బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ మారడం: డిజైన్ బేసిక్స్ మరియు సామర్థ్యం

ఎలక్ట్రానిక్స్లో, రెగ్యులేటర్ అనేది పరికరం లేదా యంత్రాంగం, ఇది శక్తి ఉత్పత్తిని నిరంతరం నియంత్రించగలదు. విద్యుత్ సరఫరా డొమైన్‌లో వివిధ రకాల నియంత్రకాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి. కానీ ప్రధానంగా, DC నుండి DC మార్పిడి విషయంలో, రెండు రకాల నియంత్రకాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి: లీనియర్ లేదా స్విచింగ్.

ఒక లీనియర్ రెగ్యులేటర్ రెసిస్టివ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ ఉపయోగించి అవుట్‌పుట్‌ను నియంత్రిస్తుంది మరియు ఈ కారణంగా లీనియర్ రెగ్యులేటర్లు తక్కువ సామర్థ్యాన్ని అందిస్తాయి మరియు వేడి రూపంలో శక్తిని కోల్పోతాయి.

మరొక వైపు స్విచింగ్ రెగ్యులేటర్ ఇండక్టర్, డయోడ్ మరియు పవర్ స్విచ్‌ను దాని మూలం నుండి అవుట్‌పుట్‌కు బదిలీ చేయడానికి ఉపయోగిస్తుంది.

స్విచింగ్ రెగ్యులేటర్లు మూడు రకాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి.

1. స్టెప్-అప్ కన్వర్టర్ (బూస్ట్ రెగ్యులేటర్)

2. స్టెప్-డౌన్ కన్వర్టర్ (బక్ రెగ్యులేటర్)

3. ఇన్వర్టర్ (ఫ్లైబ్యాక్)

ఈ ట్యుటోరియల్‌లో మేము స్విచింగ్ బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్‌ను వివరిస్తాము. మునుపటి ట్యుటోరియల్‌లో బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ డిజైన్‌ను మేము ఇప్పటికే వివరించాము. ఇక్కడ మేము బూస్ట్ కన్వర్టర్ యొక్క విభిన్న అంశాలను మరియు దాని సామర్థ్యాన్ని ఎలా మెరుగుపరుచుకోవాలో చర్చిస్తాము.

బూస్ట్ కన్వర్టర్ సర్క్యూట్ యొక్క డిజైన్ బేసిక్స్

అనేక సందర్భాల్లో, అవసరాలను బట్టి తక్కువ వోల్టేజ్‌ను అధిక వోల్టేజ్‌గా మార్చాలి. బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ తక్కువ సామర్థ్యం నుండి అధిక సామర్థ్యానికి వోల్టేజ్‌ను పెంచుతుంది.

పై చిత్రంలో, ఇండక్టర్, డయోడ్, కెపాసిటర్ మరియు ఒక స్విచ్ ఉపయోగించబడే సాధారణ బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్ చూపబడుతుంది.

ఇండక్టర్ యొక్క ఉద్దేశ్యం పవర్ స్విచ్ ద్వారా ప్రవహించే ప్రస్తుత స్లీవ్ రేటును పరిమితం చేయడం. ఇది వ్యక్తిగతంగా స్విచ్ నిరోధకత ద్వారా తప్పించలేని అదనపు హై-పీక్ కరెంట్‌ను పరిమితం చేస్తుంది.

అలాగే ఇండక్టర్మీద దుకాణాలు శక్తి, శక్తి జౌలేస్ కొలుస్తారు E = (L * నేను ² /2)

రాబోయే చిత్రాలు మరియు గ్రాఫ్లలో ప్రేరకాలు శక్తిని ఎలా బదిలీ చేస్తాయో మేము అర్థం చేసుకుంటాము.

బూస్ట్ రెగ్యులేటర్లను మార్చే విషయంలో, రెండు దశలు ఉన్నాయి, ఒకటి ఇండక్టర్ ఛార్జ్ దశ లేదా స్విచ్ ఆన్ ఫేజ్ (స్విచ్ వాస్తవానికి మూసివేయబడింది) మరియు మరొకటి ఉత్సర్గ దశ లేదా స్విచ్ ఆఫ్ దశ (స్విచ్ ఓపెన్).

స్విచ్ చాలాకాలంగా ఓపెన్ పొజిషన్‌లో ఉందని మేము అనుకుంటే, డయోడ్ అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ ప్రతికూలంగా ఉంటుంది మరియు కెపాసిటర్ అంతటా వోల్టేజ్ ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్‌కు సమానం. ఈ పరిస్థితిలో, స్విచ్ దగ్గరికి వస్తే, విన్ ఇండక్టర్ అంతటా భయపడుతుంది. డయోడ్ భూమికి మారడం ద్వారా కెపాసిటర్ ఉత్సర్గాన్ని నిరోధిస్తుంది.

