कैसे एक पुश पुल कनवर्टर डिजाइन करने के लिए - मूल सिद्धांत, निर्माण, और प्रदर्शन

जब पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ काम करने की बात आती है, तो व्यावहारिक डिजाइनों के लिए एक डीसी-डीसी कनवर्टर टोपोलॉजी बहुत महत्वपूर्ण हो जाती है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में मुख्य रूप से दो प्रकार के डीसी-डीसी रूपांतरण टोपोलॉजी उपलब्ध हैं, अर्थात्, स्विचिंग कनवर्टर और रैखिक कनवर्टर।

अब ऊर्जा के संरक्षण के नियम से, हम जानते हैं कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, लेकिन इसे केवल रूपांतरित किया जा सकता है। वही स्विचिंग नियामकों के लिए जाता है, किसी भी कनवर्टर का आउटपुट पावर (वाट क्षमता) वोल्टेज और करंट का उत्पाद है, एक डीसी-डीसी कन्वर्टर आदर्श रूप से वोल्टेज या करंट को परिवर्तित करता है, जबकि वाटेज स्थिर होता है। एक उदाहरण वह स्थिति हो सकती है जहां 5V आउटपुट वर्तमान का 2A प्रदान कर सकता है। पहले हमने एक 5V, 2A SMPS सर्किट तैयार किया है, आप यह देख सकते हैं कि क्या वह चीज है जिसकी आप तलाश कर रहे हैं।

अब एक ऐसी स्थिति पर विचार करें जहां हमें किसी विशिष्ट एप्लिकेशन के लिए इसे 10V आउटपुट में बदलने की आवश्यकता है। अब, यदि इस जगह में DC-DC कनवर्टर का उपयोग किया जाता है, और 5V 2A जो 10W आउटपुट स्थिर है, आदर्श रूप से DC-DC कनवर्टर वोल्टेज को 1A वर्तमान रेटिंग के साथ 10V में बदल देगा। यह एक बूस्टिंग स्विचिंग टोपोलॉजी का उपयोग करके किया जा सकता है जहां एक स्विचिंग प्रारंभ करनेवाला लगातार स्विच किया जाता है।

एक और महंगा लेकिन उपयोगी तरीका पुश-पुल कनवर्टर का उपयोग करना है । पुश-पुल कन्वर्टर बहुत सी रूपांतरण संभावनाएं खोलता है, जैसे बक, बूस्ट, बक-बूस्ट, अलग-थलग या गैर-अलग-थलग टोपोलॉजी भी, यह भी पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जाने वाले सबसे पुराने स्विचिंग टोपोलॉजी में से एक है जिसे उत्पादन के लिए न्यूनतम घटकों की आवश्यकता होती है कई आउटपुट वोल्टेज के साथ मध्यम शक्ति आउटपुट (आमतौर पर - 150W से 500W)। एक अलग-अलग पुश-पुल कनवर्टर सर्किट में आउटपुट वोल्टेज को बदलने के लिए ट्रांसफार्मर घुमावदार को बदलने की आवश्यकता है।

हालाँकि, इन सभी विशेषताओं ने हमारे दिमाग में कई सवाल खड़े कर दिए हैं। जैसे, पुश-पुल कनवर्टर कैसे काम करता है? पुश-पुल कनवर्टर सर्किट बनाने के लिए कौन से घटक महत्वपूर्ण हैं? इसलिए, साथ पढ़ें और हम सभी आवश्यक उत्तरों का पता लगाएंगे और अंत में, हम प्रदर्शन और परीक्षण के लिए एक व्यावहारिक सर्किट का निर्माण करेंगे, तो चलिए इसे सही करते हैं।

पुश-पुल कनवर्टर का निर्माण

नाम का जवाब है। पुश और पुल के एक ही चीज के दो विपरीत अर्थ हैं। आम आदमी की शर्तों में पुश-पुल का क्या अर्थ है? डिक्शनरी कह रही है कि पुश शब्द का मतलब लोगों को या वस्तुओं को एक तरफ से गुजरने के लिए बल का उपयोग करके आगे बढ़ना है। एक में धक्का-पुल डीसी-डीसी कनवर्टर, धक्का परिभाषित करता है वर्तमान धक्का या वर्तमान खिला। अब, पुल का मतलब क्या है? फिर, डिक्शनरी किसी पर बल डालने के लिए कहती है या किसी चीज़ को अपने आप को गति देने के लिए। पुश-पुल कनवर्टर में, यह फिर से चालू है जिसे खींचा जा रहा है।

