एकल-समाप्त प्राथमिक-प्रारंभ करनेवाला कनवर्टर

चित्र 1: एसईपीआईसी की योजनाबद्ध।

एकल-समाप्त प्राथमिक-प्रेरक परिवर्तक (एसईपीआईसी) डीसी-टू-डीसी परिवर्तक का एक प्रकार है। इसका इनपुट एसईपीआईसी का आउटपुट नियंत्रण स्विच (S1) के कर्तव्य चक्र द्वारा नियंत्रित होता है।

एक एसईपीआईसी अनिवार्य रूप से एक बूस्ट परिवर्तक है जिसके बाद एक व्युत्क्रमित हिरन-बूस्ट परिवर्तक होता है, इसलिए यह एक पारंपरिक बक-बूस्ट परिवर्तक के समान है, लेकिन नॉन-व्युत्क्रमित आउटपुट होने के फायदे हैं (आउटपुट में इनपुट के समान विद्युत ध्रुवीयता है), इनपुट से आउटपुट तक युगल ऊर्जा के लिए एक श्रृंखला संधारित्र का उपयोग करना (और इस प्रकार शॉर्ट-परिपथ आउटपुट के लिए अधिक शालीनता से प्रतिक्रिया कर सकता है), और सही शटडाउन में सक्षम होना: जब स्विच S1 पर्याप्त रूप से बंद हो जाता है, तो आउटपुट (V) ₀) काफी भारी क्षणिक आवेश के बाद 0 V तक गिर जाता है।

एसईपीआईसी उन अनुप्रयोगों में उपयोगी होते हैं जिनमें नियामक के इच्छित आउटपुट के ऊपर और नीचे बैटरी वोल्टेज हो सकता है। उदाहरण के लिए, एक लिथियम आयन बैटरी सामान्यतः 4.2 वोल्ट से 3 वोल्ट तक डिस्चार्ज होती है; यदि अन्य घटकों को 3.3 वोल्ट की आवश्यकता होती है, तो एसईपीआईसी प्रभावी होगा।

परिपथ संचालन

मूल एसईपीआईसी के लिए परिपथ आरेख चित्र 1 में दिखाया गया है। अन्य स्विच्ड मोड बिजली आपूर्ति (विशेष रूप से डी सी -से -डी सी परिवर्तक ) के साथ, एसईपीआईसी एक से डी सी -से -डी सी परिवर्तक के क्रम में संधारित्र और प्रेरक बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान करता है। एक्सचेंज की गई ऊर्जा की मात्रा को स्विच S1 द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो सामान्यतः मॉसफेट जैसा एक ट्रांजिस्टर होता है। एमओएसएफईटी द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी) की तुलना में बहुत अधिक इनपुट प्रतिबाधा और कम वोल्टेज घटाव प्रदान करते हैं, और बायसिंग प्रतिरोधों की आवश्यकता नहीं होती है क्योंकि एमओएसएफईटी स्विचिंग को धारा के अतिरिक्त वोल्टेज में अंतर द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जैसा कि बीजेटी के साथ होता है।

सतत मोड

एक एसईपीआईसी को निरंतर-चालन मोड (निरंतर मोड) में कहा जाता है यदि एक ऑपरेटिंग चक्र के दौरान प्रेरक L1 और L2 के माध्यम से विद्युत धाराएं कभी भी शून्य पर नहीं गिरती हैं। एक एसईपीआईसी के स्थिर-अवस्था संचालन के दौरान, संधारित्र C1 (V_C1) इनपुट वोल्टेज Vinके बराबर है क्योंकि संधारित्र C1 डायरेक्ट धारा (डी सी ) को ब्लॉक करता है, इसके माध्यम से औसत धारा (I_C1) शून्य है,प्रेरक L2 को डी सी लोड धारा का एकमात्र स्रोत बनाता है। इसलिए,प्रेरक L2 (I_L2) औसत लोड धारा के समान है और इसलिए इनपुट वोल्टेज से स्वतंत्र है।

औसत वोल्टेज को देखते हुए, निम्नलिखित लिखा जा सकता है:

$V_{IN}=V_{L1}+V_{C1}+V_{L2}$

क्योंकि V का औसत वोल्टेज_C1 वी के बराबर है_IN, में_L1 = -वी_L2. इस कारण से, दो प्रेरक एक ही कोर पर घाव हो सकते हैं, जो एक फ्लाईबैक परिवर्तक जैसा दिखता है, ट्रांसफॉर्मर-पृथक स्विच-मोड बिजली आपूर्ति टोपोलॉजी का सबसे बुनियादी। चूंकि वोल्टेज परिमाण में समान हैं, इसलिए वाइंडिंग की ध्रुवीयता को सही मानते हुए, पारस्परिक अधिष्ठापन पर उनका प्रभाव शून्य होगा। इसके अलावा, चूंकि वोल्टेज परिमाण में समान हैं, दो प्रेरकों से तरंग धाराएँ परिमाण में समान होंगी।

