कुक (Ćuk) कनवर्टर

बक-बूस्ट, यूके। इनपुट बाईं ओर है, लोड के साथ आउटपुट दाईं ओर है। स्विच सामान्यतः मोस्फेत, आईजीबीटी, या बीजेटी ट्रांजिस्टर होता है।

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

इनवर्टिंग टोपोलॉजी के साथ बक-बूस्ट कनवर्टर के समान, गैर-पृथक कुक कनवर्टर का आउटपुट वोल्टेज सामान्यतः विपरीत होता है, जिसमें इनपुट वोल्टेज के संबंध में लघु या अधिक मान होते हैं। सामान्यतः डीसी कन्वर्टर्स में, प्रेरक का उपयोग मुख्य ऊर्जा-भंडारण घटक के रूप में किया जाता है। जिससे कि कनवर्टर में, मुख्य ऊर्जा-भंडारण घटक संधारित्र होता है। इसका नाम कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान के स्लोबोडन ज़ुक के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने सबसे पहले डिज़ाइन प्रस्तुत किया था।

गैर-पृथक कुक कनवर्टर

मूलभूत कुक कनवर्टर पर भिन्नताएं होती 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। इस आधार पर कुक कनवर्टर डायोड और स्विच का उपयोग करके ऊर्जा को द्विदिश रूप से प्रवाहित करने की अनुमति देता है।

संचालन सिद्धांत

गैर-पृथक कुक कनवर्टर में दो इंडक्टर्स, दो संधारित्र, स्विच (सामान्यतः ट्रांजिस्टर), और डायोड सम्मिलित होता है। इसका योजनाबद्ध चित्र 1 में देखा जा सकता है। यह इनवर्टिंग कनवर्टर है, इसलिए इनपुट वोल्टेज के संबंध में आउटपुट वोल्टेज ऋणात्मक होता है।

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

चित्र। 1. कूक कनवर्टर परिपथ आरेख।

संधारित्र C₁ ऊर्जा स्थानांतरित करने के लिए उपयोग किया जाता है। यह ट्रांजिस्टर और डायोड के न्यूनीकरण के माध्यम से कनवर्टर के इनपुट और आउटपुट से वैकल्पिक रूप से जुड़ा हुआ है (आंकड़े 2 और 3 देखें)।

दो प्रेरक L₁ और I₂ क्रमशः इनपुट वोल्टेज स्रोत (V_S) को परिवर्तित करने के लिए उपयोग किया जाता है) और आउटपुट वोल्टेज स्रोत (V_o) वर्तमान स्रोतों में थोड़े समय के पैमाने पर, प्रेरक को वर्तमान स्रोत के रूप में माना जा सकता है जिससे कि यह स्थिर धारा बनाए रखता है। यह रूपांतरण आवश्यक होता है जिससे कि यदि संधारित्र सीधे वोल्टेज स्रोत से जुड़ा होता है, तब धारा केवल परजीवी प्रतिरोध द्वारा सीमित होती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ऊर्जा में हानि होती है। इस प्रकार संधारित्र को वर्तमान स्रोत (प्रारंभ करने वाला) के साथ चार्ज करने से प्रतिरोधक धारा सीमित होने और उससे जुड़ी ऊर्जा हानि को रोका जा सकता है।

अन्य कन्वर्टर्स (बक कन्वर्टर, बूस्ट कन्वर्टर, बक-बूस्ट कन्वर्टर) की भांति, कुक कन्वर्टर या तब निरंतर या असंतत वर्तमान मोड में कार्य कर सकता है। चूँकि, इन कन्वर्टर्स के विपरीत, यह असंतत वोल्टेज मोड में भी कार्य कर सकता है (न्यूनीकरण चक्र के समय संधारित्र पर वोल्टेज शून्य हो जाता है)।

सतत मोड

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

स्थिर अवस्था में, प्रेरकों में संग्रहीत ऊर्जा को न्यूनीकरण चक्र के प्रारंभ और अंत में समान रहना पड़ता है। इस प्रकार प्रेरक में ऊर्जा निम्न द्वारा दी जाती है:

$E={\frac {1}{2}}LI^{2}$

इसका तात्पर्य यह है कि प्रेरकों के माध्यम से धारा न्यूनीकरण चक्र के प्रारंभ और अंत में समान होती है। चूँकि किसी प्रेरक 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 पूर्ण करने के लिए न्यूनीकरण अवधि में प्रारंभ करने वाला वोल्टेज का औसत मूल्य शून्य होता है।

यदि हम मानते हैं कि संधारित्र C₁और C₂ इतने बड़े होते हैं कि उन पर वोल्टेज तरंग नगण्य हो जाती है, अतः प्रारंभ करने वाला वोल्टेज बन जाते हैं:

• 'ऑफ़-स्टेट' में, प्रेरक L₁ V_s के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है और C₁ (चित्र 2 देखें)। अतः ${\textstyle V_{L1}=V_{s}-V_{C1}}$. चूंकि डायोड D आगे की ओर पक्षपाती है (हम शून्य वोल्टेज ड्रॉप पर विचार करते हैं), L₂ सीधे आउटपुट संधारित्र से जुड़ा होता है। इसलिए $V_{L2}=V_{o}$
• ऑन-स्टेट में, प्रेरक L₁सीधे इनपुट स्रोत से जुड़ा है। इसलिए ${\textstyle V_{L1}=V_{s}}$. प्रेरक L₂ C और आउटपुट संधारित्र के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, इसलिए $V_{L2}=V_{o}+V_{C}$

