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डीसी/डीसी चयन - प्रारंभ करनेवाला मापदंडों के मूल अर्थ को समझें

2024-03-19

आधुनिक डीसी/डीसी कन्वर्टर्स की मांग का मुख्य चालक उपभोक्ता अनुप्रयोग हैं। इन अनुप्रयोगों में, पावर इंडक्टर्स का उपयोग मुख्य रूप से बैटरी चालित उपकरण, एम्बेडेड कंप्यूटिंग और उच्च-शक्ति, उच्च-आवृत्ति डीसी/डीसी कनवर्टर्स में किया जाता है। उत्कृष्ट थर्मल प्रदर्शन के साथ कॉम्पैक्ट, लागत प्रभावी, उच्च दक्षता वाली प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए इंडक्टर्स के विद्युत गुणों को समझना महत्वपूर्ण है।


एक प्रारंभ करनेवाला एक अपेक्षाकृत सरल घटक है जिसमें एक कुंडल में लिपटे इंसुलेटेड तार होते हैं। लेकिन जटिलता तब बढ़ जाती है जब अलग-अलग घटकों को लक्ष्य अनुप्रयोग को पूरा करते हुए उचित आकार, वजन, तापमान, आवृत्ति और वोल्टेज के साथ एक प्रारंभ करनेवाला बनाने के लिए संयोजित किया जाता है।

प्रारंभ करनेवाला का चयन करते समय, प्रारंभ करनेवाला डेटा शीट में बताई गई विद्युत विशेषताओं को समझना महत्वपूर्ण है। यह आलेख आपके समाधान के लिए सही प्रारंभकर्ता का चयन करने पर मार्गदर्शन प्रदान करता है और बताता है कि नए डीसी/डीसी कनवर्टर्स को डिज़ाइन करते समय प्रारंभ करनेवाला के प्रदर्शन की भविष्यवाणी कैसे करें।

1. प्रेरक क्या है?

प्रारंभ करनेवाला एक सर्किट तत्व है जो ऊर्जा को अपने चुंबकीय क्षेत्र में संग्रहीत करता है। इंडक्टर्स विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करके चुंबकीय ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, फिर वर्तमान प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए सर्किट को ऊर्जा प्रदान करते हैं। जैसे-जैसे धारा बढ़ती है, चुंबकीय क्षेत्र बढ़ता है। चित्र 1 प्रारंभ करनेवाला मॉडल दिखाता है।

चित्र 1: एक प्रारंभ करनेवाला का विद्युत मॉडल

प्रारंभ करनेवाला एक सर्किट तत्व है जो ऊर्जा को अपने चुंबकीय क्षेत्र में संग्रहीत करता है। इंडक्टर्स विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करके चुंबकीय ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, फिर वर्तमान प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए सर्किट को ऊर्जा प्रदान करते हैं। जैसे-जैसे धारा बढ़ती है, चुंबकीय क्षेत्र बढ़ता है। चित्र 1 प्रारंभ करनेवाला मॉडल दिखाता है।

चित्र 2: प्रारंभ करनेवाला पैरामीटर

तालिका 1 दिखाती है कि प्रेरकत्व (एल) की गणना कैसे करें।

तालिका 1: प्रेरण की गणना (एल)

नीचे, हम सामान्य प्रारंभ करनेवाला मापदंडों का विस्तार से वर्णन करते हैं।


2. प्रेरकत्व पैरामीटर

चुम्बकीय भेद्यता

चुंबकीय पारगम्यता किसी सामग्री की चुंबकीय प्रवाह पर प्रतिक्रिया करने की क्षमता है और यह भी इंगित करती है कि लागू विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में एक प्रारंभकर्ता के माध्यम से कितना चुंबकीय प्रवाह गुजर सकता है। तालिका 2 चुंबकीय प्रवाह घनत्व (बी) में चुंबकीय पारगम्यता की वृद्धि को दर्शाती है।

तालिका 2: परिकलित चुंबकीय प्रवाह घनत्व (बी)

जैसा कि तालिका 2 से देखा जा सकता है, चुंबकीय प्रवाह की सांद्रता चुंबकीय पारगम्यता और चुंबकीय कोर के आकार पर निर्भर करती है।

चित्र 3 बिना कोर के एक कुंडल दिखाता है।

चित्र 3: एयर कोर कॉइल

एयर-कोर कॉइल की चुंबकीय पारगम्यता एक स्थिर मान (μr वायु) है, जो लगभग 1 के बराबर है।

चित्र 4 एक चुंबकीय कोर के साथ एक प्रारंभ करनेवाला दिखाता है। बेशक, चुंबकीय कोर के साथ, चुंबकीय क्षेत्र बढ़ाया जाता है।