औसत धाराओं को निम्नानुसार अभिव्यक्त किया जा सकता है (औसत संधारित्र धाराएँ शून्य होनी चाहिए):

$I_{D1}=I_{L1}-I_{L2}$

जब स्विच S1 चालू होता है, तो धारा I_L1 बढ़ता है और धारा I_L2 अधिक नकारात्मक हो जाता है। (गणितीय रूप से, यह तीर की दिशा के कारण घटता है।) धारा I को बढ़ाने के लिए ऊर्जा_L1 इनपुट स्रोत से आता है। चूँकि S1 थोड़ी देर बंद रहता है, और तात्कालिक वोल्टेज V_L1 लगभग V_IN, वोल्टेज V_L2 लगभग -V _C1 है। इसलिए, D1 खोला जाता है और संधारित्र C1 IL2 में धारा के परिमाण को बढ़ाने के लिए ऊर्जा की आपूर्ति करता है_L2 और इस प्रकार L2 में संग्रहित ऊर्जा को बढ़ाता है। मैं C2 द्वारा आपूर्ति की जाती है। इसकी कल्पना करने का सबसे आसान तरीका एक डी.सी. अवस्था में परिपथ के बायस वोल्टेज पर विचार करना है। फिर S1 बंद करें ।

चित्र 2: S1 बंद होने के साथ L1 (हरा) के माध्यम से धारा बढ़ता है और C1 L2 (लाल) में धारा बढ़ता है

जब स्विच S1 को बंद कर दिया जाता है, तो धारा I_C1 धारा IL1 के समान हो जाता है, चूंकि प्रेरक धारा में तात्कालिक बदलाव की अनुमति नहीं देते हैं। धारा IL2 नकारात्मक दिशा में जारी रहेगा, वास्तव में यह कभी दिशा नहीं बदलता है। आरेख से यह देखा जा सकता है कि ऋणात्मक I_L2 धारा IL1 में जोड़ देगा लोड को दिए गए धारा को बढ़ाने के लिए। किरचॉफ के परिपथ कानूनों का उपयोग करना किरचॉफ.27s धारा नियम .28KCL.29| किरचॉफ का धारा नियम, यह दिखाया जा सकता है किID1 = IC1 - IL2 । तब यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि जब S1 बंद होता है, L2 और L1 दोनों से लोड को बिजली दी जाती है। हालाँकि, C1 को इस बंद चक्र के दौरान L1 द्वारा चार्ज किया जा रहा है (जैसा कि C2 by L1 और L2), और बदले में निम्नलिखित चक्र के दौरान L2 को रिचार्ज करेगा।

चित्र 3: S1 के साथ L1 (हरा) के माध्यम से खुला धारा और L2 (लाल) के माध्यम से धारा लोड के माध्यम से धारा उत्पन्न करता है

क्योंकि संधारित्र C1 में संभावित (वोल्टेज) हर चक्र में दिशा को उलट सकता है, एक गैर-ध्रुवीकृत संधारित्र का उपयोग किया जाना चाहिए। हालाँकि, कुछ मामलों में एक ध्रुवीकृत टैंटलम या इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र का उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि संधारित्र C1 में संभावित (वोल्टेज) तब तक नहीं बदलेगा जब तक कि प्रेरक L2 के साथ अनुनाद के आधे चक्र के लिए स्विच को लंबे समय तक बंद नहीं किया जाता है, और इस समय तक प्रेरक L1 में धारा काफी बड़ा हो सकता है।

संधारित्र C_IN आदर्श परिपथ के विश्लेषण पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, लेकिन परजीवी अधिष्ठापन और बिजली आपूर्ति के आंतरिक प्रतिरोध के प्रभाव को कम करने के लिए वास्तविक नियामक परिपथ में आवश्यक है।डीसी-टू-डीसी परिवर्तक के क्षेत्र में, एक सिंगल-एंडेड प्राइमरी-इंडक्टर परिवर्तक या एसईपीआईसी परिवर्तक एक प्रकार का परिवर्तक है जो इनपुट वोल्टेज को बढ़ाने या घटाने के लिए बूस्ट टाइप कंट्रोल टोपोलॉजी का उपयोग करता है। इसे पढ़ने के बाद, पहला सवाल जो आपके दिमाग में आएगा, क्या यह एक शानदार क्लासिक बक-बूस्ट परिवर्तक जैसा है? जवाब हां और नहीं है। क्लासिक बक-बूस्ट परिवर्तक में दो प्रेरक और दो स्विच होते हैं जो लागत को बढ़ाते हैं, इसलिए इसे कम करने के लिए, एक अधिक जटिल टोपोलॉजी जिसे इनवर्टिंग बक-बूस्ट परिवर्तक के रूप में जाना जाता है, का उपयोग किया जाता है। हमने अपने पिछले लेखों में से एक में इसकी चर्चा की है। इनवर्टिंग बक-बूस्ट परिवर्तक में, इनवर्टिंग बक-बूस्ट परिवर्तक की आउटपुट पोलरिटी इनपुट के विपरीत होती है। एक सेपिक परिवर्तक इन मुद्दों को एक युग्मित प्रारंभ करनेवाला पेश करके संबोधित करता है जो समग्र लागत को कम करता है और वास्तविक सर्किट बोर्ड में कम जगह भी लेता है।