इस प्रकार, एक पुश-पुल कनवर्टर स्विचिंग कनवर्टर का एक प्रकार है जहां धाराओं को लगातार किसी चीज़ में धकेला जाता है और लगातार किसी चीज़ से खींचा जाता है। यह एक प्रकार का फ्लाईबैक ट्रांसफार्मर या एक प्रारंभ करनेवाला है। वर्तमान को लगातार ट्रांसफार्मर से धकेला और खींचा जाता है। इस पुश-पुल विधि का उपयोग करते हुए, ट्रांसफ़ॉर्मर फ़्लक्स को सेकेंडरी कॉइल में स्थानांतरित करता है और किसी प्रकार का पृथक वोल्टेज प्रदान करता है।

अब, चूंकि यह एक प्रकार का स्विचिंग रेगुलेटर है, इसलिए भी कि ट्रांसफार्मर को इस तरह से स्विच करने की आवश्यकता है कि वर्तमान को धक्का देने की जरूरत है और इसे सिंक्रोनाइज़ किया जाए, इसके लिए हमें किसी प्रकार के स्विचिंग रेगुलेटर की आवश्यकता है। यहां, एक एसिंक्रोनस पुश-पुल ड्राइवर की आवश्यकता है। अब, यह स्पष्ट है कि स्विच विभिन्न प्रकार के ट्रांजिस्टर या मोसफेट्स के साथ किए जाते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक्स बाजार में बहुत सारे पुश-पुल ड्राइवर उपलब्ध हैं जिनका उपयोग पुश-पुल वार्तालाप संबंधित कार्य के लिए तुरंत किया जा सकता है।

ऐसे ड्राइवर के कुछ आईसी नीचे दी गई सूची में पाए जा सकते हैं-

1. LT3999
2. MAX258
3. मैक्स 13253
4. LT3439
5. TL494

कैसे एक पुश पुल कनवर्टर काम करता है?

पुश-पुल कनवर्टर के कार्य सिद्धांत को समझने के लिए, हमने एक बुनियादी सर्किट तैयार किया है, जो एक बुनियादी आधा-पुल पुश-पुल कनवर्टर है, और इसके नीचे दिखाया गया है, सादगी के लिए, हमने आधे-पुल टोपोलॉजी को कवर किया है, लेकिन एक और सामान्य टोपोलॉजी उपलब्ध है, और इसे एक पूर्ण-पुल पुश-पुल कनवर्टर के रूप में जाना जाता है ।

दो एनपीएन ट्रांजिस्टर पुश-पुल कार्यक्षमता को सक्षम करेंगे। दो ट्रांजिस्टर Q1 और Q2 को एक ही समय में चालू नहीं किया जा सकता है। जब Q1 चालू होता है, तो Q2 बंद रहेगा, जब Q1 बंद हो जाता है, तो Q2 चालू हो जाएगा। यह क्रमिक रूप से होगा और लूप के रूप में जारी रहेगा।

जैसा कि हम देख सकते हैं, उपरोक्त सर्किट एक ट्रांसफार्मर का उपयोग करता है, यह एक पृथक पुश-पुल कनवर्टर है।

उपरोक्त छवि उस स्थिति को दिखा रही है जहां Q1 चालू है और Q2 बंद हो जाएगा। इस प्रकार धारा ट्रांसफार्मर के केंद्र नल के माध्यम से प्रवाहित होगी और ट्रांजिस्टर Q1 के माध्यम से जमीन पर जाएगी जबकि Q2 ट्रांसफार्मर के दूसरे नल पर वर्तमान प्रवाह को रोक देगा। वास्तव में विपरीत बात तब होती है जब Q2 चालू होता है और Q1 बंद रहता है। जब भी वर्तमान प्रवाह में परिवर्तन होता है, तो ट्रांसफार्मर प्राथमिक तरफ से द्वितीयक तरफ ऊर्जा स्थानांतरित करता है।

