સ્વિચિંગ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર્સ

પલ્સ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર્સ (કન્વર્ટર્સ) માં, સક્રિય તત્વ (સામાન્ય રીતે ફીલ્ડ-ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર) પલ્સ મોડમાં કાર્ય કરે છે: કંટ્રોલ સ્વીચ વૈકલ્પિક રીતે ખુલે છે અને બંધ થાય છે, ઊર્જા-સંચિત તત્વને કઠોળ સાથે સપ્લાય વોલ્ટેજ પૂરું પાડે છે. પરિણામે, વર્તમાન કઠોળને ચોક (અથવા ટ્રાન્સફોર્મર દ્વારા, ચોક્કસ સ્વિચિંગ રેગ્યુલેટરની ટોપોલોજી પર આધાર રાખીને) દ્વારા ખવડાવવામાં આવે છે, જે ઘણીવાર લોડ સર્કિટમાં ઊર્જા એકઠા, રૂપાંતરિત અને મુક્ત કરતા તત્વ તરીકે કાર્ય કરે છે.

કઠોળમાં ચોક્કસ સમય પરિમાણો હોય છે: તેઓ ચોક્કસ આવર્તન સાથે અનુસરે છે અને ચોક્કસ સમયગાળો ધરાવે છે. આ પરિમાણો હાલમાં સ્ટેબિલાઇઝર દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવેલ લોડના કદ પર આધાર રાખે છે, કારણ કે તે સરેરાશ ઇન્ડક્ટર વર્તમાન છે જે આઉટપુટ કેપેસિટરને ચાર્જ કરે છે અને વાસ્તવમાં તેની સાથે જોડાયેલા લોડને પાવર કરે છે.

પલ્સ સ્ટેબિલાઇઝરની રચનામાં, ત્રણ મુખ્ય કાર્યાત્મક એકમોને ઓળખી શકાય છે: એક સ્વીચ, ઊર્જા સંગ્રહ ઉપકરણ અને નિયંત્રણ સર્કિટ.પ્રથમ બે ગાંઠો પાવર સેક્શન બનાવે છે, જે ત્રીજા સાથે મળીને સંપૂર્ણ વોલ્ટેજ કન્વર્ઝન સર્કિટ બનાવે છે. કેટલીકવાર કંટ્રોલ સર્કિટ જેવા જ હાઉસિંગમાં સ્વીચ બનાવી શકાય છે.

તો પલ્સ કન્વર્ટરનું કામ ક્લોઝિંગ અને ઓપનિંગને કારણે થાય છે ઇલેક્ટ્રોનિક કી…જ્યારે સ્વીચ બંધ હોય છે, ત્યારે ઉર્જા સંગ્રહ ઉપકરણ (ચોક) પાવર સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલ હોય છે અને ઉર્જાનો સંગ્રહ કરે છે, અને જ્યારે તે ખુલ્લું હોય છે, ત્યારે સંગ્રહ ઉપકરણ સ્ત્રોતથી ડિસ્કનેક્ટ થઈ જાય છે અને તરત જ લોડ સર્કિટ સાથે જોડાય છે, જેના પછી ઊર્જા ફિલ્ટર કેપેસિટર અને લોડમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે.

પરિણામે, વોલ્ટેજનું ચોક્કસ સરેરાશ મૂલ્ય લોડ પર કાર્ય કરે છે, જે નિયંત્રણ કઠોળના પુનરાવર્તનની અવધિ અને આવર્તન પર આધારિત છે. વર્તમાન લોડ પર આધાર રાખે છે, જેનું મૂલ્ય આ કન્વર્ટર માટે અનુમતિપાત્ર મર્યાદા કરતાં વધુ ન હોવું જોઈએ.

