Linear Regulator, Switching Regulator এবং Series Regulator এর মধ্যে পার্থক্য
১. লিনিয়ার রেগুলেটর বনাম সুইচিং রেগুলেটর
একটি লিনিয়ার রেগুলেটরের আউটপুট ভোল্টেজের চেয়ে উচ্চতর ইনপুট ভোল্টেজের প্রয়োজন হয়। এটি ড্রপআউট ভোল্টেজ নামে পরিচিত ইনপুট এবং আউটপুট ভোল্টেজের মধ্যে পার্থক্যটি তার অভ্যন্তরীণ রেগুলেটিং উপাদান (যেমন একটি ট্রানজিস্টর) এর ইম্পিড্যান্স পরিবর্তন করে নিয়ন্ত্রণ করে।
একটি লিনিয়ার রেগুলেটরকে একটি নির্ভুল "ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ বিশেষজ্ঞ" হিসাবে ভাবুন। অতিরিক্ত ইনপুট ভোল্টেজের মুখোমুখি হয়ে, এটি কাঙ্ক্ষিত আউটপুট লেভেলের চেয়ে বেশি অংশটি "কেটে ফেলা" হিসাবে "কর্ম" করে, আউটপুট ভোল্টেজ স্থির রাখা নিশ্চিত করে। যে অতিরিক্ত ভোল্টেজটি "কেটে ফেলা হয়" তা শেষ পর্যন্ত তাপ হিসাবে বিকিরণ হয়, একটি স্থিতিশীল আউটপুট বজায় রাখে।
সার্কিট কনফিগারেশনের দিক থেকে, একটি সাধারণ সিরিজ লিনিয়ার রেগুলেটর একটি ত্রুটি প্রবর্ধক, একটি রেফারেন্স ভোল্টেজ উৎস এবং একটি পাস ট্রানজিস্টর ব্যবহার করে একটি বদ্ধ-লুপ ফিডব্যাক সিস্টেম গঠন করে যা আউটপুট ভোল্টেজকে বাস্তব সময়ে অবিরত নজরদারি এবং সংশোধন করে।
লিনিয়ার রেগুলেটরগুলি মূলত তিন-টার্মিনাল রেগুলেটর এবং LDO (লো ড্রপআউট) রেগুলেটর অন্তর্ভুক্ত করে। পূর্বটি একটি ঐতিহ্যগত আর্কিটেকচার ব্যবহার করে যার জন্য আপেক্ষিকভাবে বড় ইনপুট-থেকে-আউটপুট ভোল্টেজ পার্থক্যের প্রয়োজন হয় (সাধারণত ≥2 V), যা নিম্ন দক্ষতা দেয়, এবং মধ্যম থেকে উচ্চ ক্ষমতা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত। তুলনামূলকভাবে, LDO রেগুলেটরগুলি ন্যূনতম ড্রপআউট ভোল্টেজের জন্য অপ্টিমাইজ করা হয় (যতটা কম 0.1 V), যা ইনপুট এবং আউটপুট ভোল্টেজ কাছাকাছি থাকার পরিস্থিতিতে—যেমন ব্যাটারি-চালিত ডিভাইসগুলিতে—আদর্শ করে তোলে, যদিও যত্নসহকারে তাপীয় ডিজাইনের প্রয়োজন হয়।
চিত্র 1 লিনিয়ার এবং সুইচিং রেগুলেটরের কার্যপ্রণালী দেখায়।
অন্যদিকে, সুইচিং রেগুলেটরগুলি শক্তি সুইচগুলির (যেমন, MOSFET) পরিচালন এবং বন্ধ সময়কে নিয়ন্ত্রণ করে শক্তি স্থানান্তরের ডিউটি চক্র সামঞ্জস্য করে। ইন্ডাক্টর এবং ক্যাপাসিটর দ্বারা শক্তি সঞ্চয় এবং ফিল্টারিংয়ের মাধ্যমে ইনপুট ভোল্টেজকে তারপর একটি স্থিতিশীল গড় আউটপুট ভোল্টেজে রূপান্তরিত করা হয়।