उपरोक्त ग्राफ यह जांचने के लिए बहुत उपयोगी है कि यह कैसे होता है, पहले, सर्किट में कोई वोल्टेज या वर्तमान प्रवाह नहीं हुआ करता था। Q1 चालू हो गया, एक निरंतर वोल्टेज नल से टकरा गया क्योंकि सर्किट अब बंद है। वर्तमान में वृद्धि शुरू होती है और फिर वोल्टेज को द्वितीयक पक्ष में प्रेरित किया जाता है।

अगले चरण में, एक समय की देरी के बाद, ट्रांजिस्टर Q1 बंद हो जाता है और Q2 चालू होता है। यहां काम पर कुछ महत्वपूर्ण चीजें आती हैं - ट्रांसफार्मर परजीवी समाई और अधिष्ठापन एक एलसी सर्किट बनाता है जो विपरीत ध्रुवीयता में स्विच करना शुरू करता है। चार्ज ट्रांसफार्मर के अन्य नल घुमावदार के माध्यम से विपरीत दिशा में वापस प्रवाह करना शुरू कर देता है। इस फैशन में, उन दो ट्रांजिस्टर द्वारा वर्तमान को लगातार वैकल्पिक मोड में धकेल दिया जाता है। हालाँकि, जैसा कि खींचना LC सर्किट और ट्रांसफार्मर के केंद्र नल द्वारा किया जाता है, इसे पुश-पुल टोपोलॉजी कहा जाता है। अक्सर इसे इस तरह से वर्णित किया जाता है कि दो ट्रांजिस्टर बारी-बारी से कन्वेंशन पुश-पुल का नामकरण करते हुए करंट को धक्का देते हैं जहां ट्रांजिस्टर करंट को नहीं खींचते हैं। लोड वेवफॉर्म आरा की तरह दिखता है, हालांकि, ऐसा नहीं है कि उपरोक्त तरंग में दिखाया गया है।

जैसा कि हमने सीखा है कि एक पुश-पुल कनवर्टर डिज़ाइन कैसे काम करता है, चलो इसके लिए एक वास्तविक सर्किट बनाने के लिए आगे बढ़ते हैं, और फिर हम बेंच पर इसका विश्लेषण कर सकते हैं। लेकिन इससे पहले, आइए योजनाबद्ध पर एक नज़र डालें।

एक व्यावहारिक पुश पुल कनवर्टर बनाने के लिए आवश्यक घटक

खैर, नीचे सर्किट एक ब्रेडबोर्ड पर बनाया गया है। परीक्षण सर्किट के लिए उपयोग किए जाने वाले घटक इस प्रकार हैं-

1. एक ही रेटिंग वाले 2 पीकेएस इंडिकेटर्स - 220uH 5A टॉरॉयडल प्रारंभ करनेवाला।
2. 0.1uF पॉलिएस्टर फिल्म कैपेसिटर - 2 पीसी
3. 1k रोकनेवाला 1% - 2 पीसी
4. ULN2003 डार्लिंगटन जोड़ी ट्रांजिस्टर
5. 100uF 50V संधारित्र

एक व्यावहारिक पुश-पुल कनवर्टर सर्किट आरेख

योजनाबद्ध बहुत सीधे आगे है। चलो कनेक्शन का विश्लेषण करते हैं, ULN2003 डार्लिंगटन जोड़ी ट्रांजिस्टर सरणी है। यह ट्रांजिस्टर ऐरे उपयोगी है क्योंकि चिपसेट के अंदर फ्रीव्हीलिंग डायोड उपलब्ध हैं और इसे किसी अतिरिक्त घटक की आवश्यकता नहीं होती है ताकि ब्रेडबोर्ड पर किसी भी अतिरिक्त जटिल मार्ग से बचा जा सके। सिंक्रोनस ड्राइवर के लिए, हम एक सरल आरसी टाइमर का उपयोग कर रहे हैं, जो ट्रांसडक्टर्स को सिंक्रोनस पर और बंद कर देगा ताकि इंडेक्टर्स पर एक पुश-पुल प्रभाव पैदा हो सके।

व्यावहारिक पुश-पुल कनवर्टर - कार्य करना

सर्किट का काम सरल है। डार्लिंगटन की जोड़ी को हटा दें और दो ट्रांजिस्टर Q1 और Q2 का उपयोग करके सर्किट को सरल बनाएं।