चित्र 4: चुंबकीय कोर के साथ प्रारंभ करनेवाला

विभिन्न कोर सामग्रियों में अलग-अलग विशिष्ट चुंबकीय पारगम्यताएं होती हैं। तालिका 3 तीन अलग-अलग कोर सामग्रियों की चुंबकीय पारगम्यता को सूचीबद्ध करती है।


तालिका 3: चुंबकीय कोर पारगम्यता


अधिष्ठापन मूल्य (एल)

प्रेरित विद्युत ऊर्जा को चुंबकीय ऊर्जा के रूप में संग्रहित करने की एक प्रारंभकर्ता की क्षमता उसके प्रेरकत्व मान से परिलक्षित होती है। जबकि स्विचिंग इनपुट वोल्टेज प्रारंभ करनेवाला को चलाता है, प्रारंभ करनेवाला को आउटपुट लोड के लिए एक निरंतर डीसी करंट प्रदान करना होगा।

तालिका 4 वर्तमान और प्रारंभ करनेवाला वोल्टेज के बीच संबंध दिखाती है। यह देखा जा सकता है कि प्रारंभ करनेवाला में वोल्टेज समय के साथ वर्तमान में परिवर्तन के समानुपाती होता है।

तालिका 4: प्रारंभ करनेवाला वोल्टेज ड्रॉप की गणना

सबसे पहले, डिज़ाइन के लिए आवश्यक इंडक्शन रेंज निर्धारित करें। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि संपूर्ण परिचालन स्थिति में इंडक्शन वैल्यू स्थिर नहीं है और आवृत्ति बढ़ने पर बदल जाएगी। इसलिए, उच्च स्विचिंग आवृत्तियों वाले अनुप्रयोगों पर विशेष विचार की आवश्यकता होती है। इंडक्टर निर्माता आमतौर पर 100kHz से 500kHz तक की आवृत्तियों पर इंडक्टरों का परीक्षण करते हैं क्योंकि अधिकांश DC/DC कन्वर्टर्स इस रेंज में काम करते हैं।


प्रतिरोध (आर)

प्रारंभ करनेवाला का वर्तमान प्रतिरोध गर्मी अपव्यय का कारण बनता है, जो दक्षता को प्रभावित करता है। कुल तांबे के नुकसान में आरडीसी नुकसान और आरएसी नुकसान शामिल हैं। आरडीसी आवृत्ति से स्वतंत्र है और हमेशा स्थिर रहता है; आरएसी आवृत्ति पर निर्भर करती है। तालिका 5 आरडीसी की गणना करने की विधि दिखाती है।

तालिका 5: तांबे के तार आरडीसी की गणना

तांबे के नुकसान को कम करने का एकमात्र तरीका तार क्षेत्र को बढ़ाना है, यानी मोटे तारों पर स्विच करना, या सपाट तारों का उपयोग करना। फ्लैट तार का उपयोग करने से वाइंडिंग विंडो का पूरी तरह से उपयोग किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप आरडीसी कम हो जाता है। तालिका 6 गोल तारों और सपाट तारों के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्रों की तुलना दिखाती है।

तालिका 6: गोलाकार और सपाट तारों के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्रों की तुलना

तालिका 7 गोल तार और सपाट तार की विशेषताओं की तुलना करती है।

तालिका 7: गोल तार और सपाट तार के बीच विशेषताओं की तुलना

प्रारंभ करनेवाला डीसी तांबे की हानि (आरडीसी) का अनुमान समीकरण (1) का उपयोग करके लगाया जा सकता है:

(पीएसी) तांबे का नुकसान पीएसी पर निर्भर करता है, जो आवृत्ति-संचालित निकटता प्रभाव और त्वचा प्रभाव के कारण होता है। आवृत्ति जितनी अधिक होगी, पीएसी तांबे की हानि उतनी ही अधिक होगी।


मूल हानि

आम तौर पर, लौहचुंबकीय सामग्री कोर इंडक्टर्स के आवश्यक चुंबकीय गुणों को पूरा कर सकती है। कोर सामग्री के आधार पर, प्रारंभ करनेवाला की सापेक्ष पारगम्यता 50 से 20,000 तक होती है।

चुंबकीय क्षेत्र लागू होने पर सामग्री की चुंबकीय डोमेन संरचना प्रतिक्रिया करती है; चुंबकीय क्षेत्र के बिना, चुंबकीय क्षणों की दिशा यादृच्छिक होती है। जब चुंबकीय ऊर्जा बदलती है, तो कोर हानि होती है। चुंबकीय डोमेन अपने चुंबकीय क्षणों को चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में उन्मुख करते हैं। जैसे-जैसे चुंबकीय डोमेन फैलते और सिकुड़ते हैं, उनमें से कुछ क्रिस्टल संरचना में फंस जाते हैं। एक बार जब अटके हुए चुंबकीय डोमेन घूमने में सक्षम हो जाते हैं, तो ऊर्जा गर्मी के रूप में नष्ट हो जाती है।


