EN
تُعتبر المحولات الكهربائية بمثابة وسيط بين مآخذ الحائط والأجهزة التي تعمل بالبطاريات. فهي تأخذ التيار الكهربائي عالي الجهد المتناوب (AC) من الحائط وتحوله إلى تيار مستمر (DC) منخفض الجهد مطلوب من قبل أجهزتنا، وفي نفس الوقت تضمن أن تدفق الطاقة يتوافق مع احتياجات كل جهاز. لا يدرك معظم الناس أن هذه الصناديق الصغيرة يمكنها فعل شيئين في آن واحد: شحن البطارية الداخلية مع الاستمرار في تزويد الجهاز المتصل بالطاقة. فكّر كيف تعمل الهواتف الذكية عند توصيلها بجهاز كمبيوتر محمول أو كيف تظل معدات المستشفى قيد التشغيل أثناء الشحن. كما أصبحت المحولات الأحدث في السوق أكثر ذكاءً أيضًا. فالعديد منها يعمل مع أنواع مختلفة من البطاريات ويمتثل لمعايير شحن متنوعة، مما يعني أن محولًا واحدًا يمكنه التعامل مع كل شيء من الهواتف إلى الأجهزة اللوحية دون أي فقدان في السرعة أو الكفاءة. إنه بالفعل شيء عملي للغاية.
تحتوي البطاريات في الواقع على طاقتها من خلال تفاعلات كيميائية داخلية، مما يعني أننا بحاجة إلى تحويل التيار المتردد (AC) القادم من الجدران إلى تيار مباشر (DC) قبل أن يتم الشحن بشكل صحيح. معظم محولات الطاقة تقوم بهذه المهمة باستخدام مكونات تُسمى مُستقِّمات ومحولات تأخذ الجهد العالي القادم من المآخذ العادية (عادةً ما يتراوح بين 100 إلى 240 فولت) وتُخفضه إلى مستوى أكثر أمانًا للأجهزة، عادةً حوالي 5 إلى 20 فولت تيار مباشر. تعمل البطاريات الليثيومية والأخرى بشكل أفضل عند هذه المستويات المنخفضة. ووجدت دراسة نُشرت العام الماضي في مجلة Energy Conversion Review أرقامًا مذهلة أيضًا: حوالي 92 بالمائة من جميع مشاكل البطاريات في الأجهزة التي نشتريها يمكن إرجاعها إلى تحويل سيء للجهد الكهربائي. إذن، إتقان هذه العملية ليس فقط أمرًا مهمًا، بل ضروري تمامًا إذا أردنا أن تدوم أجهزتنا لفترة أطول دون إتلاف تلك الوحدات الصغيرة الثمينة داخلها.
من المهم جداً تحقيق التوافق الصحيح بين ما يخرجه المحول وما تحتاجه الجهاز فعلياً من طاقة كهربائية. تشير الدراسات إلى أن حتى اختلافاً صغيراً مثل فولت واحد أكثر أو أقل يمكن أن يقلل عمر بطارية الليثيوم أيون بنسبة تتراوح بين 12 إلى 18 بالمئة وفقاً لدورية Energy Storage Journal الصادرة السنة الماضية. يجب أن يزود المحول بالضبط الجهد المطلوب من قبل الجهاز، وبالنسبة للتيار، فمن الأفضل استخدام قيمة أعلى من المطلوب. خذ الهواتف الذكية مثلاً، فمعظم الأجهزة الحديثة تحتاج إلى حوالي 5 فولت بتيار 2 أمبير. استخدام شاحن بجهد 5 فولت والتيار 3 أمبير يعمل بشكل جيد، لكن استخدام نموذج أرخص بجهد 5 فولت والتيار 1 أمبير قد يعني أوقات شحن أبطأ ويمكن أن يؤدي إلى تآكل أسرع للبطارية مع مرور الوقت.