RC नेटवर्क, Q1 और Q2 के आधार के साथ एक क्रॉस स्थिति में जुड़ा हुआ है, जो एक पुनर्योजी प्रतिक्रिया नामक एक प्रतिक्रिया तकनीक का उपयोग करके वैकल्पिक ट्रांजिस्टर को चालू करते हैं।

यह इस तरह से काम करना शुरू करता है - जब हम ट्रांसफार्मर के केंद्र नल पर वोल्टेज लागू करते हैं (जहां दो प्रेरकों के बीच सामान्य कनेक्शन), तो ट्रांसफार्मर के माध्यम से प्रवाह होगा। ध्रुवीयता के प्रवाह के घनत्व और संतृप्ति, नकारात्मक या सकारात्मक के आधार पर, वर्तमान पहला चार्ज C1 और R1 या C2 और R2, दोनों पर नहीं। आइए कल्पना करें कि C1 और R1 को पहले करेंट मिलता है। C1 और R1 एक टाइमर प्रदान करते हैं जो ट्रांजिस्टर Q2 को चालू करता है। ट्रांसफार्मर का L2 खंड चुंबकीय प्रवाह का उपयोग करके वोल्टेज को प्रेरित करेगा। इस स्थिति में, C2 और R2 चार्ज करना शुरू कर देते हैं और Q1 चालू करते हैं। ट्रांसफार्मर का L1 खंड फिर एक वोल्टेज को प्रेरित करता है। समय या आवृत्ति पूरी तरह से इनपुट वोल्टेज, ट्रांसफार्मर या प्रारंभ करनेवाला के संतृप्त प्रवाह, प्राथमिक मोड़, कोर के अनुभागीय वर्ग सेंटीमीटर क्षेत्र पर निर्भर करती है।आवृत्ति का सूत्र है-

f = (V _इन * 10 ⁸) / (4 * A _s * A * N)

जहां विन इनपुट वोल्टेज है, 10 ⁸ एक स्थिर मान है, the _s कोर का संतृप्त प्रवाह घनत्व है जो ट्रांसफार्मर पर परिलक्षित होगा, ए क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र है और एन मोड़ की संख्या है।

पुश पुल कनवर्टर सर्किट का परीक्षण

सर्किट के परीक्षण के लिए, निम्नलिखित उपकरण आवश्यक हैं-

1. दो मिलीमीटर - एक इनपुट वोल्टेज की जाँच के लिए और दूसरा आउटपुट वोल्टेज के लिए
2. एक ऑसिलोस्कोप
3. एक बेंच बिजली की आपूर्ति।

सर्किट एक ब्रेडबोर्ड में बनाया गया है और बिजली धीरे-धीरे बढ़ जाती है। इनपुट वोल्टेज 2.16V है जबकि आउटपुट वोल्टेज 8.12V है, जो इनपुट वोल्टेज से लगभग चार गुना है।

हालांकि, यह सर्किट किसी भी प्रतिक्रिया टोपोलॉजी का उपयोग नहीं करता है, इसलिए आउटपुट वोल्टेज स्थिर नहीं है और न ही अलग है।

पुश-पुल की आवृत्ति और स्विचिंग ऑसिलोस्कोप में देखी गई है-

इस प्रकार सर्किट अब एक पुश-पुल बूस्ट कनवर्टर के रूप में कार्य कर रहा है जहां आउटपुट वोल्टेज स्थिर नहीं है। उम्मीद है कि यह पुश-पुल कनवर्टर 2W तक की वाट क्षमता प्रदान कर सकता है, लेकिन हमने फीडबैक जेनरेशन की कमी के कारण इसका परीक्षण नहीं किया है।

निष्कर्ष

यह सर्किट पुश-पुल कनवर्टर का एक सरल रूप है। हालांकि, हमेशा वांछित आउटपुट के लिए एक उचित पुश-पुल ड्राइवर आईसी का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है । सर्किट का निर्माण ऐसे तरीके से किया जा सकता है जहां पृथक या गैर-पृथक, पुश-पुल रूपांतरण में किसी भी टोपोलॉजी का निर्माण किया जा सकता है।

नीचे सर्किट नियंत्रित पुश-पुल डीसी से डीसी कनवर्टर का एक उचित सर्किट है। यह एनालॉग डिवाइसेज (रैखिक टेक्नोलॉजीज) के लिए LT3999 का उपयोग करके 1: 1 पुश-पुल कनवर्टर है।

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