زیادہ تر الیکٹرانک سسٹمز کو سپلائی وولٹیج اور سرکٹ وولٹیج کے درمیان کسی نہ کسی قسم کی تبدیلی کی ضرورت ہوتی ہے۔ جب بیٹری اپنا چارج کھو دیتی ہے تو وولٹیج گر ​​جائے گا۔ کچھ DC-DC کی تبدیلیاں اس بات کو یقینی بنا سکتی ہیں کہ بیٹری میں ذخیرہ شدہ زیادہ توانائی سرکٹ کو پاور کرنے کے لیے استعمال کی جائے۔ اس کے علاوہ، اگر ہم 110 V AC لائنیں استعمال کرتے ہیں، تو ہم سیمی کنڈکٹرز جیسے مائیکرو کنٹرولرز کو براہ راست بجلی فراہم نہیں کر سکتے۔ چونکہ تقریباً ہر الیکٹرانک سسٹم وولٹیج کنورٹرز (جنہیں پاور سپلائی بھی کہا جاتا ہے) استعمال کرتا ہے، اس لیے انہیں سالوں کے دوران مختلف استعمال کے لیے بہتر بنایا گیا ہے۔ بلاشبہ، اصلاح کے اہداف عام طور پر حل کا سائز، تبادلوں کی کارکردگی، EMI اور لاگت ہوتے ہیں۔

سادہ بجلی کی فراہمی: ایل ڈی او

   

بجلی کی فراہمی کی ایک آسان شکل لو ڈراپ آؤٹ (LDO) ریگولیٹر ہے۔ ایل ڈی او ایک لکیری ریگولیٹر ہے جو ریگولیٹر کو تبدیل کرنے کے برعکس ہے۔ لکیری ریگولیٹر ان پٹ وولٹیج اور آؤٹ پٹ وولٹیج کے درمیان ایک ایڈجسٹ ریزسٹر رکھتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ ان پٹ وولٹیج کی تبدیلی سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے، کون سا لوڈ کرنٹ آلات سے گزر رہا ہے، آؤٹ پٹ وولٹیج طے ہوتا ہے۔ شکل 1 اس سادہ وولٹیج کنورٹر کے بنیادی اصول کو ظاہر کرتا ہے۔

شکل 1. لکیری وولٹیج ریگولیٹر ایک وولٹیج کو دوسرے میں تبدیل کرتا ہے۔

کئی سالوں سے، عام پاور کنورٹر ایک 50 ہرٹز یا 60 ہرٹز ٹرانسفارمر پر مشتمل ہوتا ہے، جو پاور گرڈ سے منسلک ہوتا ہے اور ایک مخصوص وائنڈنگ تناسب کے ساتھ غیر مستحکم آؤٹ پٹ وولٹیج پیدا کرتا ہے، جو کہ بجلی کی فراہمی کے مطلوبہ وولٹیج سے کئی وولٹ زیادہ ہوتا ہے۔ نظام. پھر، ایک لکیری ریگولیٹر اس وولٹیج کو ایک مستحکم ریگولیٹڈ وولٹیج میں تبدیل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جو الیکٹرانک مصنوعات کے لیے درکار ہے۔ شکل 2 اس تصور کا بلاک ڈایاگرام دکھاتا ہے۔

2. لائن ٹرانسفارمر کے بعد لکیری وولٹیج ریگولیٹر۔

شکل 2 میں بنیادی سیٹ اپ کے ساتھ مسئلہ یہ ہے کہ 50 Hz/60 Hz ٹرانسفارمر نسبتاً بڑا اور مہنگا ہے۔ اس کے علاوہ، لکیری ریگولیٹر بھی بہت زیادہ حرارت خارج کرتا ہے، اس لیے سسٹم کی مجموعی کارکردگی کم ہے، اور نظام کی زیادہ طاقت کی وجہ سے پیدا ہونے والی حرارت کو ختم کرنا مشکل ہے۔

سوئچنگ موڈ پاور سپلائی مدد کرتا ہے۔
   

بجلی کی فراہمی کے نقصانات سے بچنے کے لیے تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ 2، سوئچنگ موڈ پاور سپلائی ایجاد کیا گیا تھا. وہ 50 Hz یا 60 Hz AC وولٹیج پر انحصار نہیں کرتے ہیں، لیکن DC وولٹیج کا استعمال کرتے ہیں، کبھی کبھی AC وولٹیج کو درست کرتے ہیں، چھوٹے ٹرانسفارمر کو استعمال کرنے کے لیے زیادہ فریکوئنسی AC وولٹیج پیدا کرتے ہیں، یا غیر الگ تھلگ نظام میں DC آؤٹ پٹ وولٹیج پیدا کرنے کے لیے وولٹیج کو درست کرنے کے لیے LC فلٹر کا استعمال کرتے ہیں۔ . فائدہ یہ ہے کہ محلول سائز میں چھوٹا اور قیمت میں نسبتاً کم ہے۔ تیار کردہ AC وولٹیج کو سائنوسائیڈل وولٹیج ویوفارم ہونے کی ضرورت نہیں ہے۔ سادہ PWM سگنل ویوفارم اچھی طرح سے کام کر سکتا ہے، اور آسانی سے PWM جنریٹر اور سوئچ کا استعمال کر کے پیدا کیا جا سکتا ہے۔