तरंग धारा (ΔIL)

रिपल करंट (ΔIL) एक स्विचिंग चक्र के दौरान करंट में होने वाला परिवर्तन है।

इंडक्टर्स अपनी चरम वर्तमान सीमा के बाहर ठीक से काम नहीं कर सकते हैं। प्रारंभ करनेवाला का तरंग प्रवाह आम तौर पर आईआरएमएस के 30% से 40% के भीतर डिज़ाइन किया गया है।

चित्र 5 प्रारंभ करनेवाला धारा के तरंगरूप को दर्शाता है।



चित्र 5: प्रारंभ करनेवाला वर्तमान तरंग


रेटेड वर्तमान (आईडीसी, आईआरएमएस)

रेटेड करंट डीसी करंट है जो प्रारंभ करनेवाला तापमान को एक निर्दिष्ट मात्रा तक बढ़ाने के लिए आवश्यक है। तापमान वृद्धि (ΔT) कोई मानक मान नहीं है, लेकिन आमतौर पर 20K और 40K के बीच होती है।

रेटेड करंट परिवेश के तापमान पर मापा जाता है। इसका मूल्य आमतौर पर प्रारंभकर्ता डेटा शीट में प्रदान किया जाता है और अंतिम एप्लिकेशन के लिए अपेक्षित वर्तमान मूल्य है। उच्च परिवेश तापमान वाले अनुप्रयोगों के लिए, डिजाइनरों को उच्च स्व-हीटिंग तापमान वाले इंडक्टर्स का चयन करना चाहिए।

चित्र 6 तापमान वृद्धि और रेटेड करंट के बीच संबंध को दर्शाता है। इस वक्र का उपयोग किसी भी तापमान वृद्धि के अनुरूप वर्तमान मान निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।


चित्र 6: प्रारंभ करनेवाला का रेटेड वर्तमान वक्र

एक एप्लिकेशन में, ऑपरेटिंग तापमान (TOP) परिवेश के तापमान (TAMB) और प्रारंभ करनेवाला के स्व-हीटिंग मान (ΔT) द्वारा निर्धारित किया जाता है। TOP का अनुमान सूत्र (2) द्वारा लगाया जा सकता है:


एक दी गई रेटेड धारा प्रारंभ करनेवाला तापमान वृद्धि का अनुमान लगाने का सबसे अच्छा तरीका है। तापमान वृद्धि सर्किट डिजाइन, पीसीबी लेआउट, अन्य घटकों से निकटता और ट्रेस आकार और मोटाई से भी प्रभावित होती है। प्रारंभ करनेवाला कोर और वाइंडिंग्स में अत्यधिक एसी हानि भी अतिरिक्त गर्मी का कारण बन सकती है।

यदि कम स्व-हीटिंग की आवश्यकता होती है, तो बड़े पैकेज आकार वाले एक प्रारंभ करनेवाला का उपयोग करने की आवश्यकता होती है।


संतृप्ति धारा (आईएसएटी)

संतृप्ति धारा रेटिंग डीसी धारा है जिसे एक प्रारंभकर्ता एक निर्दिष्ट प्रतिशत द्वारा नाममात्र अधिष्ठापन गिरने से पहले समर्थन कर सकता है।

संदर्भ प्रतिशत इंडक्शन ड्रॉप मान प्रत्येक प्रारंभकर्ता के लिए अद्वितीय है। आमतौर पर, निर्माता यह मान 20% और 35% के बीच निर्धारित करते हैं, जिससे प्रारंभ करनेवाला तुलना करना मुश्किल हो सकता है। लेकिन डेटा शीट आमतौर पर एक वक्र प्रदान करती है जो दिखाती है कि डीसी करंट के साथ इंडक्शन कैसे बदलता है। इस वक्र का उपयोग प्रेरकत्व की संपूर्ण श्रृंखला को मापने के लिए किया जा सकता है और यह डीसी करंट पर कैसे प्रतिक्रिया करता है।

डीसी संतृप्ति धारा तापमान और प्रेरक चुंबकीय सामग्री और इसकी मूल संरचना पर निर्भर करती है। विभिन्न संरचनाएं और कोर ISAT मान को प्रभावित करेंगे।