ఇండక్టర్ ద్వారా ప్రవాహం సమయంతో సరళంగా పెరుగుతుంది. లీనియర్ కరెంట్ రైజింగ్ రేట్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్‌కు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది, ఇండక్టరు డి / డిటి = ఇండక్టర్ / ఇండక్టెన్స్ అంతటా వోల్టేజ్

ఎగువ గ్రాఫ్‌లో, ఇండక్టర్ యొక్క ఛార్జింగ్ దశను చూపుతుంది. X- అక్షం t (సమయం) ను సూచిస్తుంది మరియు Y- అక్షం I (ఇండక్టర్ ద్వారా ప్రస్తుత) ను సూచిస్తుంది. స్విచ్ మూసివేయబడినప్పుడు లేదా ఆన్ చేయబడిన సమయంతో కరెంట్ సరళంగా పెరుగుతోంది.

ఇప్పుడు, స్విచ్ మళ్ళీ ఆగిపోయినప్పుడు లేదా తెరిచినప్పుడు, ఇండక్టర్ కరెంట్ డయోడ్ ద్వారా ప్రవహిస్తుంది మరియు అవుట్పుట్ కెపాసిటర్ను ఛార్జ్ చేస్తుంది. అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ పెరిగినప్పుడు, ఇండక్టర్ ద్వారా ప్రస్తుత వాలు తిరగబడుతుంది. ఇండక్టర్ = L * (di / dt) ద్వారా వోల్టేజ్ చేరే వరకు అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ పెరుగుతుంది.

సమయంతో ఇండక్టర్ కరెంట్ డ్రాప్ రేట్ ఇండక్టర్ వోల్టేజ్‌కు నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. ఇండక్టర్ వోల్టేజ్ ఎక్కువ, ఇండక్టర్ ద్వారా ప్రస్తుత డ్రాప్ వేగంగా.

పై గ్రాఫ్‌లో, స్విచ్ ఆఫ్ అయినప్పుడు ఇండక్టర్ కరెంట్ సమయం పడిపోతుంది.

స్విచ్చింగ్ రెగ్యులేటర్ స్థిరమైన-స్థితి ఆపరేటింగ్ స్థితిలో ఉన్నప్పుడు, మొత్తం స్విచ్చింగ్ చక్రంలో ఇండక్టర్ యొక్క సగటు వోల్టేజ్ జీరో. ఈ పరిస్థితి కోసం, ఇండక్టర్ ద్వారా సగటు ప్రవాహం కూడా స్థిరమైన స్థితిలో ఉంటుంది.

ఇండక్టర్ ఛార్జ్ సమయం టన్ను అని మరియు సర్క్యూట్లో ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ ఉందని మేము అనుకుంటే, అప్పుడు అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ కోసం నిర్దిష్ట టోఫ్ లేదా ఉత్సర్గ సమయం ఉంటుంది.

సగటు ప్రేరక వోల్టేజ్ స్థిరమైన స్థితిలో సున్నాకి సమానంగా ఉన్నందున మేము ఈ క్రింది నిబంధనలను ఉపయోగించి బూస్ట్ సర్క్యూట్‌ను నిర్మించవచ్చు

విన్ ఎక్స్ టన్ = టోఫ్ x విఎల్ విఎల్ = విన్ ఎక్స్ (టన్ / టోఫ్)

అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ మరియు సగటు ఇండక్టర్ వోల్టేజ్ (Vout = Vin + VL) కు సమానం కాబట్టి

మేము చెప్పగలను, Vout = Vin + Vin x (Ton / Toff) Vout = Vin x (1 + Ton / Toff)

మేము విధి చక్రం ఉపయోగించి Vout ను కూడా లెక్కించవచ్చు.

డ్యూటీ సైకిల్ (డి) = టన్ను / (టన్ను + టోఫ్)

బూస్ట్ స్విచింగ్ రెగ్యులేటర్ కోసం Vout విన్ / (1 - D)

బూస్ట్ కన్వర్టర్ సర్క్యూట్ కోసం పిడబ్ల్యుఎం మరియు డ్యూటీ సైకిల్

మేము విధి చక్రంను నియంత్రిస్తే, మేము బూస్ట్ కన్వర్టర్ యొక్క స్థిరమైన-స్థితి ఉత్పత్తిని నియంత్రించవచ్చు. కాబట్టి, డ్యూటీ సైకిల్ వైవిధ్యం కోసం, మేము స్విచ్ అంతటా కంట్రోల్ సర్క్యూట్‌ను ఉపయోగిస్తాము.