2000 تک، دوئبرووی ٹرانجسٹرز کو عام طور پر سوئچ استعمال کیا جاتا تھا۔ ان کی کارکردگی اچھی ہے، لیکن سوئچنگ کی رفتار نسبتاً کم ہے۔ کارکردگی زیادہ نہیں ہے، اور سوئچنگ فریکوئنسی 50 kHz یا 100 kHz تک محدود ہے۔ آج کل، ہم بائی پولر ٹرانزسٹر کے بجائے سوئچنگ MOSFET استعمال کرتے ہیں، اور سوئچنگ کی رفتار بہت تیز ہے۔ دوسری طرف، سوئچنگ نقصان کم ہے، اور سوئچنگ فریکوئنسی 5 میگاہرٹز تک زیادہ ہے۔ اتنی زیادہ سوئچنگ فریکوئنسی پاور اسٹیج کو بہت چھوٹی انڈکٹنس اور کیپیسیٹینس استعمال کرنے کے قابل بناتی ہے۔

ریگولیٹرز کو تبدیل کرنے سے بہت سے فوائد حاصل ہوتے ہیں۔ وہ عام طور پر اعلی کارکردگی والی وولٹیج کی تبدیلی فراہم کرتے ہیں، قدم بڑھنے اور نیچے جانے کی اجازت دیتے ہیں، اور نسبتاً کمپیکٹ اور کم لاگت والا ڈیزائن فراہم کرتے ہیں۔ نقصان یہ ہے کہ ڈیزائن اور اصلاح کا عمل پیچیدہ ہے، اور سوئچنگ کنورژن اور سوئچنگ فریکوئنسی بھی EMI پیدا کرے گی۔ سوئچنگ موڈ پاور سپلائی ریگولیٹر اور LTpowerCAD® اور LTspice® پاور سپلائی ڈیزائن ٹولز کی دستیابی نے اس مشکل ڈیزائن کے عمل کو بہت آسان بنا دیا ہے۔ ان ٹولز کے ساتھ، سوئچنگ موڈ پاور سپلائی کے سرکٹ ڈیزائن کا عمل نیم خودکار ہو سکتا ہے۔

بجلی کی فراہمی میں تنہائی

   

بجلی کی فراہمی کو ڈیزائن کرتے وقت، پہلے سوال کا جواب دیا جائے گا کہ آیا برقی تنہائی کی ضرورت ہے۔ برقی تنہائی کا استعمال کئی وجوہات کے لیے کیا جاتا ہے۔ یہ سرکٹ کی حفاظت کو بہتر بنا سکتا ہے، تیرتے نظام کو چلانے کی اجازت دیتا ہے، اور سرکٹ میں مختلف الیکٹرانک آلات کے ذریعے شور مچانے والے کرنٹ کو پھیلنے سے روک سکتا ہے۔ دو عام الگ تھلگ ٹوپولاجیاں فلائی بیک کنورٹر اور فارورڈ کنورٹر ہیں۔ تاہم، زیادہ طاقت کے لیے، دیگر الگ تھلگ ٹوپولوجیز جیسے پش پل، ہاف پل اور فل برج استعمال کیے جاتے ہیں۔

اگر برقی تنہائی کی ضرورت نہیں ہے تو، زیادہ تر معاملات میں ایک غیر الگ تھلگ ٹوپولوجی استعمال کی جائے گی۔ ٹوپولوجی کو ہمیشہ ایک ٹرانسفارمر کی ضرورت ہوتی ہے، اور اس قسم کا سامان اکثر مہنگا اور بھاری ہوتا ہے، اور آف دی شیلف آلات جو کہ حسب ضرورت بجلی کی فراہمی کی درست ضروریات کو پورا کرتے ہیں حاصل کرنا عام طور پر مشکل ہوتا ہے۔

جب تنہائی کی ضرورت نہیں ہوتی ہے تو سب سے عام ٹوپولوجی

   

عام غیر الگ تھلگ سوئچنگ موڈ پاور سپلائی ٹوپولوجی بک کنورٹر ہے، جسے بک کنورٹر بھی کہا جاتا ہے، جو ایک مثبت ان پٹ وولٹیج حاصل کرتا ہے اور ان پٹ وولٹیج سے کم آؤٹ پٹ وولٹیج پیدا کرتا ہے۔ یہ تین بنیادی سوئچنگ موڈ پاور سپلائی ٹوپولاجی میں سے ایک ہے، اور اسے صرف دو سوئچز، ایک انڈکٹر اور دو کیپسیٹرز کی ضرورت ہے۔ شکل 3 اس ٹوپولوجی کے بنیادی اصول کو ظاہر کرتی ہے۔ ہائی اینڈ سوئچ ان پٹ ٹرمینل سے پلس کرنٹ بھیجتا ہے، اور ایک سوئچنگ موڈ وولٹیج بناتا ہے، جو ان پٹ وولٹیج اور گراؤنڈ وولٹیج کے درمیان بدل جاتا ہے۔ ایل سی فلٹر سوئچ نوڈ پر پلس وولٹیج حاصل کرتا ہے اور ڈی سی آؤٹ پٹ وولٹیج تیار کرتا ہے۔ ہائی اینڈ سوئچ کے PWM سگنل کے ڈیوٹی تناسب کے مطابق، DC آؤٹ پٹ وولٹیج کی مختلف سطحیں تیار ہوتی ہیں۔ یہ DC-DC بک کنورٹر اعلی کارکردگی کا حامل ہے، بنانا نسبتاً آسان ہے، اور اس کے لیے چند اجزاء کی ضرورت ہوتی ہے۔

شکل 3۔ سادہ ہرن کنورٹر کا تصور۔

بک کنورٹر ان پٹ پر پلس کرنٹ خارج کرتا ہے، جبکہ آؤٹ پٹ میں انڈکٹر سے مسلسل کرنٹ ہوتا ہے۔ یہی وجہ ہے کہ بکس کنورٹر کا شور ان پٹ پر بہت بلند ہے، لیکن آؤٹ پٹ پر اتنا بلند نہیں۔ کم شور کے نظام کو ڈیزائن کرتے وقت یہ جاننا ضروری ہے۔

