स्विच-मोड रेगुलेटर का कार्यप्रणाली

स्विच-मोड रेगुलेटर उच्च दक्षता वाले वोल्टेज रेगुलेटर हैं जो स्विच तत्व (जैसे MOSFETs) को तेजी से स्विच करके धारा को नियंत्रित करते हैं और ऊर्जा संचय घटक (जैसे इंडक्टर या कैपेसिटर) के माध्यम से वोल्टेज नियंत्रण प्राप्त करते हैं। इनके कामकाज और महत्वपूर्ण घटकों की व्याख्या इस प्रकार है:

1. स्विच तत्व नियंत्रण

स्विचिंग रेगुलेटर का कोर स्विच तत्व है जो लगातार ON और OFF अवस्था के बीच स्विच होता है। जब स्विच तत्व ON अवस्था में होता है, तो इनपुट वोल्टेज स्विच तत्व के माध्यम से इंडक्टर में ट्रांसफ़र होता है; जब स्विच तत्व OFF अवस्था में होता है, तो इंडक्टर में धारा आउटपुट एंड पर डायोड (या सिंक्रोनस रेक्टिफायर) के माध्यम से लगातार बहने को मजबूर होती है।

2. इंडक्टर और कैपेसिटर की भूमिका

• इंडक्टर: यह एक संचय घटक है, जो स्विच तत्व चालू होने पर ऊर्जा संचित करता है और स्विच तत्व बंद होने पर ऊर्जा रिलीज़ करता है।

• कैपेसिटर: आउटपुट पर समानांतर जोड़ा जाता है ताकि आउटपुट वोल्टेज को नरम किया जा सके और इंडक्टर के धारा विच्छेदन से उत्पन्न रिपल को कम किया जा सके।

3. पल्स विस्तार मॉडुलेशन (PWM) नियंत्रण

PWM स्विचिंग तत्वों के चालू और बंद होने के समय के अनुपात को नियंत्रित करने की एक विधि है। PWM सिग्नल के ड्यूटी साइकिल (अर्थात, चालू समय का अवधि समय के साथ अनुपात) को समायोजित करके, इंडक्टर द्वारा ऊर्जा को संचित और रिलीज़ करने की दर को नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे आउटपुट वोल्टेज की गुणवत्ता को नियंत्रित किया जा सकता है।

4. प्रतिक्रिया लूप

आउटपुट वोल्टेज की स्थिरता बनाए रखने के लिए, बक टाइप स्विचिंग रेगुलेटरों में आमतौर पर एक प्रतिक्रिया लूप शामिल होता है। यह लूप आउटपुट वोल्टेज को मानक वोल्टेज के साथ तुलना करता है। यदि आउटपुट वोल्टेज सेट मान से विचलित होता है, तो प्रतिक्रिया लूप PWM सिग्नल के ड्यूटी साइकिल को समायोजित करके इंडक्टर के ऊर्जा स्थानांतरण को बढ़ाने या घटाने के लिए नियंत्रित करता है, जिससे आउटपुट वोल्टेज की स्थिरता बनी रहती है।

5. कार्य तरीका

• सतत चालन मोड (CCM): भारी लोड की स्थिति में, इंडक्टर में धारा पूरे स्विचिंग चक्र के दौरान कभी शून्य नहीं गिरती है।

• असतत चालन मोड (DCM): या बरस्ट मोड: हल्के लोड या कोई लोड की स्थिति में, रेगुलेटर इन मोडों में प्रवेश कर सकता है ताकि दक्षता में सुधार किया जा सके और आराम से शक्ति उपभोग कम किया जा सके।

6. दक्षता और ताप प्रबंधन

चूंकि स्विचिंग तत्व की स्विचिंग कार्रवाई कुछ नुकसान पैदा करती है, इसलिए स्विचिंग रेगुलेटर की दक्षता 100% नहीं होती। हालांकि, उच्च दक्षता वाले डिजाइन उच्च दक्षता वाले स्विचिंग तत्वों के चयन, स्विचिंग नुकसान और चालन नुकसान को कम करके प्राप्त किये जा सकते हैं। साथ ही, उचित ताप प्रबंधन उपाय (जैसे हीट सिंक) भी आवश्यक हैं ताकि अतिताप से बचा जा सके और रेगुलेटर की विश्वसनीयता बनी रहे।

सारांश

स्विच-मोड रेगुलेटर उपरोक्त मेकेनिज़्म के माध्यम से दक्ष और स्थिर वोल्टेज नियंत्रण प्राप्त करते हैं, और ये विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे कंप्यूटर, मोबाइल फोन, टीवी आदि में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, जिससे ये उपकरण विभिन्न इनपुट वोल्टेज स्थितियों में सामान्य रूप से काम कर सकते हैं।