PWM અને PWM

પલ્સ કન્વર્ટરના આઉટપુટ વોલ્ટેજના સ્થિરીકરણનો સિદ્ધાંત સંદર્ભ વોલ્ટેજ સાથે આઉટપુટ વોલ્ટેજની સતત સરખામણી પર આધારિત છે, અને આ વોલ્ટેજની વિસંગતતાને આધારે, કંટ્રોલ સર્કિટ આપમેળે ખુલ્લા સમયગાળાના ગુણોત્તરને પુનઃસ્થાપિત કરે છે અને સ્વીચની બંધ સ્થિતિઓ (તે કંટ્રોલ કઠોળની પહોળાઈમાં ફેરફાર કરે છે પલ્સ પહોળાઈ મોડ્યુલેશન — PWM) અથવા આ કઠોળના પુનરાવર્તન દરમાં ફેરફાર કરે છે, તેમની અવધિ સ્થિર રાખીને (પલ્સ ફ્રીક્વન્સી મોડ્યુલેશન દ્વારા — PFM). આઉટપુટ વોલ્ટેજ સામાન્ય રીતે પ્રતિકારક વિભાજક દ્વારા માપવામાં આવે છે.

ધારો કે લોડ હેઠળનું આઉટપુટ વોલ્ટેજ અમુક સમયે ઘટે છે, નોમિનલ કરતા ઓછું થઈ જાય છે.આ કિસ્સામાં, PWM નિયંત્રક આપમેળે પલ્સ પહોળાઈ વધારશે, એટલે કે, ચોકમાં ઊર્જા સંગ્રહ પ્રક્રિયાઓ લાંબી થઈ જશે અને તે મુજબ, વધુ ઊર્જા લોડમાં સ્થાનાંતરિત થશે. પરિણામે, આઉટપુટ વોલ્ટેજ નજીવા પર પાછા આવશે.

જો સ્થિરીકરણ PFM ના સિદ્ધાંત અનુસાર કાર્ય કરે છે, તો લોડ હેઠળના આઉટપુટ વોલ્ટેજમાં ઘટાડો સાથે, પલ્સ પુનરાવર્તન દર વધશે. પરિણામે, ઊર્જાના વધુ ભાગોને લોડમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવશે અને વોલ્ટેજ જરૂરી રેટિંગની સમાન હશે. અહીં તે કહેવું યોગ્ય રહેશે કે સ્વીચની બંધ સ્થિતિની અવધિનો ગુણોત્તર તેની બંધ અને ખુલ્લી સ્થિતિની અવધિના સરવાળા સાથે કહેવાતા ફરજ ચક્ર DC છે.

સામાન્ય રીતે, પલ્સ કન્વર્ટર્સ ગેલ્વેનિક આઇસોલેશન સાથે અને વગર ઉપલબ્ધ છે. આ લેખમાં, અમે ગેલ્વેનિક આઇસોલેશન વગરના મૂળભૂત સર્કિટ જોઈશું: બૂસ્ટ, બક અને ઇન્વર્ટિંગ કન્વર્ટર. સૂત્રોમાં, Vin એ ઇનપુટ વોલ્ટેજ છે, Vout એ આઉટપુટ વોલ્ટેજ છે અને DC એ ફરજ ચક્ર છે.

બિન-ગેલ્વેનિકલી આઇસોલેટેડ બક કન્વર્ટર-બક કન્વર્ટર અથવા સ્ટેપ-ડાઉન કન્વર્ટર

કી T બંધ થાય છે. જ્યારે સ્વીચ બંધ થાય છે, ત્યારે ડાયોડ ડી લૉક થાય છે, વર્તમાન વહે છે થ્રોટલ L અને સમગ્ર ભાર R વધવા માંડે છે. ચાવી ખુલે છે. જ્યારે સ્વીચ ખોલવામાં આવે છે, ત્યારે ચોક દ્વારા અને લોડ દ્વારા પ્રવાહ, જો કે તે ઘટતો જાય છે, વહેતો રહે છે, કારણ કે તે તરત જ અદૃશ્ય થઈ શકતો નથી, ફક્ત હવે સર્કિટ સ્વીચ દ્વારા નહીં, પરંતુ ખુલેલા ડાયોડ દ્વારા બંધ થાય છે.