بک ٹوپولوجی کے علاوہ، دوسری بنیادی ٹوپولوجی بوسٹ ٹوپولوجی ہے۔ بوسٹ ٹوپولوجی بیک ٹوپولوجی کی طرح پانچ بنیادی پاور عناصر کا استعمال کرتی ہے، لیکن دوبارہ ترتیب دینے کے بعد، انڈکٹر کو ان پٹ پر رکھا جاتا ہے اور ہائی سائیڈ سوئچ آؤٹ پٹ پر رکھا جاتا ہے۔ بوسٹ ٹوپولوجی کا استعمال ان پٹ وولٹیج کو ان پٹ وولٹیج سے زیادہ آؤٹ پٹ وولٹیج تک بڑھانے کے لیے کیا جاتا ہے۔

شکل 4. سادہ بوسٹ کنورٹر کا تصور۔

بوسٹ کنورٹر کا انتخاب کرتے وقت، یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ زیادہ سے زیادہ ریٹیڈ سوئچنگ کرنٹ ہمیشہ بوسٹ کنورٹر کی ڈیٹا شیٹ میں زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ کرنٹ کے بجائے بیان کیا جاتا ہے۔ بک کنورٹر میں، زیادہ سے زیادہ سوئچنگ کرنٹ براہ راست زیادہ سے زیادہ قابل حصول آؤٹ پٹ کرنٹ سے متعلق ہے، اور اس کا ان پٹ وولٹیج اور آؤٹ پٹ وولٹیج کے درمیان وولٹیج کے تناسب سے کوئی تعلق نہیں ہے۔ بوسٹ ریگولیٹر میں، وولٹیج کا تناسب مقررہ زیادہ سے زیادہ سوئچنگ کرنٹ کی بنیاد پر ممکنہ زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ کرنٹ کو براہ راست متاثر کرتا ہے۔ مناسب بوسٹ ریگولیٹر IC کا انتخاب کرتے وقت، آپ کو نہ صرف مطلوبہ آؤٹ پٹ کرنٹ بلکہ ان پٹ اور آؤٹ پٹ وولٹیجز کو بھی جاننا چاہیے جو ڈیولپمنٹ میں ڈیزائن کیے گئے ہیں۔

ان پٹ پر بوسٹ کنورٹر کا شور بہت کم ہے، کیونکہ ان پٹ کنکشن کے ساتھ مطابقت پذیر انڈکٹنس کرنٹ کو تیزی سے تبدیل ہونے سے روک سکتی ہے۔ تاہم، آؤٹ پٹ کے اختتام پر، اس ٹوپولوجی کا شور بہت بڑا ہے. ہم صرف پلس کرنٹ کو بیرونی سوئچ سے بہتا ہوا دیکھتے ہیں، اس لیے ہم بک ٹوپولوجی کے مقابلے آؤٹ پٹ ریپل پر زیادہ توجہ دیتے ہیں۔

تیسرا بنیادی ٹوپولوجی انورٹنگ بک بوسٹ کنورٹر ہے، جو صرف پانچ بنیادی اجزاء پر مشتمل ہے۔ یہ کنورٹر ایک مثبت ان پٹ وولٹیج لیتا ہے اور اسے منفی آؤٹ پٹ وولٹیج میں تبدیل کرتا ہے، اس لیے اس کا نام ہے۔ اس کے علاوہ، ان پٹ وولٹیج الٹی آؤٹ پٹ وولٹیج کی مطلق قدر سے زیادہ یا کم ہو سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، ان پٹ پر –-12 V آؤٹ پٹ وولٹیج 5 V یا 24 V سے پیدا ہو سکتا ہے۔ یہ کسی خاص سرکٹ میں ترمیم کے بغیر ہو سکتا ہے۔ شکل 5 inverting بک بوسٹ کنورٹر کے سرکٹ تصور کو ظاہر کرتا ہے۔

شکل 5۔ سادہ الٹنے والے بکس بوسٹ کنورٹر کا تصور۔

الٹی بک بوسٹ ٹوپولوجی میں، انڈکٹر کو سوئچنگ نوڈ سے گراؤنڈ کیا جاتا ہے۔ کنورٹر کے ان پٹ اور آؤٹ پٹ پر پلس کرنٹ ہوتے ہیں، اس لیے اس ٹوپولوجی کے ان پٹ اور آؤٹ پٹ پر شور زیادہ ہوتا ہے۔ کم شور والے ایپلی کیشنز میں، اس خصوصیت کی تلافی اضافی ان پٹ اور آؤٹ پٹ فلٹرنگ شامل کرکے کی جاتی ہے۔

الٹی بک بوسٹ ٹوپولوجی کا ایک فائدہ مند پہلو یہ ہے کہ اس کنورٹر میں کوئی بھی بک سوئچنگ ریگولیٹر IC استعمال کیا جا سکتا ہے۔ جب تک بک سرکٹ کا آؤٹ پٹ وولٹیج سسٹم گراؤنڈ سے منسلک ہے۔ IC سٹیپ ڈاؤن سرکٹ کی گراؤنڈنگ ایڈجسٹ منفی وولٹیج بن جائے گی۔ یہ خصوصیت مارکیٹ میں سوئچنگ ریگولیٹر IC کے انتخاب کو وسیع بناتی ہے۔

خصوصی ٹوپولوجی

 

