدي ظهور العاكسات متعددة المستويات إلى جعل شكل موجة خرج التيار المتردد الناتج أقرب إلى الموجة الجيبية، وبالتالي تحسين جودة مصدر الطاقة.
تتمتع تقنيات العاكس هذه بخصائصها الخاصة وتتنافس مع بعضها البعض، مما يدفع تطوير الصناعة بأكملها ويغير إلى حد كبير الطريقة التي نستخدم بها الكهرباء.