তাদের মূল বৈশিষ্ট্য হল "ছোট ছোট করে কাটার ধরনের" নিয়ন্ত্রণ: ইনপুট ভোল্টেজকে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে ছোট ছোট করে কাটা হয়, এবং সুইচ ডিউটি চক্র সামঞ্জস্য করে আউটপুটে স্থানান্তরিত শক্তি নিয়ন্ত্রণ করা হয়। এই পদ্ধতিটি লিনিয়ার রেগুলেটরের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চ দক্ষতা অর্জন করে।
সুইচিং রেগুলেটরের সাধারণ টপোলজির মধ্যে বাক (স্টেপ-ডাউন), বুস্ট (স্টেপ-আপ), এবং অন্যান্য অন্তর্ভুক্ত রয়েছে, যা প্রশস্ত ইনপুট ভোল্টেজ পরিসরকে সমর্থন করে এবং উচ্চ ক্ষমতা অ্যাপ্লিকেশন বা উল্লেখযোগ্য ইনপুট ভোল্টেজ পরিবর্তন সহ পরিবেশের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।
চিত্র 2 লিনিয়ার এবং সুইচিং রেগুলেটরের মধ্যে একটি তুলনা প্রদান করে। আপনি আপনার নির্দিষ্ট প্রয়োজনের ভিত্তিতে উপযুক্ত ধরনটি নির্বাচন করতে পারেন: নিম্ন শব্দ এবং সার্কিট সরলতা অগ্রাধিকার হলে একটি লিনিয়ার রেগুলেটর নির্বাচন করুন; উচ্চ দক্ষতা এবং উচ্চ ক্ষমতা সরবরাহের প্রয়োজন হলে একটি সুইচিং রেগুলেটর বেছে নিন।
| বৈশিষ্ট্য | লিনিয়ার রেগুলেটর | সুইচিং রেগুলেটর |
| দক্ষতা | নিম্ন (ভোল্টেজ পার্থক্য বড় হলে ক্ষতি বেশি) | উচ্চ (80%-95%) |
| তাপ অপসারণের প্রয়োজন | হিট সিঙ্ক প্রয়োজন (তাপ সরাসরি অপসারিত হয়) | নিম্ন (সুইচিং ক্ষতির কারণে পরোক্ষভাবে তাপ উৎপন্ন হয়) |
| শব্দ | পরিষ্কার আউটপুট, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ঢেউ নেই | সুইচিং শব্দ রয়েছে, ফিল্টার অপ্টিমাইজেশন প্রয়োজন |
| প্রয়োগের পরিস্থিতি | কম ক্ষমতা, উচ্চ নির্ভুলতা বিদ্যুৎ সরবরাহ (যেমন: সেন্সর) | উচ্চ ক্ষমতা, প্রশস্ত ভোল্টেজ ইনপুট (যেমন: পাওয়ার মডিউল) |
২. সিরিজ ভোল্টেজ রিগুলেটর
একটি সিরিজ ভোল্টেজ রিগুলেটর পাওয়ার সোর্স এবং লোডের মাঝে অবস্থিত হয়, যা একটি নির্দিষ্ট "ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ রক্ষক" হিসাবে কাজ করে। এর কাজের নীতি হল ইনপুট ভোল্টেজ বা আউটপুট কারেন্টের পরিবর্তনের প্রতিক্রিয়ায় একটি চলমান রেসিস্টরের রোধ ডায়নামিকভাবে সম্পর্কিত করা, ফলে আউটপুট ভোল্টেজ একটি স্থিতিশীল, পূর্বনির্ধারিত মানে রাখা হয়।
আধুনিক ইলেকট্রনিক প্রযুক্তিতে, সিরিজ রিগুলেটর আইসি-গুলি যেমন MOSFETs বা বাইপোলার জাঙ্কশন ট্রানজিস্টর (BJTs) এর মতো সক্রিয় ডিভাইস ব্যবহার করে ঐতিহ্যগত চলমান রেসিস্টরের স্থান নেয়, যার ফলে রিগুলেটরের পারফরম্যান্স এবং বিশ্বসনীয়তা বেশি হয়।