تین بنیادی غیر الگ تھلگ سوئچنگ موڈ پاور سپلائی ٹوپولاجیز کے علاوہ جن پر پہلے بات کی گئی تھی، بہت سی ٹوپولاجیز دستیاب ہیں۔ تاہم، ان سب کو اضافی بجلی کے اجزاء کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ عام طور پر لاگت کو بڑھاتا ہے اور بجلی کی تبدیلی کی کارکردگی کو کم کرتا ہے۔ اگرچہ کچھ مستثنیات ہیں، بجلی کی فراہمی کے راستے میں اضافی اجزاء شامل کرنے سے عام طور پر نقصان میں اضافہ ہوتا ہے۔ کچھ عام ٹوپولاجی میں SEPIC، Zeta، UK اور 4-switch buck-boost شامل ہیں۔ ان سب کے پاس ایسے افعال ہیں جو تین بنیادی ٹوپولاجیز میں نہیں ہیں۔ مندرجہ ذیل ہر ٹوپولوجی کی اہم خصوصیات کی فہرست ہے۔

   

01

SEPIC: SEPIC آؤٹ پٹ وولٹیج سے زیادہ یا کم مثبت ان پٹ وولٹیج سے ایک مثبت آؤٹ پٹ وولٹیج پیدا کر سکتا ہے۔ بوسٹ ریگولیٹر IC کو SEPIC پاور سپلائی ڈیزائن کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس ٹوپولوجی کا نقصان یہ ہے کہ اس کے لیے دوسرا انڈکٹر یا کپلنگ انڈکٹر اور ایک SEPIC کپیسیٹر درکار ہوتا ہے۔

   

02

Zeta: یہ Zeta کنورٹر SEPIC کی طرح ہے، لیکن مثبت یا منفی آؤٹ پٹ وولٹیج پیدا کر سکتا ہے۔ مزید یہ کہ، اس کا کوئی دائیں نصف طیارہ زیرو پوائنٹ (RHPZ) نہیں ہے، اس طرح ریگولیشن لوپ کو آسان بناتا ہے۔ اس ٹوپولوجی میں بک کنورٹر آئی سی استعمال کیا جا سکتا ہے۔

   

03

یوکے: یوکے کنورٹر مثبت ان پٹ وولٹیج کو منفی آؤٹ پٹ وولٹیج میں تبدیل کر سکتا ہے۔ یہ دو انڈکٹرز استعمال کرتا ہے، ایک ان پٹ پر اور ایک آؤٹ پٹ پر، اس لیے ان پٹ اور آؤٹ پٹ پر شور بہت کم ہے۔ نقصان یہ ہے کہ بہت سے سوئچنگ موڈ پاور کنورژن آئی سی نہیں ہیں جو اس ٹوپولوجی کو سپورٹ کرتے ہیں، کیونکہ ریگولیشن لوپ کو منفی وولٹیج فیڈ بیک پن کی ضرورت ہوتی ہے۔

   

04

 4 سوئچنگ بک بوسٹ: حالیہ برسوں میں اس قسم کا کنورٹر بہت مشہور ہوا ہے۔ یہ ایک مثبت ان پٹ وولٹیج سے ایک مثبت آؤٹ پٹ وولٹیج فراہم کرتا ہے۔ ان پٹ وولٹیج ریگولیٹ آؤٹ پٹ وولٹیج سے زیادہ یا کم ہو سکتا ہے۔ اس کنورٹر میں پاور کنورژن کی کارکردگی زیادہ ہے اور اسے صرف ایک انڈکٹر کی ضرورت ہے، اس لیے یہ بہت سے SEPIC ڈیزائنوں کی جگہ لے لیتا ہے۔عام تنہائی ٹوپولوجی

   

غیر الگ تھلگ ٹاپولوجی کے علاوہ، کچھ ایپلی کیشنز کو برقی طور پر الگ تھلگ پاور کنورٹرز کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کی وجہ یہ ہو سکتی ہے کہ حفاظتی وجوہات کی بنا پر، ایک دوسرے سے منسلک مختلف سرکٹس والے بڑے سسٹمز میں فلوٹنگ گراؤنڈنگ کی ضرورت ہے، یا شور سے حساس ایپلی کیشنز میں گراؤنڈ کرنٹ لوپ کو روکنے کے لیے ضروری ہے۔ عام الگ تھلگ کنورٹر ٹوپولاجیاں فلائی بیک کنورٹر اور فارورڈ کنورٹر ہیں۔

فلائی بیک کنورٹرز عام طور پر 60 ڈبلیو تک پاور لیول کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ سرکٹ کا ورکنگ موڈ یہ ہے کہ برقی توانائی کو ترسیل کے وقت ٹرانسفارمر میں محفوظ کیا جاتا ہے۔ منقطع ہونے پر، آؤٹ پٹ کے لیے بجلی کی فراہمی کے لیے برقی توانائی کو کنورٹر کے ثانوی حصے میں چھوڑ دیا جاتا ہے۔ یہ کنورٹر بنانا آسان ہے، لیکن عام آپریشن کے لیے درکار تمام برقی توانائی کو ذخیرہ کرنے کے لیے نسبتاً بڑے ٹرانسفارمر کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایک طرف، یہ ٹوپولوجی کم پاور لیول تک محدود ہے۔ شکل 6 اوپر فلائی بیک کنورٹر اور نیچے فارورڈ کنورٹر دکھاتا ہے۔

