بوسٹ ریگولیٹر سوئچنگ: ڈیزائن کی بنیادی باتیں اور کارکردگی

الیکٹرانکس میں ، ایک ریگولیٹر ایک ایسا آلہ یا طریقہ کار ہوتا ہے جو بجلی کی پیداوار کو مستقل طور پر منظم کرسکتا ہے۔ بجلی کی فراہمی کے ڈومین میں طرح طرح کے ریگولیٹرز دستیاب ہیں۔ لیکن بنیادی طور پر ، ڈی سی سے ڈی سی تبادلوں کی صورت میں ، دو قسم کے ریگولیٹرز دستیاب ہیں: لکیری یا سوئچنگ ۔

ایک لکیری ریگولیٹر مزاحمتی وولٹیج ڈراپ کا استعمال کرتے ہوئے آؤٹ پٹ کو کنٹرول کرتا ہے ، اور اس کی وجہ سے لکیری ریگولیٹرز کم کارکردگی مہیا کرتے ہیں اور گرمی کی شکل میں طاقت کھو دیتے ہیں۔

دوسری طرف سوئچنگ ریگولیٹر انڈکٹکٹر ، ڈایڈڈ اور پاور سوئچ کو اپنے ماخذ سے آؤٹ پٹ میں منتقل کرنے کے لئے استعمال کرتے ہیں۔

تین قسم کے سوئچنگ ریگولیٹرز دستیاب ہیں۔

1. مرحلہ اپ کنورٹر (فروغ دینے والا ریگولیٹر)

2. مرحلہ سے نیچے کنورٹر (ہرن ریگولیٹر)

3. انورٹر (فلائی بیک)

اس ٹیوٹوریل میں ہم سوئچنگ بوسٹ ریگولیٹر سرکٹ کو بیان کرتے ہیں ۔ ہم نے پچھلے سبق میں بوسٹ ریگولیٹر ڈیزائن کو پہلے ہی بیان کیا ہے۔ یہاں ہم بوسٹ کنورٹر کے مختلف پہلوؤں اور اس کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے طریقوں پر تبادلہ خیال کریں گے ۔

بوسٹ کنورٹر سرکٹ کی ڈیزائن کی بنیادی باتیں

بہت سے معاملات میں ، ہمیں تقاضوں کے مطابق کم وولٹیج کو زیادہ ولٹیج میں تبدیل کرنا ہوتا ہے۔ بوسٹ ریگولیٹر کم صلاحیت سے اعلی صلاحیت تک وولٹیج میں اضافہ کرتا ہے۔

مذکورہ شبیہہ میں ، ایک سادہ بوسٹ ریگولیٹر سرکٹ دکھایا گیا ہے جہاں ایک انڈکٹر ، ڈایڈڈ ، کیپسیٹر اور ایک سوئچ استعمال کیا جاتا ہے۔

انڈکٹیکٹر کا مقصد موجودہ سوٹ ریٹ کو محدود کرنا ہے جو بجلی کے سوئچ سے گزر رہا ہے۔ یہ اضافی اعلی چوٹی کی موجودہ حد کو محدود کرے گا جو سوئچ مزاحمت سے انفرادی طور پر ناگزیر ہے۔

اس کے علاوہ، انڈکٹر دکانوں توانائی، توانائی Joules کی میں ناپے E = (L * میں ² /2)

ہم سمجھیں گے کہ آنے والے تصویروں اور گراف میں توانائی کی منتقلی کیسے کرتے ہیں۔

سوئچنگ بوسٹ ریگولیٹرز کی صورت میں ، دو مراحل ہوتے ہیں ، ایک انڈیکٹر چارج مرحلہ یا سوئچ آن فیز ہے (سوئچ اصل میں بند ہے) اور دوسرا ڈسچارج مرحلہ ہے یا سوئچ آف مرحلہ (سوئچ کھلا ہے)۔

اگر ہم فرض کریں کہ سوئچ ایک طویل عرصے سے کھلی پوزیشن میں ہے تو ، ڈایڈڈ کے اس پار وولٹیج کا قطعہ منفی ہے اور سندارتر کے پار وولٹیج ان پٹ وولٹیج کے برابر ہے۔ اس صورتحال میں ، اگر سوئچ قریب آتا ہے تو وین انڈکٹر کے اس پار خوفزدہ ہوجاتا ہے۔ ڈایڈڈ زمین پر سوئچ کے ذریعے کیپسیٹر خارج ہونے سے بچاتا ہے۔

