బక్ 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 స్విచ్చింగ్.

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

బక్ మరియు బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ మధ్య వ్యత్యాసం

బక్ మరియు బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ మధ్య వ్యత్యాసం ఏమిటంటే, బక్ రెగ్యులేటర్‌లో ఇండక్టర్, డయోడ్ మరియు స్విచ్చింగ్ సర్క్యూట్ యొక్క ప్లేస్‌మెంట్ బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ కంటే భిన్నంగా ఉంటుంది. అలాగే, బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ విషయంలో అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, కానీ బక్ రెగ్యులేటర్లో, అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.

ఒక బక్ టోపోలాజి లేదా బక్ మార్పిడి లో SMPS ఉపయోగించే అత్యంత ఉపయోగించే ప్రాథమిక టోపోలాజి యొక్క ఒకటి. అధిక వోల్టేజ్‌ను తక్కువ అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్‌గా మార్చాల్సిన అవసరం ఉన్న ప్రముఖ ఎంపిక ఇది.

బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ మాదిరిగానే, బక్ కన్వర్టర్ లేదా బక్ రెగ్యులేటర్ ఒక ఇండక్టర్‌ను కలిగి ఉంటుంది, అయితే ఇండక్టర్ యొక్క కనెక్షన్ బూస్ట్ రెగ్యులేటర్లలో ఉపయోగించే ఇన్పుట్ దశ కంటే అవుట్పుట్ దశలో ఉంటుంది.

కాబట్టి, చాలా సందర్భాలలో, అవసరాలను బట్టి తక్కువ వోల్టేజ్‌ను అధిక వోల్టేజ్‌గా మార్చాలి. బక్ రెగ్యులేటర్ వోల్టేజ్‌ను అధిక సంభావ్యత నుండి తక్కువ సామర్థ్యానికి మారుస్తుంది.

బక్ కన్వర్టర్ సర్క్యూట్ యొక్క డిజైన్ బేసిక్స్

పై చిత్రంలో, ఇండక్టర్, డయోడ్, కెపాసిటర్ మరియు ఒక స్విచ్ ఉపయోగించబడే సాధారణ బక్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్ చూపబడుతుంది. ఇన్పుట్ నేరుగా స్విచ్ అంతటా కనెక్ట్ చేయబడింది. ఇండక్టర్ మరియు కెపాసిటర్ అవుట్పుట్ అంతటా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి, తద్వారా లోడ్ మృదువైన అవుట్పుట్ ప్రస్తుత తరంగ రూపాన్ని పొందుతుంది. ప్రతికూల ప్రస్తుత ప్రవాహాన్ని నిరోధించడానికి డయోడ్ ఉపయోగించబడుతుంది.

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

స్విచ్ చాలాకాలంగా ఓపెన్ పొజిషన్‌లో ఉందని మేము అనుకుంటే, సర్క్యూట్లో కరెంట్ 0 మరియు వోల్టేజ్ లేదు.

ఈ పరిస్థితిలో, స్విచ్ దగ్గరికి వస్తే కరెంట్ పెరుగుతుంది మరియు ఇండక్టర్ దాని అంతటా వోల్టేజ్ సృష్టిస్తుంది. ఈ వోల్టేజ్ డ్రాప్ అవుట్పుట్ వద్ద సోర్స్ వోల్టేజ్ను తగ్గిస్తుంది, కొన్ని క్షణాల తరువాత ప్రస్తుత మార్పు రేటు తగ్గుతుంది మరియు ఇండక్టర్ అంతటా వోల్టేజ్ కూడా తగ్గుతుంది, ఇది చివరికి లోడ్ అంతటా వోల్టేజ్ను పెంచుతుంది. దాని అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉపయోగించి ఇండక్టర్ స్టోర్ శక్తి.

కాబట్టి, స్విచ్ ఆన్‌లో ఉన్నప్పుడు, ఇండక్టర్ అంతటా వోల్టేజ్ V _L = Vin - Vout

ఇండక్టర్‌లోని కరెంట్ (విన్ - వౌట్) / ఎల్ చొప్పున పెరుగుతుంది

ఇండక్టర్ ద్వారా ప్రవాహం సమయంతో సరళంగా పెరుగుతుంది. లీనియర్ కరెంట్ రైజింగ్ రేట్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ తక్కువ అవుట్పుట్ వోల్టేజ్కు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది

di / dt = (విన్ - Vout) / L.

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

ఈ సమయంలో ప్రస్తుతము మారుతున్నప్పుడు, ఇండక్టర్ అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ సంభవిస్తుంది. లోడ్ అంతటా వోల్టేజ్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. ఆఫ్ స్టేట్ సమయంలో, స్విచ్ తెరిచినప్పుడు, ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ మూలం డిస్కనెక్ట్ అవుతుంది మరియు ఇండక్టర్ నిల్వ చేసిన శక్తిని లోడ్కు బదిలీ చేస్తుంది. ప్రేరకం ప్రస్తుత మూలం అవుతుంది లోడ్ కోసం.

డయోడ్ డి 1 స్విచ్ ఆఫ్-స్టేట్ సమయంలో ఇండక్టర్ ద్వారా ప్రవహించే ప్రస్తుత మార్గాన్ని అందిస్తుంది.

–వౌట్ / ఎల్‌కు సమానమైన వాలుతో ఇండక్టర్ కరెంట్ తగ్గుతుంది

బక్ కన్వర్టర్ ఆపరేటింగ్ మోడ్‌లు

బక్ కన్వర్టర్‌ను రెండు వేర్వేరు రీతుల్లో ఆపరేట్ చేయవచ్చు. నిరంతర మోడ్ లేదా విరమణలో మోడ్.