6. فلائی بیک کنورٹر (اوپر) اور فارورڈ کنورٹر (نیچے)۔

فلائی بیک کنورٹر کے علاوہ فارورڈ کنورٹر بھی بہت مشہور ہے۔ یہ ایک ٹرانسفارمر کو فلائی بیک کنورٹر سے مختلف طریقے سے استعمال کرتا ہے۔ ترسیل کے وقت کے دوران، اگرچہ کرنٹ بنیادی وائنڈنگ کے ذریعے بہتا ہے، لیکن کرنٹ ثانوی وائنڈنگ کے ذریعے بھی بہتا ہے۔ برقی توانائی کو ٹرانسفارمر کوائل میں ذخیرہ نہیں کیا جانا چاہئے۔ ہر سوئچنگ سائیکل کے بعد، ہمیں یہ یقینی بنانا چاہیے کہ کوائل کی تمام میگنیٹائزیشن صفر پر چھوڑ دی جائے، تاکہ ٹرانسفارمر کئی سوئچنگ سائیکلوں کے بعد سیر نہ ہو۔ کنڈلی سے برقی توانائی کو جاری کرنے کے لیے کئی مختلف ٹیکنالوجیز استعمال کی جا سکتی ہیں۔ ایک عام طریقہ یہ ہے کہ چھوٹے اضافی سوئچز اور کیپسیٹرز کے ساتھ ایک فعال کلیمپ استعمال کریں۔

تصویر 7 ADP1074 کا استعمال کرتے ہوئے ایکٹو کلیمپ فارورڈ ڈیزائن کے ساتھ LTspice سمولیشن ماحول کا اسکیمیٹک خاکہ دکھاتا ہے۔ فارورڈ کنورٹر میں، آؤٹ پٹ پاتھ میں ایک اضافی انڈکٹنس ہے جو فلائی بیک کنورٹر میں نہیں ملتا، جیسا کہ شکل 6 میں دکھایا گیا ہے۔ اگرچہ اس اضافی جزو میں متعلقہ جگہ اور لاگت کا اثر ہے، یہ فلائی بیک کنورٹر کے مقابلے میں کم شور آؤٹ پٹ وولٹیج پیدا کرنے میں مدد کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، فلائی بیک کنورٹر جیسی پاور لیول پر، فارورڈ کنورٹر کے لیے مطلوبہ ٹرانسفارمر کا سائز بہت چھوٹا ہو سکتا ہے۔

شکل 7. الگ تھلگ آؤٹ پٹ وولٹیج پیدا کرنے کے لیے ADP1074 کا استعمال کرتے ہوئے ایکٹیو کلیمپ فارورڈ سرکٹ، جیسا کہ LTspice میں سمولیشن میں دکھایا گیا ہے۔

ایڈوانسڈ آئسولیشن ٹوپولوجی

   

فلائی بیک اور فارورڈ ٹوپولوجی کے علاوہ، مختلف ٹرانسفارمرز پر مبنی برقی تنہائی کنورٹرز کے بہت سے تصورات ہیں۔ درج ذیل فہرست عام کنورٹرز کی کچھ بنیادی وضاحتیں دیتی ہے:

• پش پل: پش پل ٹوپولوجی فارورڈ کنورٹر ٹوپولوجی کی طرح ہے۔ تاہم، اس ٹوپولوجی میں ایک لو سائیڈ سوئچ کے بجائے دو فعال لو سائیڈ سوئچز کی ضرورت ہوتی ہے۔ مرکزی نل کے ساتھ ایک بنیادی ٹرانسفارمر کی بھی ضرورت ہے۔ فارورڈ کنورٹر کے مقابلے میں، پش پل کنورٹر میں کم شور اور چھوٹے ٹرانسفارمر کے فوائد ہیں۔ ٹرانسفارمر کے BH وکر کا ہسٹریسس ایک کے بجائے دو کواڈرینٹ میں استعمال ہوتا ہے۔
  

• ہاف برج/فل برج: یہ دو ٹوپولاجیاں عام طور پر اعلیٰ پاور ڈیزائن کے لیے استعمال ہوتی ہیں، جو کئی سو واٹ سے شروع ہوتی ہیں اور کئی کلو واٹ تک جاتی ہیں۔ لو سائیڈ سوئچز کے علاوہ، انہیں ہائی سائیڈ سوئچز کی بھی ضرورت ہوتی ہے، لیکن وہ نسبتاً چھوٹے ٹرانسفارمرز کے ذریعے ہائی پاور ٹرانسمیشن حاصل کر سکتے ہیں۔
  

• ZVS: اس اصطلاح کا ذکر عام طور پر اس وقت کیا جاتا ہے جب اعلیٰ طاقت والے الگ تھلگ کنورٹرز پر بحث کی جاتی ہے۔ اس کا مطلب زیرو وولٹیج سوئچنگ ہے۔ اس قسم کے کنورٹر کے لیے ایک اور اصطلاح LLC (Inductance-Inductance-Capacitance) کنورٹر ہے۔ ان فن تعمیر کا مقصد موثر تبدیلی کو حاصل کرنا ہے۔ وہ گونجنے والے سرکٹس تیار کریں گے اور جب سوئچ پر وولٹیج یا کرنٹ صفر کے قریب پہنچ جائے گا تو پاور سوئچ کو تبدیل کریں گے۔ اس طرح، سوئچنگ نقصان کو کم سے کم کیا جاتا ہے. تاہم، اس قسم کے ڈیزائن کا احساس کرنا مشکل ہے، اور سوئچنگ فریکوئنسی طے نہیں ہے، بعض اوقات EMI مسائل کا باعث بنتے ہیں۔

  
  

تبدیل شدہ کیپسیٹر کنورٹر

   