انڈکٹکٹر کے ذریعہ موجودہ وقت کے ساتھ خط میں بڑھتا ہے۔ لکیری موجودہ بڑھتی ہوئی شرح انڈکٹ وولٹیج کے متناسب ہے جس کو انڈکٹینس di / dt = انڈکٹکٹر / انڈکٹینسیس میں وولٹیج سے تقسیم کیا گیا ہے

اوپری گراف میں ، انڈکٹر کے چارج کا مرحلہ دکھا رہا ہے۔ ایکس محور ٹی (وقت) کی نشاندہی کرتا ہے اور Y- محور I (اشارے کے ذریعہ موجودہ) کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ سوئچ بند یا آن ہونے کے وقت موجودہ وقت کے ساتھ ساتھ یکساں حد تک بڑھ رہا ہے۔

اب ، جب سوئچ دوبارہ بند ہوجاتا ہے یا کھلا ہوجاتا ہے ، انڈکٹکٹر موجودہ ڈایڈڈ کے ذریعے بہتا ہے اور آؤٹ پٹ کیپسیٹر کو چارج کرتا ہے۔ جب آؤٹ پٹ وولٹیج بڑھتا ہے تو ، انڈکٹکٹر کے ذریعہ موجودہ ڈھال پلٹ جاتی ہے۔ آؤٹ پٹ وولٹیج اس وقت تک بڑھتی ہے جب تک کہ انڈکٹکٹر = ایل * (ڈائی / ڈی ٹی) کے ذریعہ وولٹیج نہیں پہنچتی ہے۔

وقت کے ساتھ انڈکٹکٹر موجودہ ڈراپ ریٹ انڈکٹکٹر وولٹیج کے لئے براہ راست متناسب ہے۔ انڈکٹر وولٹیج زیادہ ، انڈکٹکٹر کے ذریعہ موجودہ ڈراپ تیز۔

مندرجہ بالا گراف میں ، سوئچ آف ہوجانے پر انڈکٹکٹر موجودہ وقت کے ساتھ گر جاتا ہے ۔

جب سوئچنگ ریگولیٹر مستحکم حالت میں آپریٹنگ حالت میں ہوتا ہے تو ، پورے سوئچنگ سائیکل کے دوران انڈکٹکٹر کا اوسط وولٹیج صفر ہوتا ہے۔ اس حالت کے ل the ، انڈکٹکٹر کے ذریعہ اوسطا current موجودہ بھی مستحکم حالت میں ہے۔

اگر ہم فرض کریں کہ انڈکٹر چارج کا وقت ٹن ہے اور سرکٹ میں ایک ان پٹ وولٹیج ہے تو آؤٹ پٹ وولٹیج کے لئے ٹف یا خارج ہونے والے وقت کا ایک خاص وقت ہوگا۔

چونکہ اوسط انڈکٹر وولٹیج مستحکم حالت میں صفر کے برابر ہے ہم درج ذیل شرائط کا استعمال کرکے بوسٹ سرکٹ تعمیر کرسکتے ہیں

ون ایکس ٹن = ٹف ایکس وی ایل وی ایل = ون ایکس (ٹن / ٹاف)

چونکہ آؤٹ پٹ وولٹیج ان پٹ وولٹیج اور اوسط انڈکٹر وولٹیج کے برابر ہے (Vout = Vin + VL)

ہم یہ کہہ سکتے ہیں ،

ووٹ = ون + ون ایکس (ٹن / ٹف) ووٹ = ون ایکس (1 + ٹن / آف آف)

ہم ڈیوٹی سائیکل کا استعمال کرتے ہوئے ووٹ کا حساب بھی لگا سکتے ہیں۔

ڈیوٹی سائیکل (D) = ٹن / (ٹن + ٹوف)

بوسٹ سوئچنگ ریگولیٹر کے لئے ووٹ ون / (1 - D) ہوگا

PWM اور ڈیوٹی سائیکل بوسٹ کنورٹر سرکٹ کیلئے

اگر ہم ڈیوٹی سائیکل کو کنٹرول کرتے ہیں تو ، ہم بوسٹ کنورٹر کی مستحکم ریاست پیداوار کو کنٹرول کرسکتے ہیں۔ لہذا ، ڈیوٹی سائیکل تغیر کے ل we ، ہم سوئچ کے پار ایک کنٹرول سرکٹ کا استعمال کرتے ہیں۔