फेराइट कोर सबसे आम हैं और एक कठोर संतृप्ति वक्र की विशेषता रखते हैं (चित्र 7 देखें)। यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि प्रारंभकर्ता ड्रॉप-ऑफ़ बिंदु से आगे काम नहीं करता है; इस बिंदु से परे, प्रेरण तेजी से कम हो जाता है और कार्यक्षमता कम हो जाती है।

तापमान में परिवर्तन होने पर सिंथेटिक प्लास्टिक प्रारंभ करनेवाला में प्रेरकत्व में स्थिर कमी होती है और इसमें नरम संतृप्ति विशेषताएं होती हैं। क्योंकि इसकी संवेदनशीलता धीरे-धीरे कम हो जाती है, यह डिजाइनरों को अधिक लचीलापन और व्यापक कार्य सीमा प्रदान करती है।

चित्र 7 दो संतृप्ति वक्र दिखाता है। नीला वक्र सिंथेटिक प्लास्टिक इंडक्टर्स की नरम संतृप्ति का एक विशिष्ट उदाहरण है; लाल वक्र NiZn/MnZn ड्रम कोर इंडक्टर्स की कठोर संतृप्ति का एक विशिष्ट उदाहरण है।

चित्र 7: प्रेरक संतृप्ति धारा वक्र


छोटे प्रेरकत्व (या बड़े पैकेज आकार) वाले प्रेरक उच्च संतृप्ति धाराओं को संभाल सकते हैं।


स्व-गुंजयमान आवृत्ति और प्रतिबाधा

किसी प्रारंभकर्ता की स्व-अनुनाद आवृत्ति (fR) वह न्यूनतम आवृत्ति है जिस पर प्रारंभकर्ता अपनी स्व-समाई के साथ प्रतिध्वनित होता है। गुंजयमान आवृत्ति के नीचे, प्रतिबाधा अपने अधिकतम शिखर पर है और प्रभावी प्रेरकत्व शून्य है। चित्र 8 प्रारंभ करनेवाला का सर्किट मॉडल दिखाता है।

चित्र 8: प्रारंभ करनेवाला सर्किट मॉडल

एक प्रारंभ करनेवाला में गुंजयमान आवृत्ति (एफआर) तक प्रेरक गुण होते हैं (चित्र 9 में नीले वक्र के रूप में दिखाया गया है) क्योंकि जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, प्रतिबाधा बढ़ती है। गुंजयमान आवृत्ति पर, नकारात्मक कैपेसिटिव रिएक्शन (XC) सकारात्मक प्रेरक रिएक्शन (XL) के बराबर होता है, जिसका मान समीकरण (3) द्वारा अनुमानित किया जा सकता है:

गुंजयमान आवृत्ति से परे (चित्रा 9 में लाल वक्र के रूप में दिखाया गया है), प्रारंभ करनेवाला कम प्रतिबाधा के साथ कैपेसिटिव व्यवहार प्रदर्शित करता है। इस बिंदु से परे, प्रारंभकर्ता अपेक्षा के अनुरूप काम नहीं करेगा।

चित्र 9 इंद्रिय परिमाण और आवृत्ति के बीच संबंध को दर्शाता है।

चित्र 9: इंद्रिय मात्रा और आवृत्ति के बीच संबंध


एक लागत प्रभावी, कॉम्पैक्ट प्रारंभ करनेवाला चुनें

प्रारंभकर्ता डेटा शीट में प्रत्येक पैरामीटर के मूल अर्थ को समझकर, आप आसानी से एक पर्याप्त प्रारंभकर्ता का चयन कर सकते हैं। लेकिन यदि आप प्रत्येक पैरामीटर में छिपे विवरण को समझते हैं, तो आप अपने डीसी/डीसी कनवर्टर एप्लिकेशन के लिए इष्टतम प्रारंभकर्ता का चयन कर सकते हैं और विभिन्न परिस्थितियों में सिस्टम प्रदर्शन की भविष्यवाणी कर सकते हैं।


3.निष्कर्ष

विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए बाजार में कई प्रकार के इंडक्टर्स हैं, और सबसे उपयुक्त इंडक्टर्स को चुनना कोई आसान काम नहीं है। उदाहरण के लिए, बड़े इंडक्टर्स डीसी नुकसान को कम करते हैं और दक्षता बढ़ाते हैं, लेकिन वे शारीरिक रूप से बड़े होते हैं और अधिक गर्म होते हैं। कोई भी प्रारंभकर्ता पूर्ण नहीं होता है, और प्रत्येक प्रारंभकर्ता के मापदंडों और विभिन्न मापदंडों के बीच संबंध को समझना महत्वपूर्ण है ताकि डिजाइनरों को यह निर्धारित करने में मदद मिल सके कि कोई प्रारंभकर्ता किसी विशिष्ट डीसी/डीसी अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त है या नहीं।

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