लिनियर रेगुलेटर्स, स्विचिंग रेगुलेटर्स और सीरीज़ रेगुलेटर्स के बीच के अंतर
1. लिनियर रेगुलेटर्स विरुद्ध स्विचिंग रेगुलेटर्स
एक लिनियर रेगुलेटर को अपने आउटपुट वोल्टेज से अधिक इनपुट वोल्टेज की आवश्यकता होती है। यह इनपुट और आउटपुट वोल्टेज के बीच के अंतर—जिसे ड्रॉपआउट वोल्टेज कहा जाता है—को अपने आंतरिक रेगुलेटिंग एलिमेंट (जैसे एक ट्रांजिस्टर) की इम्पीडेंस बदलकर संभालता है।
एक लिनियर रेगुलेटर को एक सटीक "वोल्टेज नियंत्रण विशेषज्ञ" के रूप में सोचें। जब अतिरिक्त इनपुट वोल्टेज का सामना करना पड़ता है, तो यह निर्णयपूर्वक "कार्रवाई" करता है द्वारा "काट देता है" वह भाग जो आवश्यक आउटपुट स्तर से अधिक होता है, इससे आउटपुट वोल्टेज स्थिर रहता है। वह अतिरिक्त वोल्टेज जो "काट दिया जाता है" अंततः गर्मी के रूप में छिन्न हो जाता है, स्थिर आउटपुट बनाए रखता है।
सर्किट विन्यास के संदर्भ में, एक टिप्पणीय श्रृंखला लिनियर रेगुलेटर एक त्रुटि एम्प्लिफायर, एक संदर्भ वोल्टेज स्रोत, और एक पास ट्रांजिस्टर का उपयोग करके एक बंद लूप फीडबैक सिस्टम बनाता है जो निरंतर आउटपुट वोल्टेज को वास्तविक समय में मॉनिटर और संशोधित करता है।
लिनियर रेगुलेटर मुख्य रूप से तीन-अंत रेगुलेटर और एलडीओ (लो ड्रॉपआउट) रेगुलेटर शामिल हैं। पूर्व एक पारंपरिक वास्तुकला का उपयोग करता है जिसकी आवश्यकता एक अपेक्षाकृत बड़ा इनपुट-से-आउटपुट वोल्टेज अंतर (आमतौर पर ≥2 V) होता है, जिससे कम दक्षता होती है, और यह मध्यम-से-उच्च शक्ति एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त है। इसके विपरीत, एलडीओ रेगुलेटर न्यूनतम ड्रॉपआउट वोल्टेज (कम से कम 0.1 V) के लिए अनुकूलित हैं, जिससे वे ऐसे परिदृश्यों में आदर्श होते हैं जहाँ इनपुट और आउटपुट वोल्टेज निकट होते हैं—जैसे बैटरी-चालित डिवाइस—हालांकि गर्मी डिजाइन पर ध्यान देना आवश्यक है।
आकृति 1 लिनियर और स्विचिंग रेगुलेटर के संचालन सिद्धांतों को दर्शाती है।
दूसरी ओर, स्विचिंग रेगुलेटर, शक्ति स्विच (जैसे, MOSFETs) के चालन और बंद होने के समय को नियंत्रित करके ऊर्जा स्थानांतरण के ड्यूटी साइकिल को समायोजित करते हैं। इनपुट वोल्टेज तब इंडक्टर और कैपेसिटर द्वारा ऊर्जा संचय और फिल्टरिंग के माध्यम से एक स्थिर औसत आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित हो जाता है।
उनकी मुख्य विशेषता "चोपर-स्टाइल" नियंत्रण है: इनपुट वोल्टेज को उच्च आवृत्ति पर काटा जाता है, और आउटपुट पर दी गई ऊर्जा को स्विच ड्यूटी साइकिल को समायोजित करके नियंत्रित किया जाता है। यह दृष्टिकोण लिनियर रेगुलेटर की तुलना में बहुत अधिक दक्षता प्राप्त करता है।
स्विचिंग रेगुलेटर की सामान्य टोपोलॉजियों में बक (स्टेप-डाउन), बूस्ट (स्टेप-अप), और अन्य शामिल हैं, जो व्यापक इनपुट वोल्टेज रेंज का समर्थन करते हैं और उन्हें उच्च शक्ति एप्लिकेशन या ऐसे परिवेशों में उपयुक्त बनाते हैं जहाँ इनपुट वोल्टेज में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव होता है।
आकृति 2 लिनियर और स्विचिंग रेगुलेटर की तुलना प्रदान करती है। आप अपनी विशिष्ट आवश्यकताओं के आधार पर उपयुक्त प्रकार का चयन कर सकते हैं: कम शोर और सर्किट की सरलता के प्राथमिकता होने पर एक लिनियर रेगुलेटर चुनें; उच्च दक्षता और उच्च शक्ति देने की आवश्यकता होने पर एक स्विचिंग रेगुलेटर चुनें।
| विशेषताएँ | रैखिक वोल्टेज नियंत्रक | स्विचिंग वोल्टेज नियंत्रक |
| कार्यक्षमता | कम (जब वोल्टेज का अंतर बड़ा होता है तो नुकसान अधिक होता है) | उच्च (80%-95%) |
| ताप उत्सर्जन की आवश्यकता | हीट सिंक की आवश्यकता (ताप प्रत्यक्ष रूप से उत्सर्जित होता है) | कम (स्विचिंग नुकसान से ताप अप्रत्यक्ष रूप से उत्पन्न होता है) |