لہذا ، ایک مکمل بنیادی بوسٹ ریگولیٹر سرکٹ کے لئے ، ہمیں ایک اضافی سرکٹری کی ضرورت ہے جو ڈیوٹی سائیکل میں مختلف ہوگی اور اس طرح انڈکٹکٹر ذریعہ سے توانائی حاصل کرنے میں کتنا وقت لیتے ہیں۔

مذکورہ شبیہہ میں ، ایک خرابی یمپلیفائر دیکھا جاسکتا ہے جس میں رائے کے راستے کا استعمال کرتے ہوئے بوجھ کے آؤٹ پٹ وولٹیج کا احساس ہوتا ہے اور سوئچ کو کنٹرول کیا جاتا ہے۔ زیادہ تر عام کنٹرول ٹیکنک میں پی ڈبلیو ایم یا پلس کی چوڑائی ماڈولیشن ٹیکنک شامل ہوتی ہے جو سرکٹری کے ڈیوٹی سائیکل کو کنٹرول کرنے کے لئے استعمال ہوتی ہے۔

کنٹرول سرکٹ کنٹرولز وقت کی رقم سوئچ لوڈ کی طرف سے تیار کی موجودہ پر منحصر ہے، کھلی یا بند رہتا ہے. یہ سرکٹ مستحکم حالت میں مستقل آپریشن کے لئے بھی استعمال کرتا ہے۔ یہ آؤٹ پٹ وولٹیج کا نمونہ لے گا اور اسے کسی ریفرنس وولٹیج سے منہا کرکے اور ایک چھوٹی سی غلطی کا سگنل بنائے گا ، پھر اس غلطی کے سگنل کا موازنہ ایک آسکیلیٹر ریمپ سگنل سے کیا جائے گا اور تقابلی آؤٹ پٹ سے ایک پی ڈبلیو ایم سگنل سوئچ کو کام یا کنٹرول کرے گا۔ سرکٹ

جب آؤٹ پٹ وولٹیج تبدیل ہوتا ہے تو ، خرابی وولٹیج بھی اس سے متاثر ہوتا ہے۔ خرابی وولٹیج کی تبدیلی کی وجہ سے ، موازنہ PWM آؤٹ پٹ کو کنٹرول کرتا ہے۔ پی ڈبلیو ایم بھی ایک پوزیشن میں تبدیل ہو گیا جب آؤٹ پٹ وولٹیج صفر غلطی وولٹیج پیدا کرتا ہے اور ایسا کرنے سے ، بند کنٹرول لوپ سسٹم کام کو انجام دیتا ہے۔

خوش قسمتی سے ، زیادہ تر جدید سوئچنگ بوسٹ ریگولیٹرز کے پاس یہ چیز آئی سی پیکیج کے اندر موجود ہے۔ اس طرح جدید سوئچنگ ریگولیٹرز کا استعمال کرتے ہوئے سادہ سرکٹری ڈیزائن حاصل کیا جاتا ہے۔

ریفرنس فیڈ بیک وولٹیج ایک رزسٹر ڈیوائڈر نیٹ ورک کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے۔ یہ اضافی سرکٹری ہے ، جس میں انڈکٹیکٹر ، ڈائیڈس ، اور کیپسیٹرز کے ساتھ ساتھ درکار ہے۔

بوسٹ کنورٹر سرکٹ کی کارکردگی کو بہتر بنائیں

اب ، اگر ہم کارکردگی کے بارے میں تحقیقات کرتے ہیں تو ، یہ ہے کہ ہم سرکٹری کے اندر کتنی طاقت فراہم کرتے ہیں اور ہمیں پیداوار میں کتنا حاصل ہوتا ہے۔

(پاؤٹ / پن) * 100٪

چونکہ توانائی پیدا نہیں کی جاسکتی ہے اور نہ ہی اسے تباہ کیا جاسکتا ہے ، لہذا اسے صرف تبدیل کیا جاسکتا ہے ، بیشتر برقی توانائیاں ڈھیلی غیر استعمال شدہ طاقتیں حرارت میں تبدیل ہو جاتی ہیں۔ نیز ، عملی میدان میں کوئی مثالی صورتحال نہیں ہے ، وولٹیج ریگولیٹرز کے انتخاب کے لئے کارکردگی ایک بڑا عنصر ہے۔