కాబట్టి, పూర్తి ప్రాథమిక బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్ కోసం, మాకు అదనపు సర్క్యూట్రీ అవసరం, ఇది విధి చక్రంలో మారుతుంది మరియు తద్వారా ఇండక్టర్ మూలం నుండి శక్తిని పొందుతుంది.

పై చిత్రంలో, లోపం యాంప్లిఫైయర్ చూడవచ్చు, ఇది చూడు మార్గాన్ని ఉపయోగించి లోడ్ అంతటా అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్‌ను గ్రహించి స్విచ్‌ను నియంత్రిస్తుంది. సర్క్యూట్రీ యొక్క విధి చక్రం నియంత్రించడానికి ఉపయోగించే PWM లేదా పల్స్ వెడల్పు మాడ్యులేషన్ టెక్నిక్ చాలా సాధారణ నియంత్రణ సాంకేతికతలో ఉంటుంది.

నియంత్రణ సర్క్యూట్ నియంత్రణలు సమయం మొత్తం స్విచ్ లోడ్ గీసిన ప్రస్తుత ఆధారపడి, ఓపెన్ లేదా దగ్గరగా ఉంది. ఈ సర్క్యూట్ స్థిరమైన స్థితిలో నిరంతర ఆపరేషన్ కోసం కూడా ఉపయోగిస్తుంది. ఇది అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ యొక్క నమూనాను తీసుకుంటుంది మరియు దానిని రిఫరెన్స్ వోల్టేజ్ నుండి తీసివేసి చిన్న ఎర్రర్ సిగ్నల్ ను సృష్టిస్తుంది, అప్పుడు ఈ ఎర్రర్ సిగ్నల్ ఓసిలేటర్ రాంప్ సిగ్నల్‌తో పోల్చబడుతుంది మరియు కంపారిటర్ అవుట్పుట్ నుండి పిడబ్ల్యుఎం సిగ్నల్ పనిచేస్తుంది లేదా స్విచ్‌ను నియంత్రిస్తుంది సర్క్యూట్.

అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ మారినప్పుడు, లోపం వోల్టేజ్ కూడా దాని ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది. లోపం వోల్టేజ్ మార్పు కారణంగా, పోలిక PWM అవుట్‌పుట్‌ను నియంత్రిస్తుంది. అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ సున్నా లోపం వోల్టేజ్ను సృష్టించినప్పుడు PWM కూడా ఒక స్థానానికి మార్చబడింది మరియు ఇలా చేయడం ద్వారా, క్లోజ్డ్ కంట్రోల్ లూప్ సిస్టమ్ పనిని అమలు చేస్తుంది.

అదృష్టవశాత్తూ, చాలా ఆధునిక స్విచింగ్ బూస్ట్ రెగ్యులేటర్లు ఈ విషయాన్ని ఐసి ప్యాకేజీలో అంతర్నిర్మితంగా కలిగి ఉన్నారు. ఆధునిక స్విచ్చింగ్ రెగ్యులేటర్లను ఉపయోగించి సాధారణ సర్క్యూట్రి డిజైన్ సాధించబడుతుంది.

రెసిస్టర్ డివైడర్ నెట్‌వర్క్ ఉపయోగించి రిఫరెన్స్ ఫీడ్‌బ్యాక్ వోల్టేజ్ జరుగుతుంది. ఇది అదనపు సర్క్యూట్రీ, ఇది ఇండక్టర్, డయోడ్లు మరియు కెపాసిటర్లతో పాటు అవసరం.

బూస్ట్ కన్వర్టర్ సర్క్యూట్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచండి

ఇప్పుడు, మేము సామర్థ్యం గురించి దర్యాప్తు చేస్తే, సర్క్యూట్ లోపల మనం ఎంత శక్తిని అందిస్తాము మరియు అవుట్పుట్ వద్ద మనకు ఎంత లభిస్తుంది.

(పౌట్ / పిన్) * 100%

శక్తిని సృష్టించలేము లేదా నాశనం చేయలేము కాబట్టి, దానిని మాత్రమే మార్చవచ్చు, చాలా విద్యుత్ శక్తులు ఉపయోగించని శక్తులను వేడిలోకి మారుస్తాయి. అలాగే, ఆచరణాత్మక రంగంలో ఆదర్శవంతమైన పరిస్థితి లేదు, వోల్టేజ్ నియంత్రకాలను ఎన్నుకోవటానికి సామర్థ్యం పెద్ద అంశం.