لکیری ریگولیٹرز اور سوئچڈ موڈ پاور سپلائیز کے علاوہ، پاور کنورٹرز کا ایک تیسرا گروپ ہے: سوئچڈ کپیسیٹر کنورٹرز۔ چارج پمپ کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔ وہ وولٹیج کو ضرب یا الٹنے کے لیے سوئچ اور کیپسیٹرز کا استعمال کرتے ہیں۔ ایک بڑا فائدہ یہ ہے کہ اس میں کسی بھی قسم کی شمولیت کی ضرورت نہیں ہے۔ اس قسم کا کنورٹر عام طور پر 5 ڈبلیو سے کم پاور لیول کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ تاہم، حالیہ اہم پیش رفت زیادہ طاقتور سوئچڈ کیپسیٹر کنورٹرز کی اجازت دیتی ہے۔ تصویر 8 LTC7820 کو 98.5% کارکردگی اور 120 W ڈیزائن کے ساتھ دکھاتا ہے، جو 48 V سے 24 V میں بدلتا ہے۔

تصویر 8. LTC7820 فکسڈ ریشو ہائی پاور چارج پمپ DC-DC کنٹرولر۔

ڈیجیٹل بجلی کی فراہمی

   

اس مقالے میں زیر بحث تمام پاور سپلائیز کو اینالاگ یا ڈیجیٹل پاور سپلائی کے طور پر لاگو کیا جا سکتا ہے۔ ڈیجیٹل پاور سپلائی بالکل کیا ہے؟ بجلی کی فراہمی کو ہمیشہ سوئچز، انڈکٹرز، ٹرانسفارمرز اور کیپسیٹرز کے اینالاگ پاور لیولز سے گزرنا چاہیے۔ ڈیجیٹل پہلوؤں کو دو ڈیجیٹل بلڈنگ بلاکس کے ذریعے متعارف کرایا گیا ہے:

• پہلا ڈیجیٹل انٹرفیس ہے، جس کے ذریعے الیکٹرانک نظام بجلی کی فراہمی سے رابطہ کر سکتا ہے۔ مختلف کام کے حالات کے لیے بجلی کی فراہمی کو بہتر بنانے کے لیے مختلف پیرامیٹرز کو فوری طور پر سیٹ کیا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، پاور سپلائی مین پروسیسر کے ساتھ بھی بات چیت کر سکتی ہے اور انتباہ یا غلطی کے نشان کا سبب بن سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، سسٹم لوڈ کرنٹ کو آسانی سے مانیٹر کر سکتا ہے، پہلے سے طے شدہ حد سے تجاوز کر سکتا ہے یا بیٹری کا درجہ حرارت بہت زیادہ ہے۔
  

• دوسرا ڈیجیٹل بلڈنگ ماڈیول اینالاگ ریگولیٹنگ لوپ کے بجائے ڈیجیٹل لوپ کا استعمال کرتا ہے۔ یہ اچھی طرح سے کام کرتا ہے، لیکن زیادہ تر ایپلی کیشنز کے لیے، معیاری اینالاگ فیڈ بیک لوپ کو اپنانا بہتر ہے جس کا کچھ پیرامیٹرز پر ایک خاص ڈیجیٹل اثر ہو، جیسے کہ ایرر ایمپلیفائر کے فائدے کو فوری طور پر ایڈجسٹ کرنا یا ایک مستحکم لیکن تیز رفتاری کا احساس کرنے کے لیے لوپ کے معاوضے کے پیرامیٹرز کو متحرک طور پر ترتیب دینا۔ فیڈ بیک لوپ

مکمل طور پر ڈیجیٹل کنٹرول لوپ والے ڈیوائس کی ایک مثال ADI کا ADP1046A ہے۔ ڈیجیٹل انٹرفیس بک ریگولیٹر کی ایک مثال جو ڈیجیٹل اثر و رسوخ اور اینالاگ کنٹرول لوپ کے ساتھ بہتر ہے LTC3883 ہے۔

EMI تحفظات

   

برقی مقناطیسی مداخلت (EMI) ہمیشہ سے ایک مسئلہ رہا ہے جس پر سوئچنگ موڈ پاور سپلائی کو ڈیزائن کرتے وقت توجہ دینی چاہیے۔ وجہ یہ ہے کہ سوئچنگ موڈ پاور سپلائی بہت کم وقت میں تیز کرنٹ کو سوئچ کر دے گی۔ سوئچنگ کی رفتار جتنی تیز ہوگی، سسٹم کی مجموعی کارکردگی اتنی ہی بہتر ہوگی۔ تیز رفتار سوئچنگ سوئچ کو جزوی طور پر آن کرنے کے وقت کو کم کر سکتی ہے۔ وقت کے اس حصے کے دوران، سوئچنگ کے زیادہ تر نقصانات ہوں گے۔ شکل 9 سوئچنگ نوڈ پر سوئچنگ موڈ پاور سپلائی کی لہر کی شکل کو ظاہر کرتا ہے۔ مثال کے طور پر بک ریگولیٹر لیں۔ ہائی وولٹیج کی تعریف ہائی سائیڈ سوئچ کے ذریعے کرنٹ کے ذریعے کی جاتی ہے، جب کہ کم وولٹیج کی وضاحت ہائی سائیڈ سوئچ کے ذریعے کرنٹ نہ ہونے سے ہوتی ہے۔