একটি সিরিজ ভোল্টেজ রিগুলেটরের সার্কিট কনফিগারেশন নির্ভুল এবং সুসংগঠিত, যা প্রধানত নিম্নলিখিত চারটি কোর উপাদান দ্বারা গঠিত:
● আউটপুট ট্রানজিস্টর: এটি রিগুলেটরের ইনপুট এবং আউটপুট পিনের মধ্যে সিরিজে সংযুক্ত থাকে, যা উপস্থিত পাওয়ার সোর্স এবং নিম্নস্তরের লোডের মধ্যে একটি সেতুর মতো কাজ করে। যখন ইনপুট ভোল্টেজ বা আউটপুট কারেন্টে পরিবর্তন ঘটে, তখন ত্রুটি আম্প্লিফায়ারের সিগন্যাল এই ট্রানজিস্টরের গেট ভোল্টেজ (MOSFETs এর জন্য) বা বেস কারেন্ট (BJTs এর জন্য) নিয়ন্ত্রণ করে।
● রেফারেন্স ভোল্টেজ সোর্স: ত্রুটি আম্প্লিফায়ারের জন্য একটি স্থিতিশীল বেন্চমার্ক হিসাবে কাজ করে, রেফারেন্স ভোল্টেজ সোর্স একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। ত্রুটি আম্প্লিফায়ার এই নির্দিষ্ট রেফারেন্স ব্যবহার করে আউটপুট ট্রানজিস্টরের গেট বা বেস নিয়ন্ত্রণ করে, ফলে একটি স্থিতিশীল আউটপুট ভোল্টেজ নিশ্চিত করা হয়।
● ফিডব্যাক রেসিস্টর: এই রেসিস্টরগুলি আউটপুট ভোল্টেজকে বিভাজন করে একটি ফিডব্যাক ভোল্টেজ তৈরি করে। ত্রুটি আম্প্লিফায়ার এই ফিডব্যাক ভোল্টেজ কে রেফারেন্স ভোল্টেজের সাথে তুলনা করে নিখুঁত আউটপুট নিয়ন্ত্রণ অর্জন করে। দুইটি ফিডব্যাক রেসিস্টর VOUT এবং GND পিনের মধ্যে সিরিজে সংযুক্ত থাকে, এবং তাদের মধ্যবর্তী ভোল্টেজ ত্রুটি আম্প্লিফায়ারে ফিড করা হয়।
● ত্রুটি আম্প্লিফায়ার: সিরিজ রিগুলেটরের "চিন্তাশীল মস্তিষ্ক" হিসাবে কাজ করে, ত্রুটি আম্প্লিফায়ার ফিডব্যাক ভোল্টেজ (অর্থাৎ, ফিডব্যাক রেসিস্টর ডিভাইডারের মধ্যবর্তী ভোল্টেজ) কে রেফারেন্স ভোল্টেজের সাথে সতর্কভাবে তুলনা করে। যদি ফিডব্যাক ভোল্টেজ রেফারেন্স ভোল্টেজের চেয়ে কম হয়, তবে ত্রুটি আম্প্লিফায়ার MOSFET-এর ড্রাইভ স্ট্রেঞ্জথ বৃদ্ধি করে, তার ড্রেইন-সোর্স ভোল্টেজ কমিয়ে আউটপুট ভোল্টেজ বাড়ায়। বিপরীতভাবে, যদি ফিডব্যাক ভোল্টেজ রেফারেন্স ভোল্টেজের চেয়ে বেশি হয়, তবে আম্প্লিফায়ার MOSFET-এর ড্রাইভ স্ট্রেঞ্জথ হ্রাস করে, ড্রেইন-সোর্স ভোল্টেজ বাড়িয়ে আউটপুট ভোল্টেজ কমিয়ে দেয়।
এই নিবন্ধে, আমরা বিভিন্ন ধরনের ভোল্টেজ রিগুলেটরের কাজের নীতি, ফাংশন এবং সার্কিট কনফিগারেশন সম্পর্কে আরও গভীরভাবে অনুসন্ধান করেছি। পরবর্তী পর্বে, আমরা লিনিয়ার রিগুলেটরের ডাইনামিক নিয়ন্ত্রণ মেকানিজম ব্যাখ্যা করব এবং তিন-পিন রিগুলেটর এবং LDO (Low Dropout) রিগুলেটরের মধ্যে পার্থক্য পরিষ্কার করব।
