वोल्टेज बूस्ट सर्किट में स्टोरेज कैपेसिटर्स की आवश्यकता क्यों होती है?

बूस्ट कन्वर्टर में ऊर्जा संचय कैपासिटर की आवश्यकता क्यों होती है

एक बूस्ट कन्वर्टर (स्टेप-अप कन्वर्टर) में, ऊर्जा संचय कैपासिटर (जिन्हें अक्सर आउटपुट कैपासिटर के रूप में जाना जाता है) एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उनका प्राथमिक कार्य आउटपुट वोल्टेज को चिकना करना है, जिससे लोड को एक स्थिर और निरंतर विद्युत आपूर्ति मिल सके। नीचे बूस्ट कन्वर्टर में ऊर्जा संचय कैपासिटर की आवश्यकता का विस्तृत विश्लेषण दिया गया है:

1. आउटपुट वोल्टेज को चिकना करना

बूस्ट कन्वर्टर का कार्य सिद्धांत एक स्विचिंग डिवाइस (जैसे MOSFET या BJT) को चक्रवाती रूप से ऑन और ऑफ़ करके वोल्टेज स्टेप-अप प्राप्त करने में शामिल है। विशेष रूप से:

जब स्विच ऑन होता है, तो धारा इंडक्टर के माध्यम से प्रवाहित होती है, जो ऊर्जा संचित करता है।

जब स्विच ऑफ़ होता है, तो इंडक्टर संचित ऊर्जा को रिलीज़ करता है, जो इनपुट वोल्टेज में जोड़कर लोड को एक उच्च आउटपुट वोल्टेज प्रदान करता है।

चक्रवाती स्विचिंग कार्य के कारण, आउटपुट वोल्टेज घटने-बढ़ने का सामना कर सकता है। ऊर्जा संचय कैपासिटर के बिना, प्रत्येक स्विचिंग चक्र के दौरान आउटपुट वोल्टेज में महत्वपूर्ण परिवर्तन हो सकता है, जिससे लोड पर अस्थिर वोल्टेज हो सकता है। ऊर्जा संचय कैपासिटर स्विच-ऑफ़ अवधि के दौरान ऊर्जा संचित करता है और स्विच-ऑन अवधि के दौरान उसे रिलीज़ करता है, जिससे आउटपुट वोल्टेज चिकना होता है और लोड को एक स्थिर वोल्टेज प्रदान करता है।

2. लोड धारा को बनाए रखना

स्विच-ऑन अवधि के दौरान, इंडक्टर ऊर्जा संचित करता है, और कैपासिटर लोड को धारा प्रदान करता है। स्विच-ऑफ़ अवधि के दौरान, इंडक्टर अपनी संचित ऊर्जा रिलीज़ करता है, और कैपासिटर चार्ज होता है। ऊर्जा संचय कैपासिटर इन दो चरणों के बीच एक बफर की तरह कार्य करता है, जिससे लोड धारा नहीं रुकती।

• स्विच-ऑन अवधि: कैपासिटर डिस्चार्ज होता है, लोड को धारा प्रदान करता है।

• स्विच-ऑफ़ अवधि: कैपासिटर चार्ज होता है, इंडक्टर द्वारा रिलीज़ की गई ऊर्जा को अवशोषित करता है।

यह एल्टरनेटिंग चार्ज-डिस्चार्ज प्रक्रिया सुनिश्चित करती है कि लोड को हमेशा एक निरंतर धारा सप्लाई मिलती रहे, जिससे स्विचिंग कार्य के कारण होने वाले अवरोध रोके जा सकें।

3. उच्च-आवृत्ति रिपल को फिल्टर करना

आउटपुट वोल्टेज को चिकना करने के अलावा, ऊर्जा संचय कैपासिटर उच्च-आवृत्ति रिपल को भी फिल्टर करता है। उच्च स्विचिंग आवृत्ति (आमतौर पर दहाई से सैकड़ों kHz) के कारण, आउटपुट वोल्टेज में उच्च-आवृत्ति घटक (यानी रिपल) हो सकते हैं। यदि ये उच्च-आवृत्ति घटक फिल्टर नहीं किए जाते, तो वे लोड से जुड़े संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर नकारात्मक प्रभाव डाल सकते हैं।

ऊर्जा संचय कैपासिटर की कम इम्पीडेंस विशेषताओं के कारण यह उच्च-आवृत्ति रिपल को प्रभावी रूप से फिल्टर करता है, जिससे आउटपुट वोल्टेज साफ और स्थिर रहता है।

4. सिस्टम दक्षता में सुधार

ऊर्जा संचय कैपासिटर की उपस्थिति आउटपुट वोल्टेज में झुकाव को कम करने में मदद करती है, जिससे आगामी वोल्टेज रेगुलेशन सर्किटों पर बोझ कम होता है। यदि आउटपुट वोल्टेज में महत्वपूर्ण झुकाव होता है, तो वोल्टेज रेगुलेशन सर्किट निरंतर विद्युत आपूर्ति को स्थिर रखने के लिए अक्सर समायोजित करने की आवश्यकता होती है, जिससे विद्युत खपत बढ़ती है और सिस्टम की कुल दक्षता कम हो जाती है। ऊर्जा संचय कैपासिटर का उपयोग करके, ये वोल्टेज झुकाव कम किए जा सकते हैं, जिससे सिस्टम की कुल दक्षता में सुधार होता है।

5. ट्रांजिएंट प्रतिक्रिया का संभालना

जब लोड में अचानक बदलाव होता है (जैसे, लोड में अचानक वृद्धि या कमी), तो ऊर्जा संचय कैपासिटर अतिरिक्त ऊर्जा प्रदान करके या अतिरिक्त ऊर्जा को अवशोषित करके तेजी से प्रतिक्रिया देता है, जिससे आउटपुट वोल्टेज में बड़े झुकाव से बचा जा सकता है। यह ट्रांजिएंट प्रतिक्रिया क्षमता आउटपुट वोल्टेज की स्थिरता को बनाए रखने के लिए आवश्यक है।

सारांश

एक बूस्ट कन्वर्टर में, ऊर्जा संचय कैपासिटर की मुख्य भूमिकाएँ निम्नलिखित हैं:

• आउटपुट वोल्टेज को चिकना करना: स्विचिंग चक्रों के कारण होने वाले वोल्टेज झुकाव को दूर करना।

• लोड धारा को बनाए रखना: स्विचिंग चक्रों के दौरान लोड को एक स्थिर धारा सप्लाई देना।

• उच्च-आवृत्ति रिपल को फिल्टर करना: आउटपुट वोल्टेज में उच्च-आवृत्ति शोर को कम करना।

• सिस्टम दक्षता में सुधार: वोल्टेज रेगुलेशन सर्किटों पर बोझ को कम करना और कुल दक्षता में सुधार करना।

• ट्रांजिएंट प्रतिक्रिया का संभालना: लोड में बदलाव के लिए तेजी से प्रतिक्रिया देकर आउटपुट वोल्टेज को स्थिर रखना।

इसलिए, ऊर्जा संचय कैपासिटर एक बूस्ट कन्वर्टर में एक अनिवार्य घटक है, जो आउटपुट वोल्टेज की स्थिरता और विश्वसनीयता को सुनिश्चित करता है।