સ્વીચ ફરીથી બંધ થાય છે.જો સ્વીચ ખુલ્લી હતી તે સમય દરમિયાન, ચોક દ્વારા પ્રવાહને શૂન્ય પર જવાનો સમય ન હતો, તો હવે તે ફરીથી વધે છે. તેથી, ચોક દ્વારા અને લોડ દ્વારા, તે હંમેશાં કાર્ય કરે છે ધબકતો પ્રવાહ (જો ત્યાં કોઈ કેપેસિટર ન હોય તો). કેપેસિટર લહેરોને સરળ બનાવે છે જેથી લોડ પ્રવાહ લગભગ સ્થિર રહે.

આ પ્રકારના કન્વર્ટરમાં આઉટપુટ વોલ્ટેજ હંમેશા ઇનપુટ વોલ્ટેજ કરતા ઓછું હોય છે, જે અહીં ચોક અને લોડ વચ્ચે વ્યવહારીક રીતે વિભાજિત થાય છે. તેનું સૈદ્ધાંતિક મૂલ્ય (આદર્શ કન્વર્ટર માટે - સ્વીચ અને ડાયોડના નુકસાનને અવગણવું) નીચેના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને શોધી શકાય છે:

ગેલ્વેનિક આઇસોલેશન વિના બૂસ્ટ કન્વર્ટર - બૂસ્ટ કન્વર્ટર

સ્વીચ T બંધ છે. જ્યારે સ્વીચ બંધ થાય છે, ત્યારે ડાયોડ ડી બંધ થાય છે, ઇન્ડક્ટર એલ દ્વારા વર્તમાન વધવાનું શરૂ થાય છે. ચાવી ખુલે છે. ઇન્ડક્ટરમાંથી કરંટ વહેતો રહે છે, પરંતુ હવે ખુલ્લા ડાયોડ દ્વારા અને સમગ્ર ઇન્ડક્ટરમાં વોલ્ટેજ સ્ત્રોત વોલ્ટેજમાં ઉમેરવામાં આવે છે. કેપેસિટર C દ્વારા લોડ R માં સતત વોલ્ટેજ જાળવવામાં આવે છે.

સ્વીચ બંધ થાય છે, ચોક કરંટ ફરી વધે છે. આ પ્રકારના કન્વર્ટરનું આઉટપુટ વોલ્ટેજ હંમેશા ઇનપુટ વોલ્ટેજ કરતા વધારે હોય છે કારણ કે સમગ્ર ઇન્ડક્ટરમાં વોલ્ટેજ સ્ત્રોત વોલ્ટેજમાં ઉમેરવામાં આવે છે. આઉટપુટ વોલ્ટેજનું સૈદ્ધાંતિક મૂલ્ય (આદર્શ કન્વર્ટર માટે) સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને શોધી શકાય છે:

ગેલ્વેનિક આઇસોલેશન-બક-બૂસ્ટ-કન્વર્ટર વિના કન્વર્ટર ઇન્વર્ટિંગ

સ્વીચ T બંધ છે. ચોક L ઊર્જાનો સંગ્રહ કરે છે, ડાયોડ D બંધ છે. સ્વીચ ખુલ્લી છે-ચોક કેપેસિટર C અને લોડ R ને શક્તિ આપે છે. અહીં આઉટપુટ વોલ્ટેજ નકારાત્મક પોલેરિટી ધરાવે છે.તેનું મૂલ્ય સૂત્ર દ્વારા (આદર્શ કેસ માટે) શોધી શકાય છે:

લીનિયર સ્ટેબિલાઇઝર્સથી વિપરીત, સક્રિય તત્વોની ઓછી ગરમીને કારણે સ્વિચિંગ સ્ટેબિલાઇઝરની કાર્યક્ષમતા વધુ હોય છે અને તેથી તેને નાના રેડિયેટર વિસ્તારની જરૂર હોય છે. સ્વિચિંગ સ્ટેબિલાઇઝર્સના લાક્ષણિક ગેરફાયદા એ આઉટપુટ અને ઇનપુટ સર્કિટમાં આવેગ અવાજની હાજરી તેમજ લાંબા સમય સુધી ક્ષણિક છે.