నిరంతర మోడ్

నిరంతర మోడ్ సమయంలో, ఇండక్టర్ పూర్తిగా డిశ్చార్జ్ కాలేదు, ఇండక్టర్ పాక్షికంగా విడుదల అయినప్పుడు ఛార్జింగ్ చక్రం ప్రారంభమవుతుంది.

పై చిత్రంలో, ఇండక్టర్ కరెంట్ (iI) సరళంగా పెరిగినప్పుడు స్విచ్ ఆన్ అయినప్పుడు, స్విచ్ ఆఫ్ అయినప్పుడు ఇండక్టర్ తగ్గడం ప్రారంభమవుతుంది, కాని ఇండక్టర్ పాక్షికంగా డిశ్చార్జ్ అయినప్పుడు స్విచ్ మళ్లీ ప్రారంభమవుతుంది. ఇది నిరంతర ఆపరేషన్ మోడ్.

ప్రేరకంలో నిల్వ చేయబడిన శక్తి E = (LI _L ²) / 2

నిరంతర మోడ్

విరమణలో మోడ్ నిరంతర మోడ్ కంటే కొద్దిగా భిన్నంగా ఉంటుంది. నిరంతరాయ మోడ్‌లో, కొత్త ఛార్జ్ చక్రాన్ని ప్రారంభించే ముందు ఇండక్టర్ పూర్తిగా విడుదల అవుతుంది. స్విచ్ ఆన్ కావడానికి ముందే ఇండక్టర్ పూర్తిగా సున్నాకి విడుదల అవుతుంది.

నిరంతర మోడ్ సమయంలో, స్విచ్ ఆన్ అయినప్పుడు పై చిత్రంలో మనం చూడగలిగినట్లుగా, ఇండక్టర్ కరెంట్ (ఇల్) సరళంగా పెరుగుతుంది, అప్పుడు స్విచ్ ఆఫ్ అయినప్పుడు, ఇండక్టర్ తగ్గడం మొదలవుతుంది, కాని స్విచ్ ఇండక్టర్ తర్వాత మాత్రమే వస్తుంది పూర్తిగా విడుదల అవుతుంది మరియు ఇండక్టర్ కరెంట్ పూర్తిగా సున్నా అయింది. ఇది ఆపరేషన్ యొక్క నిరంతర మోడ్. ఈ ఆపరేషన్లో, ఇండక్టర్ ద్వారా ప్రస్తుత ప్రవాహం నిరంతరంగా ఉండదు.

బక్ కన్వర్టర్ సర్క్యూట్ కోసం పిడబ్ల్యుఎం మరియు డ్యూటీ సైకిల్

మేము మునుపటి బక్ కన్వర్టర్ ట్యుటోరియల్‌లో చర్చించినట్లుగా, విధి చక్రానికి భిన్నంగా బక్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్‌ను నియంత్రించవచ్చు. దీని కోసం, ప్రాథమిక నియంత్రణ వ్యవస్థ అవసరం. లోపం యాంప్లిఫైయర్ మరియు స్విచ్ కంట్రోల్ సర్క్యూట్ అదనంగా అవసరం, ఇది నిరంతర లేదా నిరంతర మోడ్‌లో పని చేస్తుంది.

కాబట్టి, పూర్తి బక్ 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.

కంట్రోల్ సర్క్యూట్ స్విచ్ తెరిచిన సమయాన్ని నియంత్రిస్తుంది లేదా, ఇండక్టర్ ఛార్జ్ లేదా ఉత్సర్గ ఎంత సమయాన్ని నియంత్రిస్తుంది.

ఈ సర్క్యూట్ ఆపరేషన్ మోడ్‌ను బట్టి స్విచ్‌ను నియంత్రిస్తుంది. 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 స్విచ్చింగ్ బక్ 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.

బక్ 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.

ప్రధాన ఒకటి పవర్ నష్టం కారకాలు మార్పిడి నియంత్రకం కోసం డయోడ్ ఉంది. ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ కరెంట్ (Vf xi) ద్వారా గుణించాలి, ఇది ఉపయోగించని వాటేజ్, ఇది వేడిగా మార్చబడుతుంది మరియు స్విచ్చింగ్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. అలాగే, హీట్‌సింక్‌ను 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 బక్ రెగ్యులేటర్ విభాగంలో ఎంపికలు పుష్కలంగా అందుబాటులో ఉన్నాయి, ఇవి 90% కంటే ఎక్కువ సామర్థ్యాన్ని సులభంగా అందిస్తాయి.

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

బక్ కన్వర్టర్ కోసం ఉదాహరణ డిజైన్

మేము గతంలో MC34063 ను ఉపయోగించి బక్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్‌ను సృష్టించాము, ఇక్కడ 12V ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ నుండి 5V అవుట్పుట్ ఉత్పత్తి అవుతుంది. MC34063 అనేది స్విచ్ రెగ్యులేటర్, ఇది బక్ 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 బక్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్ ద్వారా 75-78% సామర్థ్యం సాధించబడిందని మనం చూడవచ్చు. సరైన పిసిబి టెక్నిక్ ఉపయోగించి మరియు థర్మల్ మేనేజ్మెంట్ విధానాలను పొందడం ద్వారా మరింత సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచవచ్చు.

ఉదాహరణ బక్ రెగ్యులేటర్ వాడకం-

తక్కువ వోల్టేజ్ అనువర్తనంలో డిసి విద్యుత్ వనరు
పోర్టబుల్ పరికరాలు
ఆడియో పరికరాలు
పొందుపరిచిన హార్డ్వేర్ వ్యవస్థలు.
సౌర వ్యవస్థలు మొదలైనవి.