شکل 9. سوئچنگ موڈ پاور سپلائی کی سوئچنگ رفتار اور سوئچنگ فریکوئنسی۔

جیسا کہ انجیر میں دیکھا جا سکتا ہے۔ 9، سوئچنگ موڈ پاور سپلائی سے پیدا ہونے والا شور نہ صرف ایڈجسٹ سوئچنگ فریکوئنسی سے آتا ہے بلکہ سوئچنگ اسپیڈ سے بھی آتا ہے جو فریکوئنسی سے بہت زیادہ ہے۔ اگرچہ سوئچنگ فریکوئنسی عام طور پر 500 kHz اور 3 MHz کے درمیان چلتی ہے، لیکن سوئچنگ کا وقت کئی نینو سیکنڈ لمبا ہو سکتا ہے۔ 1 ns سوئچنگ ٹائم میں، سپیکٹرم میں متعلقہ فریکوئنسی 1 GHz ہو گی۔ کم از کم ان دو تعدد کو برقی مقناطیسی تابکاری کی خرابی اور چلائی جانے والی تابکاری کے طور پر شمار کیا جائے گا۔ ریگولیٹنگ لوپ کا دوغلا پن یا بجلی کی فراہمی اور فلٹر کے درمیان تعامل دیگر تعدد بھی لا سکتا ہے۔

EMI کو کم کرنے کی دو وجوہات ہیں۔ پہلی وجہ ایک مخصوص پاور سپلائی سے چلنے والے الیکٹرانک سسٹم کے کام کی حفاظت کرنا ہے۔ مثال کے طور پر، سسٹم سگنل پاتھ میں استعمال ہونے والے 16 بٹ ADC کو بجلی کی فراہمی سے سوئچنگ شور نہیں اٹھانا چاہیے۔ دوسری وجہ یہ ہے کہ ایک ہی وقت میں مختلف الیکٹرانک سسٹمز کے قابل اعتماد افعال کی حفاظت کے لیے پوری دنیا کی حکومتوں کی طرف سے وضع کردہ کچھ EMI ضوابط کو پورا کرنا ہے۔

EMI کی دو شکلیں ہیں، ریڈی ایٹڈ EMI اور کنڈکٹڈ EMI۔ ریڈی ایٹڈ EMI کو کم کرنے کا مؤثر طریقہ PCB کے لے آؤٹ کو بہتر بنانا ہے، اور ADI کے Silent Switcher® جیسی ٹیکنالوجیز کو اپنانا ہے۔ ایسی ٹیکنالوجی۔ بلاشبہ، سرکٹ کو شیلڈ میٹل باکس میں ڈالنا بھی موثر ہے۔ تاہم، یہ عملی نہیں ہوسکتا ہے، اور زیادہ تر معاملات میں یہ مہنگا ہے۔

منعقد شدہ EMI کو عام طور پر اضافی فلٹرنگ کے ذریعے کم کیا جاتا ہے۔ اگلا، چلائی جانے والی تابکاری کو کم کرنے کے لیے اضافی فلٹرنگ پر تبادلہ خیال کیا جائے گا۔

فلٹر لہروں

   

RC فلٹر ایک بنیادی کم پاس فلٹر ہے۔ تاہم، بجلی کی فراہمی کے ڈیزائن میں، ہر فلٹر ایک LC فلٹر ہے۔ عام طور پر، سیریز میں کچھ انڈکٹرز کو شامل کرنا کافی ہوتا ہے، کیونکہ یہ سوئچنگ موڈ پاور سپلائی کے ان پٹ یا آؤٹ پٹ کیپیسیٹینس کے ساتھ مل کر LC یا CLC فلٹر بنائے گا۔ بعض اوقات صرف کیپسیٹرز کو فلٹر کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، لیکن پاور لائنوں یا نشانات کے طفیلی انڈکٹنس پر غور کرتے ہوئے، ہم کیپسیٹرز کو جوڑ کر LC فلٹر بناتے ہیں۔ انڈکٹر l ایک کنڈلی یا فیرائٹ مالا والا انڈکٹر ہو سکتا ہے۔ ایل سی فلٹر کا مقصد دراصل ایک کم پاس اثر ہے، جو ڈی سی پاور کو گزرنے دیتا ہے اور ہائی فریکوئنسی مداخلت کو کافی حد تک کم کرتا ہے۔ LC فلٹر میں ایک ڈبل قطب ہے، لہذا یہ 40 dB/ آکٹیو کی اعلی تعدد کشندگی حاصل کر سکتا ہے۔ فلٹر نسبتاً تیز فریکوئنسی ڈراپ حاصل کر سکتا ہے۔ فلٹرز ڈیزائن کرنا آسان نہیں ہے۔ تاہم، چونکہ سرکٹ کے پرجیوی اجزاء (جیسے ٹریس انڈکٹنس) اثرات پیدا کریں گے، اس لیے فلٹر کی ماڈلنگ کے لیے بھی بنیادی پرجیوی اثرات کو ماڈل کرنے کی ضرورت ہے۔ یہ اینالاگ فلٹر کو کافی وقت طلب بناتا ہے۔ فلٹر ڈیزائن میں تجربہ رکھنے والے بہت سے ڈیزائنرز جانتے ہیں کہ کون سے فلٹر اچھی طرح سے کام کرتے ہیں، اور نئے ڈیزائن کو حاصل کرنے کے لیے وہ بار بار فلٹر کو بہتر بنا سکتے ہیں۔

تمام فلٹرز کو ڈیزائن کرتے وقت، نہ صرف چھوٹے سگنل کے رویے، جیسے پورٹر ڈایاگرام میں فلٹر کی منتقلی کی تقریب، بلکہ بڑے سگنل اثر پر بھی غور کرنا ضروری ہے۔ کسی بھی LC فلٹر میں، بجلی کی فراہمی انڈکٹر سے گزرے گی۔ اگر آؤٹ پٹ پر بجلی کی فراہمی کی مزید ضرورت نہیں ہے تو، اچانک لوڈ عارضی کی وجہ سے انڈکٹر میں ذخیرہ شدہ برقی توانائی کو کہیں چھوڑنے کی ضرورت ہے۔ یہ فلٹر کے کیپسیٹر کو چارج کرے گا۔ اگر فلٹر اس بدترین صورت حال کے لیے ڈیزائن نہیں کیا گیا ہے، تو ذخیرہ شدہ برقی توانائی وولٹیج اوور شوٹ کا سبب بن سکتی ہے، جو سرکٹ کو نقصان پہنچا سکتی ہے۔