| शोर | शुद्ध आउटपुट, कोई उच्च-आवृत्ति का झटका नहीं | स्विचिंग शोर मौजूद, फिल्टर ऑप्टिमाइज़ेशन की आवश्यकता होती है |
| अनुप्रयोग की स्थितियाँ | कम-शक्ति, उच्च-परिशुद्धता वाली विद्युत आपूर्ति (जैसे, सेंसर) | उच्च-शक्ति, व्यापक-वोल्टेज इनपुट (जैसे, पावर मॉड्यूल) |
श्रृंखला वोल्टेज रेगुलेटर
एक श्रृंखला वोल्टेज रेगुलेटर विद्युत स्रोत और लोड के बीच स्थित होता है, जो एक सटीक "वोल्टेज नियंत्रण रक्षक" की तरह काम करता है। इसका कार्यप्रक्रिया में इनपुट वोल्टेज या आउटपुट करंट में परिवर्तन के प्रतिक्रिया में एक चर रिसिस्टर के प्रतिरोध को गतिविधिपूर्ण रूप से समायोजित करना शामिल है, जिससे आउटपुट वोल्टेज को स्थिर, पूर्वनिर्धारित मान पर रखा जाता है।
आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी में, श्रृंखला रेगुलेटर ICs ऐसे सक्रिय उपकरणों - जैसे MOSFETs या द्विध्रुवीय जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJTs) - का उपयोग करते हैं, जो पारंपरिक चर रिसिस्टरों को सुंदर रूप से प्रतिस्थापित करते हैं, जिससे रेगुलेटर की प्रदर्शन और विश्वसनीयता में बहुत बढ़ोतरी होती है।
श्रृंखला वोल्टेज रेगुलेटर की सर्किट व्यवस्था सटीक और अच्छी तरह से संरचित होती है, जो मुख्य रूप से निम्नलिखित चार मुख्य घटकों से बनी होती है:
● आउटपुट ट्रांजिस्टर: यह रेगुलेटर के इनपुट और आउटपुट पिनों के बीच श्रृंखला में जुड़ा होता है, जो ऊपरी विद्युत स्रोत और निचली लोड के बीच एक पुल की तरह काम करता है। जब इनपुट वोल्टेज या आउटपुट करंट में लहराहट होती है, तो त्रुटि एंप्लिफायर से आने वाला सिग्नल इस ट्रांजिस्टर के गेट वोल्टेज (MOSFETs के लिए) या बेस करंट (BJTs के लिए) को सटीक रूप से नियंत्रित करता है।
● संदर्भ वोल्टेज स्रोत: यह त्रुटि एंप्लिफायर के लिए स्थिर बेंचमार्क का काम करता है, जो एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। त्रुटि एंप्लिफायर इस निश्चित संदर्भ पर निर्भर करके आउटपुट ट्रांजिस्टर के गेट या बेस को सटीक रूप से नियंत्रित करता है, जिससे स्थिर आउटपुट वोल्टेज की गारंटी होती है।
● प्रतिक्रिया रिसिस्टर: ये रिसिस्टर आउटपुट वोल्टेज को विभाजित करके एक प्रतिक्रिया वोल्टेज उत्पन्न करते हैं। त्रुटि एंप्लिफायर इस प्रतिक्रिया वोल्टेज को संदर्भ वोल्टेज से तुलना करके सटीक आउटपुट नियंत्रण प्राप्त करता है। दो प्रतिक्रिया रिसिस्टर VOUT और GND पिनों के बीच श्रृंखला में जुड़े होते हैं, और उनके मध्य बिंदु पर वोल्टेज त्रुटि एंप्लिफायर में डाला जाता है।
● त्रुटि एंप्लिफायर: श्रृंखला रेगुलेटर का "बुद्धिमान मस्तिष्क" के रूप में कार्य करता है, त्रुटि एंप्लिफायर ध्यानपूर्वक प्रतिक्रिया वोल्टेज (अर्थात प्रतिक्रिया रिसिस्टर विभाजक के मध्य बिंदु पर वोल्टेज) को संदर्भ वोल्टेज से तुलना करता है। यदि प्रतिक्रिया वोल्टेज संदर्भ वोल्टेज से कम हो जाता है, तो त्रुटि एंप्लिफायर MOSFET के ड्राइव स्ट्रेंथ को बढ़ा देता है, जिससे इसका ड्रेन-सोर्स वोल्टेज घट जाता है और आउटपुट वोल्टेज बढ़ जाता है। विपरीत रूप से, यदि प्रतिक्रिया वोल्टेज संदर्भ वोल्टेज से अधिक हो जाता है, तो एंप्लिफायर MOSFET के ड्राइव स्ट्रेंथ को कम कर देता है, जिससे ड्रेन-सोर्स वोल्टेज बढ़ जाता है और आउटपुट वोल्टेज घट जाता है।
इस लेख में, हमने कई प्रकार के वोल्टेज रेगुलेटरों के कार्यप्रक्रिया, कार्य और सर्किट व्यवस्था को आगे बढ़ाकर अध्ययन किया है। अगले भाग में, हम लिनियर रेगुलेटरों के गतिविधि नियंत्रण तंत्र की व्याख्या करेंगे और तीन-टर्मिनल रेगुलेटरों और LDO (Low Dropout) रेगुलेटरों के बीच के अंतर को स्पष्ट करेंगे।