تحتاج أجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات إلى الجهد الكهربائي الصحيح، مثلًا حوالي 20 فولت، وإلى سعة كهربائية كافية، تقارب 65 واط، كي تعمل بأفضل أداء. الخبر الجيد هو أن محولات توصيل الطاقة عبر منفذ USB-C الحديثة تقوم بذلك تلقائيًا. فهذه الشواحن الذكية تتواصل مع الأجهزة وتُحدد ما تحتاجه من الخيارات المتاحة مثل 5 فولت أو 9 فولت أو 12 فولت. مما يعني أن شاحنًا واحدًا يمكنه العمل مع العديد من الأجهزة المختلفة بأمان. ولكن انتبه إذا حاول أحدهم الاعتماد على محول ضعيف. فالأجزاء الداخلية ستواجه صعوبة في الأداء وتصبح أكثر سخونة من المعتاد. وقد أظهرت الاختبارات ارتفاع درجات الحرارة ما بين 22٪ إلى 34٪ عندما تُستخدم مصادر طاقة غير كافية. هذه الحرارة الزائدة ليست مجرد إزعاج، بل تُحدث تلفًا في الأجهزة الإلكترونية على المدى الطويل.
تأتي محولات الطاقة الحديثة مزودة بدائرة كهربائية معقدة داخلية تتحكم في تدفق الكهرباء وتحافظ على الأمان. تحتوي معظمها على حماية مضمنة ضد ارتفاعات الجهد الكهربائي الخطرة، وتعمل العديد منها على إيقاف الشحن فعليًا عندما ترتفع درجة الحرارة إلى حوالي 158 درجة فهرنهايت. وبحسب بعض الدراسات في هذا المجال، فإن معظم محولات الطاقة عالية الجودة تحتوي هذه الأيام على مراحل متعددة للتحكم في الجهد، وهو أمر بالغ الأهمية لحماية تلك البطاريات الليثيومية الحساسة التي نعتمد عليها بشكل كبير. تقوم التقنية الذكية الموجودة داخل هذه المحولات بتعديل مستمر لطاقة الإخراج وفقًا لما تحتاجه أجهزتنا في كل لحظة. وهذا يعني هدرًا أقل للكهرباء وعمرًا أطول للبطاريات بشكل عام، وهو أمر يقدّره كل من يمتلك هاتفًا ذكيًا بعد يوم طويل بعيدًا عن المنزل.
يمكن أن تكون المحولات القائمة على نيتريد الغاليوم (GaN) أكثر كفاءة بنسبة تصل إلى 40 بالمائة من حيث إدارة الحرارة مقارنة بالإصدارات القديمة المصنوعة من السيليكون، وذلك لأنها تقوم بتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر بشكل أفضل بكثير. ويشمل التصميم أشياء مثل ثقوب في الغلاف ووسادات خاصة مصنوعة من مادة الجرافين تساعد في الحفاظ على برودة السطح بما يكفي، حيث تبقى درجة الحرارة عادة تحت 113 درجة فهرنهايت أو حوالي 45 درجة مئوية. إن الحفاظ على برودة المكونات يُعدّ أمراً في غاية الأهمية. ووفقاً لبعض الدراسات الحديثة المتعلقة بالسوق في عام 2024، إذا ارتفعت درجة الحرارة أثناء التشغيل بمقدار 18 درجة فهرنهايت (أي ما يعادل تقريباً 10 درجات مئوية)، فإن بطاريات الليثيوم أيون تبدأ بالتحلل بشكل أسرع بمعدل 2.3 بالمائة. وهذا يفسر سبب اهتمام الشركات المصنعة كثيراً بهذه التحسينات الحرارية.
يجب استخدام محولات تفي بثلاثة معايير أساسية فقط مع بطاريات الليثيوم أيون:
تزيد المحولات غير المعتمدة من خطر فشل بطاريات الليثيوم أيون بنسبة 78%، مما قد يؤدي إلى تقليل السعة أو حدوث ارتفاع مفرط في الحرارة. يجب دائمًا التأكد من أن إخراج المحول يتطابق مع متطلبات الجهاز قبل الاستخدام.