آخر میں، فلٹر میں ایک خاص رکاوٹ ہے۔ یہ مائبادا فلٹر سے منسلک پاور کنورٹر کی رکاوٹ کے ساتھ تعامل کرتا ہے۔ یہ تعامل عدم استحکام اور دوغلا پن کا باعث بن سکتا ہے۔ اینالاگ ڈیوائسز کے سمولیشن ٹولز جیسے LTspice اور LTpowerCAD ان تمام سوالات کے جوابات دینے اور بہترین فلٹرز ڈیزائن کرنے میں مددگار ہیں۔ شکل 10 LTpowerCAD ڈیزائن ماحول میں فلٹر ڈیزائنرز کے گرافیکل یوزر انٹرفیس کو دکھاتا ہے۔ فلٹرز کو ڈیزائن کرنے کے لیے اس ٹول کا استعمال بہت آسان ہے۔

شکل 10. LTpowerCAD کا استعمال کرتے ہوئے بک ریگولیٹر کے ان پٹ فلٹر کا ڈیزائن۔

خاموش سوئچرز

   

برقی مقناطیسی مداخلت کو روکنا مشکل ہے۔ کسی خاص دھاتی مواد سے بنی ایک خاص ڈھال کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایسا کرنے کی قیمت بہت زیادہ ہے۔ ایک طویل عرصے سے، انجینئرز سوئچنگ موڈ پاور سپلائی کی وجہ سے برقی مقناطیسی تابکاری کے خلل کو کم کرنے کے طریقے تلاش کر رہے ہیں۔ کچھ سال پہلے، خاموش سوئچر ٹیکنالوجی نے ایک اہم پیش رفت کی. سوئچنگ موڈ پاور سپلائی کے تھرمل سرکٹ میں پرجیوی انڈکٹنس کو کم کرکے، اور تھرمل سرکٹ کو دو سرکٹس میں تقسیم کرکے، جو انتہائی ہم آہنگی سے ترتیب دیے گئے ہیں، برقی مقناطیسی تابکاری کی رکاوٹیں زیادہ تر ایک دوسرے کو منسوخ کردیتی ہیں۔ آج، بہت سے خاموش سوئچر آلات روایتی مصنوعات کے مقابلے میں بہت کم برقی مقناطیسی تابکاری کی خلل فراہم کرتے ہیں۔ برقی مقناطیسی تابکاری کے خلل کو کم کرنا سنگین EMI کے بغیر سوئچنگ کی رفتار کو بہتر بنا سکتا ہے۔ سوئچنگ کی رفتار میں اضافہ سوئچنگ نقصان کو کم کر سکتا ہے، اس طرح سوئچنگ فریکوئنسی میں اضافہ ہوتا ہے. اس اختراع کی ایک مثال LTC3310S ہے، جس کی سوئچنگ فریکوئنسی 5 میگاہرٹز ہے اور یہ ایک انتہائی کمپیکٹ ڈیزائن حاصل کرنے کے لیے کم لاگت والے بیرونی اجزاء کا استعمال کرتا ہے۔

پاور مینجمنٹ ضروری ہے، لیکن یہ مزہ بھی ہوسکتا ہے.

  

اس مقالے میں، ہم پاور سپلائی ڈیزائن کے بہت سے پہلوؤں پر تبادلہ خیال کرتے ہیں، بشمول مختلف پاور سپلائی ٹوپولاجیز اور ان کے فوائد اور نقصانات۔ یہ معلومات پاور انجینئرز کے لیے بہت بنیادی ہے، لیکن ماہرین اور غیر پیشہ ور افراد کے لیے، ڈیزائن کے عمل میں LTpowerCAD اور LTspice جیسے سافٹ ویئر ٹولز کا استعمال کرنا مددگار ہے۔ ان ٹولز کی مدد سے، پاور کنورٹر کو مختصر وقت میں ڈیزائن اور بہتر بنایا جا سکتا ہے۔

ڈس کلیمر: یہ مضمون "پاور آر اینڈ ڈی الائنس" سے دوبارہ تیار کیا گیا ہے۔ یہ مضمون صرف مصنف کے ذاتی خیالات کی نمائندگی کرتا ہے، اور Sacco Micro اور صنعت کے خیالات کی نمائندگی نہیں کرتا ہے۔ یہ صرف دوبارہ پرنٹ کرنے اور اشتراک کے لیے ہے تاکہ املاک دانش کے حقوق کے تحفظ کی حمایت کی جا سکے۔ دوبارہ پرنٹ کرتے وقت براہ کرم اصل ماخذ اور مصنف کی نشاندہی کریں۔ اگر کوئی خلاف ورزی ہوتی ہے تو اسے حذف کرنے کے لیے ہم سے رابطہ کریں۔

کمپنی کا ٹیلی فون: +86-0755-83044319
فیکس/فیکس:+86-0755-83975897
ای میل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 منیجر لی
QQ: 332496225 منیجر Qiu
پتہ: کمرہ 809، بلاک سی، ژانتاو ٹیکنالوجی بلڈنگ، نمبر 1079 منزی ایونیو، لونگہوا نیو ڈسٹرکٹ، شینزین