**چگالی توان** عبارتست از میزان توان به ازای واحد حجم.. توان خود از حاصل تقسیم انرژی بر واحد زمان به دست می آید.

در تبدیل‌کننده‌های انرژی از جمله باتری‌ها، سلول‌های سوختی، موتورها، واحدهای تامین برق و غیره، چگونگی توزیع توان به حجم را به عنوان چگالی توان نام می‌گدارند که به واحد وات بر متر مکعب اندازه‌گیری می‌شود.

در موتورهای احتراق داخلی با حرکت رفت‌وبرگشت، چگالی توان (توان بر واحد حجم یا اسب بخار ترمز بر سانتی‌متر مکعب) یک معیار مهم است که بر اساس ظرفیت داخلی موتور و نه اندازه خارجی آن محاسبه می‌شود.

در واقع چگالی توان یک اندازه‌گیری از توان خروجی بر واحد حجم است. اگرچه این اندازه‌گیری به میزان رایجی که چگونگی توانی استفاده می‌شود نمی‌رسد، اما هنوز برای گفت‌وگوهای مربوط به سیستم‌های انرژی (معمولاً برای کاربردهای قابل حمل مانند حمل و نقل) مفید است. درک تفاوت میان توان حجمی و چگونگی توانی مهم است.

اگر یک سیستم دارای چگالی توان بالا باشد، می‌تواند مقدار زیادی انرژی را بر اساس حجم خود تولید کند. به عنوان مثال، یک کپاسیتور کوچک ممکن است توان خروجی مشابه یک باتری بزرگ داشته باشد. چرا که کپاسیتور به مراتب کوچکتر است، توان حجمی آن بیشتر است. از آنجا که این سیستم‌ها انرژی خود را به سرعت آزاد می‌کنند، سیستم‌های با توان حجمی بالا همچنین می‌توانند به سرعت شارژ شوند.

یک نمونه کاربرد این نوع ذخیره انرژی، فلاش دوربین است. این باید به اندازه کافی کوچک باشد تا در داخل دوربین (یا تلفن همراه) جا بیافتد، اما توان خروجی کافی داشته باشد تا سوژه عکس خود را روشن کند. این ویژگی باعث می‌شود که یک سیستم با چگالی توان بالا به عنوان ایده‌آل شناخته شود.

چگالی توان همچنین دلیل این است که برای شارژ مجدد فلاش بین عکس‌ها زمانی صرف می‌شود. باتری دارای توان حجمی کمتری نسبت به کپاسیتور در فلاش است. این به این معناست که زمان شارژ مجدد برای فلاش توسط توان خروجی باتری محدود شده است، نه توان خروجی فلاش. هرچند که چگونگی انرژی باتری نسبت به چگونگی انرژی کپاسیتور بالاتر است.

**محدودیت‌ها و تعادلات در راهکارهای پرتوان**
در راهکارهای با چگالی توان بالا، محدودیت‌ها و تعادلات وجود دارد. برای درک اینکه چگونه پیشرفت می‌تواند در دستیابی به چگالی توان هرچه بیشتر صورت گیرد، ضروری است از این مسائل آگاه باشیم. عوامل محدودکننده بسیار خاصی برای بهبود واقعی تراکم توان وجود دارند، از جمله برخی از عوامل زیر:

ضیاع هادی (Conduction Losses): این ضیاعات به دلیل مقاومت الکتریکی در اجزاء مدار به وجود می‌آیند.

ضیاع‌های روشن شدن و خاموش شدن (Turn-on and Turn-off Losses): این ضیاعات در هنگام روشن و خاموش شدن دستگاه‌های الکترونیک قدرت ایجاد می‌شوند.

ضیاع‌های بازیافت معکوس (Reverse-Recovery Losses): این ضیاعات در هنگام بازیافت معکوس یک دیود یا یک ترانزیستور ایجاد می‌شوند.

ضیاع‌های مرتبط با شارژ (Charge Related Losses): این ضیاعات به دلیل جابه‌جایی بار در اجزاء مدار به وجود می‌آیند.

مسائل حرارتی: این مسائل مربوط به مدیریت حرارت دستگاه‌ها هستند و ممکن است باعث افزایش دما و در نتیجه افت کارایی و عمر دستگاه شوند.

