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होने के नाते स्विचिंग नियामक , यह सर्किट अत्यधिक कुशल है और IC 7812, या IC LM317 या IC LM338 जैसे रैखिक नियामकों के विपरीत, ऊर्जा बर्बाद या नष्ट नहीं करेगा।

7812, LM317 और LM338 जैसे लीनियर रेगुलेटर खराब स्टेप डाउन कन्वर्टर क्यों हैं?

7812 और एलएम317 जैसे रैखिक नियामकों को उनकी परिचालन विशेषताओं के कारण अकुशल स्टेप-डाउन कनवर्टर माना जाता है।

एक रैखिक नियामक में, अतिरिक्त इनपुट वोल्टेज गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है। इसका तात्पर्य यह है कि इनपुट और आउटपुट टर्मिनलों के बीच वोल्टेज ड्रॉप बर्बाद ऊर्जा के रूप में 'जला' दिया जाता है। रैखिक नियामक एक परिवर्तनीय अवरोधक के रूप में कार्य करके, अतिरिक्त ऊर्जा को नष्ट करने और आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए इसके प्रतिरोध को समायोजित करता है।

इस अपव्यय प्रक्रिया से काफी बिजली हानि और कम दक्षता होती है। एक रैखिक नियामक की दक्षता आउटपुट पावर और इनपुट पावर के अनुपात से निर्धारित होती है। जैसे-जैसे इनपुट-आउटपुट वोल्टेज अंतर बढ़ता है, गर्मी के रूप में नष्ट होने वाली शक्ति, जो कि आउटपुट करंट से गुणा किया जाने वाला वोल्टेज अंतर है, भी बढ़ जाती है। नतीजतन, इनपुट और आउटपुट के बीच वोल्टेज अंतर बढ़ने पर दक्षता कम हो जाती है।

“दशमलव से द्विआधारी रूपांतरण सूत्र ”

उदाहरण के लिए, जब 24 V इनपुट को 12 V तक नियंत्रित करने के लिए एक रैखिक नियामक का उपयोग किया जाता है, तो अतिरिक्त 12 V गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है। इसके परिणामस्वरूप पर्याप्त बिजली की बर्बादी हो सकती है और उच्च शक्ति वाले अनुप्रयोगों में अतिरिक्त शीतलन तंत्र की आवश्यकता हो सकती है।

इसके विपरीत, स्विचिंग नियामक (जैसे हिरन कन्वर्टर्स ) चरण-डाउन रूपांतरण के लिए अधिक कुशल हैं। वे वोल्टेज को कुशलतापूर्वक परिवर्तित करने के लिए इंडक्टर्स, कैपेसिटर और स्विच के संयोजन का उपयोग करते हैं।

स्विचिंग रेगुलेटर स्विचिंग चक्र के एक चरण के दौरान ऊर्जा संग्रहीत करते हैं और दूसरे चरण के दौरान वितरित करते हैं, जिससे गर्मी के रूप में ऊर्जा का अपव्यय कम हो जाता है। विशिष्ट डिज़ाइन के आधार पर, स्विचिंग नियामक 80-95% या उससे भी अधिक तक की क्षमता प्राप्त कर सकते हैं।

संक्षेप में, जबकि 7812 और एलएम317 जैसे रैखिक नियामक सीधे और लागत प्रभावी हैं, जब बिजली दक्षता एक महत्वपूर्ण चिंता का विषय है तो वे स्टेप-डाउन रूपांतरण के लिए सबसे कुशल विकल्प नहीं हैं।

सर्किट विवरण

नीचे दिया गया चित्र 24 V से 12 V कनवर्टर का मूल आरेख दिखाता है।

उपयोग किया गया स्विचिंग रेगुलेटर मोटोरोला का एक सामान्य मॉडल है: µA78S40।

निम्नलिखित चित्र इस एकीकृत सर्किट की आंतरिक संरचना को प्रस्तुत करता है, जिसमें स्विचिंग नियामक के लिए विभिन्न आवश्यक घटक शामिल हैं: ऑसिलेटर, फ्लिप-फ्लॉप, तुलनित्र, वोल्टेज संदर्भ स्रोत, ड्राइवर और स्विचिंग ट्रांजिस्टर।