سوئچنگ ریگولیٹر کے ل power بجلی میں ہونے والے اہم عوامل میں سے ایک ڈایڈڈ ہے۔ فارورڈ وولٹیج ڈراپ ٹائم کرنٹ (VF Xi) غیر استعمال شدہ واٹج ہے جو حرارت میں تبدیل ہوا اور سوئچنگ ریگولیٹر سرکٹ کی کارکردگی کو کم کرتا ہے۔ نیز ، ہیٹ سنک کا استعمال کرتے ہوئے تھرمل / ہیٹ مینجمنٹ ٹیکنیکس کے ل the سرکٹری کے لئے اضافی لاگت ہے ، یا مداحوں نے گرمی سے سرکٹری کو ٹھنڈا کرنے کے لئے۔ نہ صرف فارورڈ وولٹیج ڈراپ ، بلکہ سلیکن ڈایڈس کے لئے الٹ وصولی بھی غیر ضروری بجلی کی کمی اور مجموعی کارکردگی میں کمی پیدا کرتی ہے۔

معیاری بحالی ڈایڈڈ سے بچنے کا ایک بہتر طریقہ یہ ہے کہ ڈایڈڈ کی جگہ پر اسکاٹکی ڈائیڈس کا استعمال کیا جائے جس میں کم فارورڈ وولٹیج ڈراپ اور بہتر ریورس ریکوری ہو۔ جب زیادہ سے زیادہ کارکردگی کی ضرورت ہو تو ، ڈوڈ کو MOSFETs کا استعمال کرتے ہوئے تبدیل کیا جاسکتا ہے۔ جدید ٹکنالوجی میں ، سوئچنگ بوسٹ ریگولیٹر سیکشن میں بہت سارے انتخاب دستیاب ہیں ، جو 90 than سے زیادہ کارکردگی آسانی سے فراہم کرتے ہیں۔

نیز ، یہاں ایک خصوصیت ہے "اسکائیپ موڈ" جو بہت سارے جدید آلات میں استعمال ہورہی ہے جس کی مدد سے ریگولیٹر سوئچنگ سائیکل کو چھوڑ سکتا ہے جب بہت ہلکے بوجھوں پر سوئچنگ کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ ہلکے بوجھ کی حالت میں کارکردگی کو بہتر بنانے کا یہ ایک بہت اچھا طریقہ ہے۔ اسکیپ موڈ میں ، سوئچنگ سائیکل صرف اس وقت شروع کی جاتی ہے جب آؤٹ پٹ وولٹیج ریگولیٹریگ دہلیشڈ سے نیچے گر جائے۔

اعلی کارکردگی ، اسٹیشنری ڈیزائن ٹیکنک ، چھوٹے اجزاء ، سوئچنگ ریگولیٹرز ایک لکیری ریگولیٹر کے مقابلے میں شور مچاتے ہیں۔ پھر بھی ، وہ بڑے پیمانے پر مقبول ہیں۔

مثال کے طور پر ڈیزائن بوسٹ کنورٹر کے لئے

ہم نے اس سے قبل ایم سی 34063 کا استعمال کرتے ہوئے ایک بوسٹر ریگولیٹر سرکٹ بنایا ہے جہاں 3.7V ان پٹ وولٹیج سے 5V آؤٹ پٹ تیار ہوتا ہے۔ MC34063 ایک سوئچنگ ریگولیٹر ہے جو بوگ ریگولیٹر ترتیب میں استعمال کیا جاتا تھا۔ ہم نے ایک انڈکٹکٹر ، ایک شوٹکی ڈایڈڈ ، اور کپیسیٹر استعمال کیا۔

مذکورہ شبیہہ میں ، کاؤٹ آؤٹ پٹ کیپسیسیٹر ہے اور ہم نے ایک انڈکٹکٹر اور سکاٹکی ڈائیڈ بھی استعمال کیا جو سوئچنگ ریگولیٹر کے لئے بنیادی اجزاء ہیں۔ یہاں ایک تاثرات کا نیٹ ورک بھی استعمال ہوتا ہے۔ آر 1 اور آر 2 ریسٹرز ایک وولٹیج ڈیوائڈر سرکٹ تیار کرتے ہیں جو تقابلی کے پی ڈبلیو ایم اور غلطی پرورش مرحلے کے ل. ضروری ہے۔ موازنہ کرنے والے کا حوالہ وولٹیج 1.25V ہے۔

اگر ہم اس پروجیکٹ کو تفصیل سے دیکھیں تو ہم دیکھ سکتے ہیں کہ اس MC34063 سوئچ بوسٹ ریگولیٹر سرکٹ کے ذریعہ 70-75٪ کارکردگی حاصل کی جاسکتی ہے۔ مناسب پی سی بی ٹیکنک کا استعمال کرکے اور تھرمل مینجمنٹ کے طریقہ کار کو حاصل کرکے مزید کارکردگی کو بہتر بنایا جاسکتا ہے۔