قد تُوفّر المحولات التابعة لجهات خارجية المال وتجعل من السهل العثور عليها، لكنها تختلف حقاً من حيث جودة الأداء. عادةً ما تأتي الهواتف الذكية هذه الأيام مع نوع من الحماية ضد الجهد الزائد مدمجة بداخلها، على الرغم من أن المحولات الرخيصة غالباً ما تواجه صعوبات في تنظيم التيار بشكل صحيح. هذا يؤدي إلى مختلف المشاكل بما في ذلك البطاريات التي تشحن بشكل غير متساوٍ، وارتفاع درجة حرارة الهاتف أكثر من المعتاد أثناء عمليات الشحن. وبحسب بحث نُشر السنة الماضية من قبل مجموعة سلامة الإلكترونيات الاستهلاكية، فإن الهواتف التي تُشحن باستخدام محولات غير معتمدة أظهرت تدهوراً في حالة البطارية بنسبة بلغت نحو 27 بالمئة بعد 18 شهراً فقط، مقارنة بالهواتف المتصلة بمحولات الشحن الأصلية المصنعة. إذا أراد الأشخاص البقاء بأمان، فمن المنطقي التحقق من قيمة الجهد والتيار الكهربائي الخارجين من المحول. يحتاج الشحن القياسي عادةً إلى نحو 5 فولت بتيار 1 أمبير، بينما يتطلب الشحن السريع ما يقارب 9 فولت و2 أمبير. كما أن من الجدير بالانتباه وجود شهادات مثل علامات UL أو CE على العبوة.
تجعل خاصية الجهد القابل للتعديل في المحولات الكهربائية العالمية (والتي تغطي عادةً نطاق 15 فولت إلى 24 فولت) إمكانية عملها مع معظم طرازات أجهزة الكمبيوتر المحمولة، على الرغم من وجود عيب. هذه المحولات عمومًا ما تكون ذات نطاقات تحمّل أوسع تصل إلى +/- 10%، في حين تكون المواصفات الخاصة بالمصنعين الأصليين أكثر دقة عند حوالي +/- 5%. مع مرور الوقت، يمكن أن يؤدي هذا الفرق إلى تآكل بطاريات أجهزة الكمبيوتر المحمولة. عند شراء أحد هذه المحولات، من المهم التأكد أولًا من مطابقة الجهد المطلوب بدقة. تحتاج العديد من أجهزة الكمبيوتر المحمولة المستخدمة في الأعمال مثلاً إلى 19.5 فولت تمامًا. كما أن توصيل التيار مهم أيضًا، خاصةً لتلك التصاميم الرفيعة من الأجهزة المحمولة التي تتطلب عادةً ما بين 3.25 أمبير و4.62 أمبير. ولا تنسَ التحقق من توافق القابس، لأن القوابس غير المتوافقة يمكن أن تسبب مشاكل قوس كهربائي خطيرة. من حيث المقاييس الأداء، فإن المحولات العالمية المميزة التي تحتوي على أنظمة مراقبة تحميل ذكية تميل إلى تحقيق كفاءة تصل إلى 90-92%، وهي نسبة قريبة من تلك التي تقدمها المنتجات الأصلية للمصنعين. لكن انتبه إلى البدائل الأرخص التي قد تنخفض كفاءتها إلى أقل من 80% عندما تُستخدم بقوة أثناء المهام الشاقة مثل جلسات مونتاج الفيديو.
يؤدي الاستخدام المتكرر للمحولات غير المتوافقة إلى تسريع تدهور بطاريات الليثيوم أيون من خلال ميكانيكيتين رئيسيتين:
تُظهر الاختبارات الصناعية أن البطاريات التي تُشحن حصريًا باستخدام محولات غير أصلية تحتفظ بسعة أقل بنسبة 15–20٪ بعد 500 دورة شحن مقارنة بتلك التي تستخدم أنظمة معتمدة من الشركة المصنعة. تساعد المحولات المزودة بشريحة تنظيم حراري وبروتوكولات شحن متعددة المراحل في تخفيف هذه التأثيرات، والحفاظ على صحة البطارية على المدى الطويل.