ఒకటి ప్రధాన శక్తికి నష్టం కారకాలు మార్పిడి నియంత్రకం కోసం డయోడ్ ఉంది. ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ టైమ్స్ కరెంట్ (Vf xi) అనేది ఉపయోగించని వాటేజ్, ఇది వేడిగా మార్చబడుతుంది మరియు స్విచ్చింగ్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. అలాగే, హీట్‌సింక్ ఉపయోగించి థర్మల్ / హీట్ మేనేజ్‌మెంట్ టెక్నిక్‌ల కోసం సర్క్యూట్‌కి అదనపు ఖర్చు, లేదా వెదజల్లుతున్న వేడి నుండి సర్క్యూట్‌ని చల్లబరచడానికి అభిమానులు. ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ మాత్రమే కాదు, సిలికాన్ డయోడ్ల కోసం రివర్స్ రికవరీ కూడా అనవసరమైన విద్యుత్ నష్టాన్ని మరియు మొత్తం సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది.

ప్రామాణిక రికవరీ డయోడ్‌ను నివారించడానికి ఉత్తమమైన మార్గం ఏమిటంటే, తక్కువ ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ మరియు మెరుగైన రివర్స్ రికవరీ ఉన్న డయోడ్‌ల స్థానంలో షాట్కీ డయోడ్‌లను ఉపయోగించడం. గరిష్ట సామర్థ్యం అవసరమైనప్పుడు, డయోడ్‌ను MOSFET లను ఉపయోగించి భర్తీ చేయవచ్చు. ఆధునిక సాంకేతిక పరిజ్ఞానంలో, స్విచింగ్ బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ విభాగంలో ఎంపికలు పుష్కలంగా అందుబాటులో ఉన్నాయి, ఇవి 90% కంటే ఎక్కువ సామర్థ్యాన్ని సులభంగా అందిస్తాయి.

అలాగే, "స్కిప్ మోడ్" అనే లక్షణం చాలా ఆధునిక పరికరాల్లో ఉపయోగించబడుతోంది, ఇది చాలా తేలికపాటి లోడ్ల వద్ద మారవలసిన అవసరం లేనప్పుడు రెగ్యులేటర్ స్విచ్చింగ్ చక్రాలను దాటవేయడానికి అనుమతిస్తుంది. తేలికపాటి లోడ్ స్థితిలో సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి ఇది గొప్ప మార్గం. స్కిప్ మోడ్‌లో, అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ నియంత్రణ స్థాయి కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు మాత్రమే స్విచ్చింగ్ చక్రం ప్రారంభించబడుతుంది.

అధిక సామర్థ్యం ఉన్నప్పటికీ, స్టేషనరీ డిజైన్ టెక్నిక్, చిన్న భాగం, స్విచ్చింగ్ రెగ్యులేటర్లు సరళ నియంత్రకం కంటే ధ్వనించేవి. ఇప్పటికీ, అవి విస్తృతంగా ప్రాచుర్యం పొందాయి.

బూస్ట్ కన్వర్టర్ కోసం ఉదాహరణ డిజైన్

మేము ఇంతకుముందు MC34063 ను ఉపయోగించి బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్‌ను సృష్టించాము, ఇక్కడ 3.7V ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ నుండి 5V అవుట్పుట్ ఉత్పత్తి అవుతుంది. MC34063 అనేది స్విచ్ రెగ్యులేటర్, ఇది బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో ఉపయోగించబడింది. మేము ఇండక్టర్, షాట్కీ డయోడ్ మరియు కెపాసిటర్లను ఉపయోగించాము.

పై చిత్రంలో, కౌట్ అవుట్పుట్ కెపాసిటర్ మరియు మేము స్విచ్చింగ్ రెగ్యులేటర్ యొక్క ప్రాథమిక భాగాలు అయిన ఇండక్టర్ మరియు షాట్కీ డయోడ్‌ను కూడా ఉపయోగించాము. ఉపయోగించిన ఫీడ్‌బ్యాక్ నెట్‌వర్క్ కూడా ఉంది. R1 మరియు R2 రెసిస్టర్లు వోల్టేజ్ డివైడర్ సర్క్యూట్‌ను సృష్టిస్తాయి, ఇది కంపారిటర్ యొక్క PWM మరియు లోపం విస్తరణ దశకు అవసరం. కంపారిటర్ యొక్క రిఫరెన్స్ వోల్టేజ్ 1.25 వి.

మేము ప్రాజెక్ట్ను వివరంగా చూస్తే, ఈ MC34063 స్విచింగ్ బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్ ద్వారా 70-75% సామర్థ్యం సాధించబడిందని మనం చూడవచ్చు. సరైన పిసిబి టెక్నిక్ ఉపయోగించి మరియు థర్మల్ మేనేజ్మెంట్ విధానాలను పొందడం ద్వారా మరింత సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచవచ్చు.