इसके अतिरिक्त, एक परिचालन एम्पलीफायर है जिसकी इस एप्लिकेशन के लिए आवश्यकता नहीं है। बिजली आपूर्ति को फ़िल्टर करने और सुचारू करने का काम कैपेसिटर C3 से C7 द्वारा किया जाता है।

कैपेसिटर C1 ऑसिलेटर की आवृत्ति निर्धारित करता है, जबकि प्रतिरोधक R1, R5 और R6 कनवर्टर के आउटपुट करंट को सीमित करने में मदद करते हैं।

रोकनेवाला R1 पर वोल्टेज कनवर्टर द्वारा आपूर्ति की गई धारा के समानुपाती होता है।

μA78S40 के पिन 13 और 14 के बीच लगभग 0.3 V का वोल्टेज अंतर सेट करके, प्रतिरोधक R6 और R7 एक वोल्टेज डिवाइडर बनाते हैं, जिससे वर्तमान सीमा लगभग 5A पर होती है।

संधारित्र C2 द्वारा वियुग्मित वोल्टेज संदर्भ स्रोत, IC1 के पिन 8 पर उपलब्ध है।

यह संदर्भ वोल्टेज IC1 के आंतरिक तुलनित्र के गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर लागू होता है। इनवर्टिंग इनपुट को कनवर्टर के आउटपुट वोल्टेज के आनुपातिक संभावित पर सेट किया गया है।

निरंतर आउटपुट वोल्टेज बनाए रखने के लिए, तुलनित्र IC1 के आउटपुट चरण को नियंत्रित करता है।

तुलनित्र के दोनों इनपुट को समान क्षमता पर बनाए रखा जाता है, और आउटपुट वोल्टेज निम्न सूत्र द्वारा दिया जाता है:

बनाम = 1.25 * [1 + (आर4 + अज1) / आर5]।

समायोज्य अवरोधक Aj1 कनवर्टर के आउटपुट वोल्टेज को +10V से +15V की सीमा में समायोजित करने की अनुमति देता है।

दो आउटपुट ट्रांजिस्टर एक डार्लिंगटन जोड़ी बनाते हैं, और उनके क्रमिक स्विचिंग को कैपेसिटर सी 1 के दोलनों के साथ सिंक में फ्लिप-फ्लॉप द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

AND गेट के साथ संयुक्त, इस फ्लिप-फ्लॉप को µA78S40 के आउटपुट चरण के संचालन समय को समायोजित करने और एक स्थिर आउटपुट वोल्टेज बनाए रखने के लिए तुलनित्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

ट्रांजिस्टर T1 की संतृप्त या अवरुद्ध अवस्था IC1 की डार्लिंगटन जोड़ी की स्थिति का अनुसरण करती है। जब IC1 का आउटपुट चरण संतृप्त होता है, तो ट्रांजिस्टर T1 पक्षपाती होता है, और इसका बेस करंट प्रतिरोधक R2 द्वारा सीमित होता है।

रेसिस्टर R3, रेसिस्टर R9 के साथ मिलकर एक वोल्टेज डिवाइडर बनाता है, जो स्विचिंग प्रक्रिया की शुरुआत में ट्रांजिस्टर T1 के VBE वोल्टेज को सीमित करता है।

ट्रांजिस्टर T1, डार्लिंगटन मॉडल के रूप में कार्य करते हुए, µA78S40 के ऑसिलेटर की आवृत्ति पर एक खुले या बंद स्विच के रूप में व्यवहार करता है।

प्रारंभ करनेवाला L1 अधिष्ठापन के गुणों का उपयोग करके वोल्टेज को 24V से 12V तक कम करने की अनुमति देता है। स्थिर अवस्था में, जब ट्रांजिस्टर T1 संतृप्त होता है, तो प्रारंभ करनेवाला L1 पर +12V का वोल्टेज लगाया जाता है।

इस चरण के दौरान, इंडक्शन ऊर्जा को संग्रहीत करता है, जिसे यह लागू वोल्टेज के गायब होने पर छोड़ता है। इस प्रकार, जब ट्रांजिस्टर T1 अवरुद्ध हो जाता है, तो प्रारंभ करनेवाला L1 इसके माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा को बनाए रखता है।