कुक (Ćuk) कनवर्टर

बक-बूस्ट, यूके। इनपुट बाईं ओर है, लोड के साथ आउटपुट दाईं ओर है। स्विच आमतौर पर MOSFET, IGBT, या BJT ट्रांजिस्टर होता है।

Ćuk कनवर्टर (उच्चारण चूक; कभी-कभी गलत तरीके से कुक, कुक या कुक लिखा जाता है) कम तरंग (विद्युत) के साथ बक-बूस्ट कनवर्टर का एक प्रकार है। एक Ćuk कनवर्टर को बूस्ट कनवर्टर और हिरन कनवर्टर के संयोजन के रूप में देखा जा सकता है, जिसमें ऊर्जा को जोड़ने के लिए एक स्विचिंग डिवाइस और एक पारस्परिक संधारित्र होता है।

इनवर्टिंग टोपोलॉजी के साथ बक-बूस्ट कनवर्टर | बक-बूस्ट कनवर्टर के समान, गैर-पृथक Ćuk कनवर्टर का आउटपुट वोल्टेज आमतौर पर उलटा होता है, जिसमें इनपुट वोल्टेज के संबंध में कम या अधिक मान होते हैं। आमतौर पर डीसी कन्वर्टर्स में, प्रारंभ करनेवाला का उपयोग मुख्य ऊर्जा-भंडारण घटक के रूप में किया जाता है। क्यूक कनवर्टर में, मुख्य ऊर्जा-भंडारण घटक संधारित्र है। इसका नाम कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान के स्लोबोडन ज़ुक के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने सबसे पहले डिज़ाइन प्रस्तुत किया था।

गैर-पृथक Ćuk कनवर्टर

बुनियादी Ćuk कनवर्टर पर भिन्नताएं हैं। उदाहरण के लिए, कॉइल एकल चुंबकीय कोर साझा कर सकते हैं, जो आउटपुट तरंग को गिरा देता है, और दक्षता बढ़ाता है। चूँकि संधारित्र के माध्यम से विद्युत स्थानांतरण निरंतर प्रवाहित होता है, इस प्रकार के स्विचर ने विद्युत चुम्बकीय विकिरण को न्यूनतम कर दिया है। Ćuk कनवर्टर एक डायोड और एक स्विच का उपयोग करके ऊर्जा को द्विदिश रूप से प्रवाहित करने की अनुमति देता है।

संचालन सिद्धांत

एक गैर-पृथक Ćuk कनवर्टर में दो इंडक्टर्स, दो संधारित्र , एक स्विच (आमतौर पर एक ट्रांजिस्टर), और एक डायोड शामिल होता है। इसका योजनाबद्ध चित्र 1 में देखा जा सकता है। यह एक इनवर्टिंग कनवर्टर है, इसलिए इनपुट वोल्टेज के संबंध में आउटपुट वोल्टेज नकारात्मक है।

इस कनवर्टर का मुख्य लाभ कनवर्टर के इनपुट और आउटपुट पर निरंतर धाराएं हैं। मुख्य नुकसान स्विच पर उच्च वर्तमान तनाव है।

चित्र। 1. कूक कनवर्टर सर्किट आरेख।

संधारित्र सी₁ ऊर्जा स्थानांतरित करने के लिए उपयोग किया जाता है। यह ट्रांजिस्टर और डायोड के कम्यूटेशन के माध्यम से कनवर्टर के इनपुट और आउटपुट से वैकल्पिक रूप से जुड़ा हुआ है (आंकड़े 2 और 3 देखें)।

दो प्रेरक एल₁ और मैं₂ क्रमशः इनपुट वोल्टेज स्रोत (वी) को परिवर्तित करने के लिए उपयोग किया जाता है_s) और आउटपुट वोल्टेज स्रोत (V_o) वर्तमान स्रोतों में। थोड़े समय के पैमाने पर, एक प्रारंभ करनेवाला को वर्तमान स्रोत के रूप में माना जा सकता है क्योंकि यह एक स्थिर धारा बनाए रखता है। यह रूपांतरण आवश्यक है क्योंकि यदि संधारित्र सीधे वोल्टेज स्रोत से जुड़ा होता, तो धारा केवल परजीवी प्रतिरोध द्वारा सीमित होती, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ऊर्जा हानि होती। एक संधारित्र को वर्तमान स्रोत (प्रारंभ करनेवाला) के साथ चार्ज करने से प्रतिरोधक धारा सीमित होने और उससे जुड़ी ऊर्जा हानि को रोका जा सकता है।