به‌جز مسائل حرارتی، این عوامل به ضیاعات توان تبدیل‌کننده مرتبط هستند.

**کلیدهای دستیابی به چگالی توان بالا**
با داشتن یک ایده عمومی از چه چیزی تراکم توان را محدود می‌کند، تمرکز یک طراح می‌تواند به سوی این مسئله شود که چگونه می‌توان در مقابل این محدودیت‌ها به دستاورد تراکم توان بالا دست یافت. راهکارهای مدرن مدیریت توان که توانسته‌اند تراکم توان بالا را به دست آورند، این جنبه‌های اصلی را مشترک دارند:

1. \*\*یک عنصر سوئیچینگ که رسانایی هادی را به حداقل می‌رساند:\*\* یک عنصر سوئیچینگ مورد استفاده باید به طور همزمان ضیاع‌های هادی (ضیاع‌های ناشی از مقاومت الکتریکی) و ضیاع‌های روشن و خاموش (ضیاع‌های ناشی از عملیات روشن و خاموش دستگاه) را کاهش دهد.

2. \*\*توپولوژی تبدیل‌کننده بهینه‌سازی شده که در فرکانس‌های سوئیچینگ بالا عمل می‌کند به همراه یک روش کنترل مناسب:\*\* توپولوژی بهینه شده برای عمل در فرکانس‌های سوئیچینگ بالا با یک روش کنترل مناسب، می‌تواند به دستاورد تراکم توان بالا کمک کند.

3. \*\*ادغام فعال‌تر قدرت و روش‌های کنترل، معمولاً به وسیله تکنولوژی ماژول چندتایی یا مونولیتیک که از چند چیپ نیمه‌رسانا ترکیب شده است و در نتیجه اندازه فوت‌پرینت را کاهش می‌دهد:\*\*ادغام فعال‌تر قدرت و روش‌های کنترل، اغلب توسط تکنولوژی ماژول چندتایی یا مونولیتیک که چندین چیپ نیمه‌رسانا را ترکیب می‌کند، می‌تواند به کاهش فضای اشغال شده کمک کند.

4. \*\*عملکرد حرارتی عالی که فاصله دما بین دمای سیلیکون و سطوح خنک‌کننده بیرونی را به حداقل می‌رساند:\*\*عملکرد حرارتی عالی کمک می‌کند تا فاصله دما بین دمای سیلیکون و سطوح خنک‌کننده خارجی کاهش یابد و در نتیجه افت کارایی و عمر دستگاه کاهش یابد.

**تفاوت بین چگالی توان و چگالی انرژی**
برای دستگاه‌های قابل حمل و سایر دستگاه‌های متحرک از جمله تلفن‌های همراه، تراکم توان و تراکم انرژی مهم‌تر از توان و انرژی به حساب می‌آید.
تراکم توان یا چگالی توان به میزان توانی اشاره دارد که می‌تواند به ازای هر واحد جرم یا حجم تولید شود.
تراکم انرژی یا چگالی انرژی به میزان انرژی اشاره دارد که می‌تواند به ازای هر واحد جرم یا حجم تولید شود.
تراکم توان حجمی، میزان توانی است که یک دستگاه می‌تواند به ازای هر واحد حجم فراهم کند (به واحدهای وات بر سانتیمتر مکعب یا کیلووات بر متر مکعب).
تراکم توان جرمی (توان خاص)، میزان توانی است که یک دستگاه می‌تواند به ازای هر واحد جرم فراهم کند. واحدهای معمولی وات بر گرم یا کیلووات بر کیلوگرم هستند.

مثال ها
-------

| مواد ذخیره سازی | نوع انرژی | قدرت خاص (W/kg) | چگالی جریان (W/m3) |
| --- | --- | --- | --- |
| **هیدروژن (در ستاره)** | تکامل ستارگان | 0.00184 | 276.5 |
| **پلاتین** | واپاشی آلفا | 1.94 | 38,360 |
| **ابرخازن** | ابرخازن | تا 15000 | متغیر |
| **لیتیوم یون** | شیمیایی | ~250–350 | ~700 |

منابع
-----

1. ↑  Jelley, N. A. (Nicholas Alfred), 1946-. *A dictionary of energy science*. Oxford. ISBN 978-0-19-182627-6. OCLC 970401289.