مترجم الجهد ورقاقة تغيير المستوى

تتمثل الوظيفة الأساسية لمترجم الجهد وشريحة تحويل المستوى في ضبط سعة جهد الإدخال لإخراج جهد مستهدف ثابت يمكن التحكم فيه، وبالتالي تلبية متطلبات مصدر الطاقة للوحدات المختلفة داخل النظام. حسب نوع التحويل، يتم تصنيف محولات الجهد على نطاق واسع إلى محولات DC - DC ومحولات AC - DC. تُستخدم محولات التيار المتردد - عادةً لتحويل التيار المتردد عالي الجهد- من شبكة الطاقة إلى تيار مباشر منخفض الجهد- مناسب للأجهزة الإلكترونية، حيث يعمل بمثابة وحدة تحويل الإدخال للمحولات وأجهزة التوصيل-. DC- محولات التيار المستمر هي النوع الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية المحمولة والمعدات الصناعية، ويمكن تقسيمها أيضًا إلى منظمات خطية (LDO) ومحولات تبديل. تحقق المنظمات الخطية تنظيم الجهد الكهربي من خلال انخفاض الجهد الخطي عبر أجهزة أشباه الموصلات، وتتميز بهيكل دائرة بسيط، وتموج خرج منخفض، وتكلفة منخفضة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات -الحمل-التيار المنخفض والحساسة للضوضاء- مثل مصدر الطاقة لوحدات الصوت التناظرية. ومع ذلك، تنخفض كفاءة استخدام الطاقة مع زيادة فرق الجهد الكهربي للدخل-: كلما زاد فرق الجهد، زاد فقدان الطاقة. تعمل محولات الجهد الكهربي على تنظيم جهد الخرج من خلال التحكم في دورة تشغيل ترانزستورات الطاقة، ودعم التحويل-للأعلى والأسفل-. تتجاوز كفاءة استخدام الطاقة بشكل عام 90%، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات التيار العالي-مثل المعالجات وأنظمة إمداد طاقة البطاريات. تشمل عيوب محولات الجهد الكهربي التداخل المموج والكهرومغناطيسي الناتج عن عمليات التبديل، والتي تتطلب مكونات ترشيح محيطية إضافية للتخفيف من حدتها. في المجالات ذات المتطلبات العالية لكثافة الطاقة العالية، مثل الشحن السريع ومركبات الطاقة الجديدة ومراكز البيانات، يمكن لمحولات الجهد المصنعة باستخدام مواد أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة- بما في ذلك نيتريد الغاليوم (GaN) وكربيد السيليكون (SiC) دعم ترددات التحويل الأعلى، مما يقلل حجم المنتج بشكل كبير ويحسن كفاءة التحويل.

تتمثل الوظيفة الأساسية لشريحة تحويل المستوى في مطابقة واجهات الإشارة التي تعمل وفقًا لمعايير مستوى منطقي مختلفة، مما يضمن نقل إشارة موثوقًا بين الأجهزة عبر مجالات الجهد المختلفة. بشكل أساسي، تقوم هذه الرقائق فقط بتحويل سعة جهد الإشارات ولا تقوم بوظائف تحويل مصدر الطاقة. في الأنظمة الإلكترونية الحديثة، غالبًا ما تعمل الرقائق المختلفة بمستويات جهد مختلفة: تشمل الأمثلة الأجهزة المنطقية التقليدية 5V TTL، ورقائق FPGA 3.3V، ووحدات التحكم الدقيقة 1.8V، وحتى المعالجات الأساسية الفرعية -1V. نظرًا لأن تعريفاتهم للمستويات المنطقية العالية والمنخفضة غير متسقة، فإن الاتصال البيني المباشر يمكن أن يؤدي إلى أخطاء في تحديد المنطق، أو حتى إرهاق الجهاز الناجم عن عدم تطابق الجهد، وقد تم تصميم محولات المستوى خصيصًا لحل هذه المشكلة. تدعم محولات المستوى المشترك تحويل المستوى ثنائي الاتجاه، بينما تتوفر أيضًا منتجات تحويل أحادية الاتجاه. تم أيضًا تطوير نماذج متخصصة لواجهات اتصالات مختلفة: على سبيل المثال،-محولات مستوى الأغراض العامة للناقلات التسلسلية العامة بما في ذلك I2C وSPI، بالإضافة إلى شرائح محولات المستوى المخصصة للواجهات عالية السرعة-بما في ذلك HDMI وUSB وCAN bus، والتي يمكنها تلبية متطلبات معدلات النقل المختلفة وبروتوكولات الاتصال المختلفة. مصنفة حسب مبدأ القيادة، يمكن تقسيم محولات المستوى إلى نوع مقسم الجهد الترانزستور، ونوع مفتاح MOSFET، ونوع محرك المخزن المؤقت وتكوينات أخرى. في الوقت الحالي، تتميز شرائح تحويل المستوى المتكاملة بالحجم الصغير والموثوقية العالية، وقد حلت محل حلول المكونات المنفصلة (مثل مقاومات مقسم الجهد، وتستخدم على نطاق واسع في سيناريوهات التطبيقات التي تتطلب اتصال مجال الجهد المتقاطع، بما في ذلك أنظمة المعالجات متعددة النواة وعقد استشعار إنترنت الأشياء وإلكترونيات السيارات.