अन्य कन्वर्टर्स (हिरन कन्वर्टर, बूस्ट कन्वर्टर, बक-बूस्ट कन्वर्टर) की तरह, Ćuk कन्वर्टर या तो निरंतर या असंतत वर्तमान मोड में काम कर सकता है। हालाँकि, इन कन्वर्टर्स के विपरीत, यह असंतत वोल्टेज मोड में भी काम कर सकता है (कम्यूटेशन चक्र के दौरान कैपेसिटर पर वोल्टेज शून्य हो जाता है)।

सतत मोड

चित्र 2.: एक गैर-पृथक Ćuk कनवर्टर की दो ऑपरेटिंग अवस्थाएँ।

स्थिर अवस्था में, प्रेरकों में संग्रहीत ऊर्जा को कम्यूटेशन चक्र की शुरुआत और अंत में समान रहना पड़ता है। एक प्रेरक में ऊर्जा निम्न द्वारा दी जाती है:

$E={\frac {1}{2}}LI^{2}$ इसका तात्पर्य यह है कि प्रेरकों के माध्यम से धारा कम्यूटेशन चक्र की शुरुआत और अंत में समान होनी चाहिए। चूँकि किसी प्रारंभकर्ता के माध्यम से धारा का विकास उसके पार वोल्टेज से संबंधित होता है:

$V_{L}=L{\frac {dI}{dt}}$ यह देखा जा सकता है कि स्थिर-अवस्था की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक कम्यूटेशन अवधि में प्रारंभ करनेवाला वोल्टेज का औसत मूल्य शून्य होना चाहिए।

यदि हम मानते हैं कि कैपेसिटर सी₁और सी₂इतने बड़े होते हैं कि उन पर वोल्टेज तरंग नगण्य हो जाती है, प्रारंभ करनेवाला वोल्टेज बन जाते हैं:

• 'ऑफ़-स्टेट' में, प्रारंभकर्ता एल₁V के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है_sऔर सी₁(चित्र 2 देखें)। इसलिए ${\textstyle V_{L1}=V_{s}-V_{C1}}$. चूंकि डायोड डी आगे की ओर पक्षपाती है (हम शून्य वोल्टेज ड्रॉप पर विचार करते हैं), एल₂सीधे आउटपुट कैपेसिटर से जुड़ा होता है। इसलिए $V_{L2}=V_{o}$
• ऑन-स्टेट में, प्रारंभकर्ता एल₁सीधे इनपुट स्रोत से जुड़ा है। इसलिए ${\textstyle V_{L1}=V_{s}}$. प्रेरक एल₂सी और आउटपुट कैपेसिटर के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, इसलिए $V_{L2}=V_{o}+V_{C}$

केंद्र

कनवर्टर राज्य से संचालित होता है ${\textstyle t=0}$ को ${\textstyle t=DT}$ (डी कर्तव्य चक्र है), और डी·टी से टी तक ऑफ स्टेट में (अर्थात्, के बराबर अवधि के दौरान)। ${\textstyle (1-D)T}$). V का औसत मान_L1और वी_L2इसलिए हैं:

${\bar {V}}_{L1}=D\cdot V_{s}+\left(1-D\right)\cdot \left(V_{s}-V_{C}\right)=\left(V_{s}-(1-D)\cdot V_{C}\right)$

${\bar {V}}_{L2}=D\left(V_{o}+V_{C}\right)+\left(1-D\right)\cdot V_{o}=\left(V_{o}+D\cdot V_{C}\right)$ चूंकि स्थिर-अवस्था की स्थितियों को संतुष्ट करने के लिए दोनों औसत वोल्टेज शून्य होना चाहिए, अंतिम समीकरण का उपयोग करके हम लिख सकते हैं:

$V_{C}=-{\frac {V_{o}}{D}}$ तो L पर औसत वोल्टेज₁ बन जाता है:

${\bar {V}}_{L1}=\left(V_{s}+(1-D)\cdot {\frac {V_{o}}{D}}\right)=0$ जिसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:

${\frac {V_{o}}{V_{s}}}=-{\frac {D}{1-D}}$ यह देखा जा सकता है कि यह संबंध वही है जो हिरन-बूस्ट कनवर्टर के लिए प्राप्त किया गया है।