في الوقت الحالي، تعتمد معظم الشواحن الحديثة على معيار USB-C Power Delivery في الشحن، لأنه يسمح لها بالشحن بذكاء وفقًا لاحتياجات كل جهاز. فعلى عكس الشواحن التقليدية التي تُخرج جهدًا ثابتًا وفقًا لما تم تصنيعه لها، فإن شواحن USB-C PD تتواصل فعليًا مع الجهاز المتصل. ويمكنها تعديل الجهد الكهربائي الخاص بها من 5 فولت حتى 48 فولت حسب الطلب الفعلي من الجهاز في كل لحظة. وبحسب بحث نُشر في عام 2024 حول مرونة المواد، فإن أجهزة الكمبيوتر المحمولة عند شحنها باستخدام محولات متوافقة مع PD 3.1 تشحن أسرع بنسبة تصل إلى 35% مقارنة بالإصدارات السابقة. بالإضافة إلى ذلك، تساعد هذه المحولات الجديدة في الحفاظ على صحة البطاريات بفضل تقنية تُعرف باسم إمداد الطاقة القابل للبرمجة (Programmable Power Supply). وهذا يعني عمليًا أن المستخدم يمكنه استخدام شاحن واحد فقط لكل الأجهزة بدءًا من الهواتف واللوحيات وحتى الأجهزة ذات الاستهلاك العالي للطاقة مثل أجهزة الألعاب، بشرط أن يتطابق الإخراج مع ما يوصي به المصنّع.
تجمع تصميمات المحولات الجديدة بين أنظمة تحكم حراري ذكية وخوارزميات تعلم الآلة القادرة على تعديل إعدادات الجهد بخطوات دقيقة تبلغ 0.2 فولت بناءً على ما يحدث في البيئة المحيطة. وقد ذهبت بعض النماذج إلى أبعد من ذلك بإضافة قدرات الشحن ثنائي الاتجاه، مما يعني أنها تعمل كمصدر للطاقة في حالات الطوارئ عندما ينقطع التيار الكهربائي. كما تتميز أحدث شواحن USB-C المدعومة بـ GaN بمواصفات مثيرة للإعجاب أيضًا، حيث تصل معدلات الكفاءة بها إلى نحو 94% بينما تنتج نصف الحرارة مقارنة بالبدائل الأقدم القائمة على السليكون. هذا النوع من التطورات يجعل الشحن السريع أكثر أمانًا للأجهزة نظرًا لأن تلف الدوائر الناتج عن الجهد الزائد يظل مشكلة كبيرة. وبحسب بيانات Energy Star من العام الماضي، فإن واحدًا من كل أربع حالات خلل في الأجهزة ينتج فعليًا عن استخدام الشاحن غير المناسب.
تقوم محولات الطاقة بتحويل الطاقة الكهربائية التيار المتردد (AC) المستمدة من مآخذ الجدران إلى طاقة تيار مستمر (DC) يحتاجها الأجهزة الإلكترونية، مما يسمح بشحن بطارياتها بشكل صحيح.
تعد تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر أمرًا بالغ الأهمية لأن البطاريات تخزن الطاقة عبر تفاعلات كيميائية تتطلب تيارًا مباشرًا لضمان الشحن الفعال والآمن.
يوفر المحول عالي الجودة تنظيمًا للجهد، وتحديدًا للتيار، ووقفًا تلقائيًا للشحن عندما تصل البطاريات إلى سعتها القصوى لمنع ارتفاع درجة الحرارة والتلف.
نعم، يمكن أن يؤدي استخدام محول بجهد أو تيار غير صحيح إلى شحن أبطأ، وتقليل عمر البطارية، وإمكانية حدوث تلف في الأجهزة نتيجة ارتفاع الحرارة.
تسمح محولات USB-C PD بتعديل الجهد الذكي، مما يتيح شحنًا أسرع وصحة أفضل للبطارية من خلال ضبط توصيل الطاقة وفقًا لاحتياجات كل جهاز.