केंद्र

कनवर्टर स्टेट से संचालित होता है ${\textstyle t=0}$ को ${\textstyle t=DT}$ (D कर्तव्य चक्र है), और D T से T तक ऑफ स्टेट में (अर्थात्, के सामान्तर अवधि के समय)। ${\textstyle (1-D)T}$). का औसत मान V_L1 और V_L2 इसलिए होता 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 होते है, अतः अंतिम समीकरण का उपयोग करके हम लिख सकते हैं:

$V_{C}=-{\frac {V_{o}}{D}}$

तब L₁ पर औसत वोल्टेज 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 बक-बूस्ट कनवर्टर के लिए प्राप्त किया गया है।

असंतत मोड

सभी डीसी/डीसी कन्वर्टर्स की भांति, यूके कन्वर्टर्स निरंतर धारा प्रदान करने के लिए परिपथ में इंडक्टर्स की क्षमता पर निर्भर करते हैं, उसी प्रकार रेक्टिफायर फिल्टर में संधारित्र निरंतर वोल्टेज प्रदान करता है। यदि यह प्रारंभ करने वाला बहुत छोटा है या महत्वपूर्ण प्रेरकत्व से नीचे होता है, तब जहां धारा शून्य हो जाती है वहां प्रारंभ करनेवाला धारा ढलान बंद हो जाता है। इस प्रकार ऑपरेशन की इस स्थिति का सामान्यतः अधिक गहराई से अध्ययन नहीं किया जाता है जिससे कि सामान्यतः इसका उपयोग यह प्रदर्शित करने से ऊपर नहीं किया जाता है कि न्यूनतम प्रेरण क्यों महत्वपूर्ण होता है, चूंकि यह तब हो सकता है जब कनवर्टर के लिए डिज़ाइन किए गए की तुलना में बहुत लघु वर्तमान पर स्टैंडबाय वोल्टेज बनाए रखा जाता है।

न्यूनतम प्रेरण किसके द्वारा दिया जाता है:

$L_{1}min={\frac {(1-D)^{2}R}{2Df_{s}}}$

जहाँ $f_{s}$ स्विचिंग आवृत्ति है।

पृथक कुक कनवर्टर

युग्मित प्रारंभ करनेवाला पृथक कुक कनवर्टर।

इंटीग्रेटेड मैग्नेटिक्स कुक कनवर्टर।

कुक कनवर्टर के पृथक संस्करण के लिए, एसी ट्रांसफार्मर और अतिरिक्त संधारित्र जोड़ा जाता है। जिससे कि पृथक कुक कनवर्टर पृथक हो जाते है, अतः आउटपुट-वोल्टेज ध्रुवीयता को स्वतंत्र रूप से चुना जा सकता है।

गैपलेस एसी ट्रांसफार्मर के साथ पृथक कुक कनवर्टर।

गैर-पृथक कुक कनवर्टर के रूप में, पृथक कुक कनवर्टर में आउटपुट वोल्टेज परिमाण हो सकता है जो कि 1:1 एसी ट्रांसफार्मर के साथ भी, इनपुट वोल्टेज परिमाण से अधिक या लघु हो सकता है। चूँकि, इनपुट पक्ष पर डिवाइस तनाव को लघु 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 परिपथ को अनुनादी कनवर्टर परिपथ में संशोधित करने के लिए किया जा सकता है, जिसकी दक्षता में अधिक सुधार हुआ है।

संबंधित संरचनाएं

प्रेरक युग्मन

दो भिन्न-भिन्न प्रेरक घटकों का उपयोग करने के अतिरिक्त, अनेक डिजाइनर एकल चुंबकीय घटक का उपयोग करके युग्मित प्रारंभ करनेवाला कनवर्टर क्रियान्वित करते हैं, जिसमें ही कोर पर दोनों प्रेरक सम्मिलित होते हैं। उस घटक के अंदर इंडक्टर्स के मध्य ट्रांसफॉर्मर क्रिया दो स्वतंत्र असतत प्रारंभ करने वाला घटकों का उपयोग करके कुक कनवर्टर की तुलना में लघु आउटपुट तरंग के साथ युग्मित प्रारंभ करने वाला कुक कनवर्टर देती है।

ज़ेटा कनवर्टर

ज़ेटा कनवर्टर गैर-पृथक, गैर-इनवर्टिंग, बक-बूस्ट विद्युत आपूर्ति टोपोलॉजी है।

सिंगल-एंडेड प्राइमरी-इंडक्शन कन्वर्टर (एसईपीआईसी)

Main article: एसईपीआईसी कनवर्टर

एसईपीआईसी कनवर्टर वोल्टेज को बढ़ाने या घटाने में सक्षम है।

पेटेंट

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

अग्रिम पठन

• पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, वॉल्यूम। 4: स्टेट स्पेस औसत और कुक कनवर्टरस; कुक स्लोबोदान; 378 पृष्ठ; 2016; ISBN 978-1519520289.

बाहरी संबंध

• टोपोलॉजी पृष्ठभूमि