असंतत मोड

सभी डीसी/डीसी कन्वर्टर्स की तरह, यूके कन्वर्टर्स निरंतर करंट प्रदान करने के लिए सर्किट में इंडक्टर्स की क्षमता पर निर्भर करते हैं, उसी तरह एक रेक्टिफायर फिल्टर में एक कैपेसिटर निरंतर वोल्टेज प्रदान करता है। यदि यह प्रारंभ करनेवाला बहुत छोटा है या महत्वपूर्ण प्रेरकत्व से नीचे है, तो जहां धारा शून्य हो जाती है वहां प्रारंभ करनेवाला धारा ढलान बंद हो जाएगा। ऑपरेशन की इस स्थिति का आमतौर पर अधिक गहराई से अध्ययन नहीं किया जाता है क्योंकि आमतौर पर इसका उपयोग यह प्रदर्शित करने से परे नहीं किया जाता है कि न्यूनतम प्रेरण क्यों महत्वपूर्ण है, हालांकि यह तब हो सकता है जब कनवर्टर के लिए डिज़ाइन किए गए की तुलना में बहुत कम वर्तमान पर स्टैंडबाय वोल्टेज बनाए रखा जाता है।

न्यूनतम प्रेरण किसके द्वारा दिया जाता है:

$L_{1}min={\frac {(1-D)^{2}R}{2Df_{s}}}$ कहाँ $f_{s}$ स्विचिंग आवृत्ति है.

पृथक Ćuk कनवर्टर

Coupled inductor isolated Ćuk converter.

Integrated magnetics Ćuk converter.

Ćuk कनवर्टर के पृथक संस्करण के लिए, एक एसी ट्रांसफार्मर और एक अतिरिक्त संधारित्र जोड़ा जाना चाहिए। क्योंकि पृथक Ćuk कनवर्टर पृथक है, आउटपुट-वोल्टेज ध्रुवीयता को स्वतंत्र रूप से चुना जा सकता है।

गैपलेस एसी ट्रांसफार्मर के साथ पृथक Ćuk कनवर्टर।

गैर-पृथक Ćuk कनवर्टर के रूप में, पृथक Ćuk कनवर्टर में आउटपुट वोल्टेज परिमाण हो सकता है जो कि 1:1 एसी ट्रांसफार्मर के साथ भी, इनपुट वोल्टेज परिमाण से अधिक या कम हो सकता है। हालाँकि, इनपुट पक्ष पर डिवाइस तनाव को कम करने के लिए टर्न अनुपात को नियंत्रित किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, ट्रांसफार्मर के परजीवी तत्व, अर्थात् रिसाव प्रेरण और मैग्नेटाइजिंग इंडक्शन का उपयोग सर्किट को एक गुंजयमान कनवर्टर सर्किट में संशोधित करने के लिए किया जा सकता है, जिसकी दक्षता में काफी सुधार हुआ है।

संबंधित संरचनाएं

प्रेरक युग्मन

दो अलग-अलग प्रारंभ करनेवाला घटकों का उपयोग करने के बजाय, कई डिजाइनर एक एकल चुंबकीय घटक का उपयोग करके एक युग्मित प्रारंभ करनेवाला कनवर्टर लागू करते हैं, जिसमें एक ही कोर पर दोनों प्रेरक शामिल होते हैं। उस घटक के अंदर इंडक्टर्स के बीच ट्रांसफॉर्मर क्रिया दो स्वतंत्र असतत प्रारंभ करनेवाला घटकों का उपयोग करके एक Ćuk कनवर्टर की तुलना में कम आउटपुट तरंग के साथ एक युग्मित प्रारंभ करनेवाला Ćuk कनवर्टर देती है।

ज़ेटा कनवर्टर

ज़ेटा कनवर्टर एक गैर-पृथक, गैर-इनवर्टिंग, हिरन-बूस्ट बिजली आपूर्ति टोपोलॉजी है।

सिंगल-एंडेड प्राइमरी-इंडक्शन कन्वर्टर (SEPIC)

Main article: SEPIC converter

एक SEPIC कनवर्टर वोल्टेज को बढ़ाने या घटाने में सक्षम है।

पेटेंट

• यूएस पेटेंट 4257087, 1979 में दायर, शून्य इनपुट और आउटपुट करंट रिपल और इंटीग्रेटेड मैग्नेटिक्स सर्किट के साथ डीसी-टू-डीसी स्विचिंग कनवर्टर, आविष्कारक स्लोबोदान Ćuk।
• यूएस पेटेंट 4274133, 1979 में दायर किया गया, डीसी-टू-डीसी कन्वर्टर ने समायोजन की आवश्यकता के बिना तरंग को कम कर दिया, आविष्कारक स्लोबोदान Ćuk और आर. डी. मिडलब्रुक।
• यूएस पेटेंट 4184197, 1977 में दायर, डीसी-टू-डीसी स्विचिंग कनवर्टर, आविष्कारक स्लोबोडन ज़ुक और आर. डी. मिडलब्रुक।

अग्रिम पठन

• Power Electronics, Vol. 4: State-Space Averaging and Ćuk Converters; Ćuk Slobodan; 378 pages; 2016; ISBN 978-1519520289.

बाहरी संबंध

• Topology Background