संधारित्र C1 और प्रेरक L2 के कारण एसईपीआईसी की बूस्ट/हिरन क्षमताएं संभव हैं।प्रेरक L1 और स्विच S1 एक मानक बूस्ट परिवर्तक बनाते हैं, जो एक वोल्टेज (V_S1) जो V_IN से अधिक है, जिसका परिमाण स्विच S1 के कर्तव्य चक्र द्वारा निर्धारित किया जाता है। चूँकि C1 के सिरों पर औसत वोल्टेज V_IN है आउटपुट वोल्टेज (V_O)VS1 - VIN है। अगर V_S1 डबल V_IN से कम है, तब आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज से कम होगा। अगर V_S1 डबल V_INसे बड़ा है, तो आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज से अधिक होगा।

असंतुलित मोड

एक एसईपीआईसी को असंतुलित-चालन मोड या असंतुलित मोड में कहा जाता है यदि विद्युत प्रवाह L1 या L2 में से किसी एक के माध्यम से ऑपरेटिंग चक्र के दौरान शून्य तक गिरने की अनुमति है।

विश्वसनीयता और दक्षता

एसईपीआईसी की विश्वसनीयता और दक्षता के लिए डायोड D1 का वोल्टेज ड्रॉप और स्विचिंग समय महत्वपूर्ण है। डायोड के स्विचिंग समय को बहुत तेज होना चाहिए ताकि प्रेरक में उच्च वोल्टेज स्पाइक उत्पन्न न हो, जिससे घटकों को नुकसान हो सकता है। फास्ट डायोड या स्कॉटकी डायोड का उपयोग किया जा सकता है।

प्रेरक और संधारित्र में प्रतिरोधों का परिवर्तक दक्षता और आउटपुट रिपल पर भी बड़ा प्रभाव हो सकता है। कम श्रृंखला प्रतिरोध वाले प्रेरक गर्मी के रूप में कम ऊर्जा को नष्ट करने की अनुमति देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अधिक दक्षता होती है (इनपुट शक्ति का एक बड़ा हिस्सा लोड में स्थानांतरित किया जा रहा है)। कम समतुल्य श्रृंखला प्रतिरोध (ईएसआर ) वाले संधारित्र का उपयोग C1 और C2 के लिए भी किया जाना चाहिए ताकि तरंग को कम किया जा सके और हीट बिल्ड-अप को रोका जा सके, विशेष रूप से C1 में जहां धारा बार-बार दिशा बदल रहा है।

नुकसान

• बक-बूस्ट परिवर्तक की तरह, एसईपीआईसी में एक स्पंदित आउटपुट धारा होता है। इसी तरह के कुक परिवर्तक में यह नुकसान नहीं है, लेकिन इसमें केवल नकारात्मक आउटपुट ध्रुवीयता हो सकती है, जब तक कि पृथक कुक परिवर्तक का उपयोग नहीं किया जाता है।
• चूंकि एसईपीआईसी परिवर्तक अपनी सारी ऊर्जा श्रृंखला संधारित्र के माध्यम से स्थानांतरित करता है, इसलिए उच्च धारिता और धारा संचालन क्षमता वाले संधारित्र की आवश्यकता होती है।
• परिवर्तक के चौथे क्रम की प्रकृति भी एसईपीआईसी परिवर्तक को नियंत्रित करना मुश्किल बना देती है, जिससे यह केवल बहुत धीमी गति से भिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो जाता है।

यह भी देखें

• स्विच्ड-मोड बिजली आपूर्ति (एसएमपीएस)
  • डीसी से डीसी कनवर्टर
    • बक कन्वर्टर
    • बूस्ट परिवर्तक
    • बक-बूस्ट कन्वर्टर
    • फ्लाईबैक कन्वर्टर
    • औक परिवर्तक

संदर्भ

• Maniktala, Sanjaya. Switching Power Supply Design & Optimization, McGraw-Hill, New York 2005
• SEPIC Equations and Component Ratings, Maxim Integrated Products. Appnote 1051, 2005.
• TM SEPIC converter in PFC Pre-Regulator, STMicroelectronics. Application Note AN2435. This application note presents the basic equation of the SEPIC converter, in addition to a practical design example.
• High Frequency Power Converters, Intersil Corporation. Application Note AN9208, April 1994. This application note covers various power converter architectures, including the various conduction modes of SEPIC converters.