Linear Regulators, Switching Regulators र Series Regulators को बीचको फरक
१. लिनियर रेगुलेटर बनाम स्विचिङ रेगुलेटर
लिनियर रेगुलेटरको लागि इनपुट वोल्टेज आउटपुट वोल्टेजभन्दा उच्च हुनुपर्छ। यसले इनपुट र आउटपुट वोल्टेजबीचको अन्तर—जसलाई ड्राउपआउट वोल्टेज भनिन्छ—अन्तर्निहित रेगुलेटिङ एलिमेन्ट (जस्तै ट्रान्झिस्टर) को इम्पिडेन्स बदल्दै खण्डन गर्छ।
लिनियर रेगुलेटरलाई प्रतिष्ठित "वोल्टेज नियन्त्रण विशेषज्ञ" मान्न सकिन्छ। जब इनपुट वोल्टेज अत्यधिक हुन्छ भने, यो निश्चित रूपमा "कार्य" गर्दछ र अपेक्षित आउटपुट स्तर भन्दा अधिक भएको भागलाई "काट्दछ," जसले आउटपुट वोल्टेजलाई स्थिर राख्छ। "काटिएको" अतिरिक्त वोल्टेज अन्तमा ताप रूपमा उत्सर्जित हुन्छ, स्थिर आउटपुट बनाए राख्दछ।
सर्किट रचनाको दृष्टिकोणबाट, एक सामान्य श्रृंखला लिनियर रेगुलेटरले त्रुटि एम्प्लिफायर, रेफरेन्स वोल्टेज स्रोत, र पास ट्रान्झिस्टर लाई एक बन्दफल्दीय प्रतिक्रिया प्रणालीमा प्रयोग गर्छ जसले लगातार आउटपुट वोल्टेजलाई निगर्ने र सही गर्ने राख्छ।
लिनियर रेगुलेटर मुख्यतया तीन-टर्मिनल रेगुलेटर र एलडीओ (लो ड्राउपआउट) रेगुलेटर भन्दा गरिन्छ। यद्यपि पूर्वोक्तले पारम्परिक रचनाको प्रयोग गर्छ जसलाई धेरै इनपुट-आउटपुट वोल्टेज अन्तर (सामान्यतया ≥2 V) आवश्यक छ, जसले उच्च शक्ति अनुप्रयोगहरूको लागि योग्य छ। तर एलडीओ रेगुलेटरहरू न्यूनतम ड्राउपआउट वोल्टेज (न्यूनतम 0.1 V) लाई अनुकूलित गरिएका छन्, जसले बैटरी-प्रचालित उपकरणहरू जस्ता इनपुट र आउटपुट वोल्टेज नजिक छन् जसमा यो उपयुक्त छ, तर ठाउँ गर्ने थर्मल डिझाइन आवश्यक छ।
आकृति १ लिनियर र स्विचिङ रेगुलेटरहरूको संचालन सिद्धान्तहरूलाई दर्शाउँछ।
दुई तर्फ, स्विचिङ रेगुलेटरहरू शक्ति स्विचहरू (जस्तै मोसफेट) को चालना र बन्द गर्ने समय नियन्त्रण गर्दछन् र ऊर्जा ट्रान्सफरको ड्युटी साइकल योग्य बनाउँछन्। त्यसपछि इनपुट वोल्टेज इन्डक्टर र क्षमता द्वारा ऊर्जा संचय र फिल्टरिङ गरी एक स्थिर औसत आउटपुट वोल्टेजमा रूपान्तरित हुन्छ।
उनीहरूको मुख्य विशेषता "चोपर-शैली" नियन्त्रण हो: इनपुट वोल्टेज उच्च फ्रिक्वेन्सीमा काटिएको छ र आउटपुट वितारण गर्ने ऊर्जा स्विच ड्युटी साइकल योग्य गरी नियन्त्रण गरिन्छ। यो पद्धतिले लिनियर रेगुलेटर भन्दा धेरै उच्च दक्षता प्राप्त गर्छ।
स्विचिङ रेगुलेटरहरूको सामान्य टोपोलोजिहरू बक (स्टेप-डाउन), बुस्ट (स्टेप-अप), आदि छन्, जसले विस्तृत इनपुट वोल्टेज रेन्जहरू समर्थन गर्छ र यसले उच्च शक्ति अनुप्रयोगहरू वा विशेष इनपुट वोल्टेज फ्लक्चुएशन रहेको वातावरणको लागि योग्य छ।
आकृति २ लिनियर र स्विचिङ रेगुलेटरहरूको तुलना गर्छ। तपाईंले आफ्नो विशिष्ट आवश्यकताहरूको आधारमा योग्य प्रकार चयन गर्न सक्नुहुन्छ: जब निर्वात र सर्किटको सरलता प्राथमिकता हुन्छ भने लिनियर रेगुलेटर चयन गर्नुहोस्; जब उच्च दक्षता र उच्च शक्ति वितारण आवश्यक हुन्छ भने स्विचिङ रेगुलेटर चयन गर्नुहोस्।
| विशेषताहरू | लिनियर रेगुलेटर | स्विचिङ रेगुलेटर |
| कार्यक्षमता | निम्न (बडो वोल्टेज अन्तर को थिउँदा लागि उच्च नुकसान) | उच्च (८०%-९५%) |
| ताप निकासीको आवश्यकता | ताप निकासीको आवश्यकता (ताप सीधै निकालिन्छ) | निम्न (स्विचिङ नुकसानद्वारा अप्रत्यक्ष रूपमा ताप उत्पन्न हुन्छ) |
| कोलाहल | शुद्ध निर्गत, को उच्च-आवृत्ति झटका छैन | स्विचिङ शब्द छ, फिल्टर अनुकूलन आवश्यक छ |
| प्रयोगको क्षेत्रहरू | निम्न शक्ति, उच्च-परिमाण बिजली प्रदान (जस्तै, सेन्सरहरू) | उच्च शक्ति, विस्तृत वोल्टेज इनपुट (जस्तै, शक्ति माड्युलहरू) |
श्रेणी वोल्टेज रेगुलेटरहरू
श्रेणी वोल्टेज रेगुलेटर पावर सोस र लोड बीचमा स्थित छ र यसले एक शुद्ध “वोल्टेज रेगुलेशन गार्डियन” जस्तै काम गर्छ। यसको कार्य नियम इनपुट वोल्टेज वा आउटपुट विद्युत धारामा हुने परिवर्तनबाट प्रतिक्रिया गर्दै चलनशील प्रतिरोधकको प्रतिरोध मात्रा डायनेमिक रूपमा समायोजन गर्दै आउटपुट वोल्टेजलाई एक स्थिर, पूर्वनिर्धारित मानमा बनाए राख्ने छ।
आधुनिक इलेक्ट्रोनिक प्रौद्योगिकीमा, श्रेणी रेगुलेटर ICहरूले यथावत प्रतिरोधकलाई बदली गर्दै एक्टिभ डिभाइसहरू—जस्तै MOSFET वा बिपोलार जंक्सन ट्रान्झिस्टर (BJTs)—को उपयोग गर्दछन्, यसरी रेगुलेटरको प्रदर्शन र विश्वसनीयतालाई बढाउँछ।
श्रेणी वोल्टेज रेगुलेटरको सर्किट विन्यास शुद्ध र अच्छो ढाँचामा छ, जसमा निम्न चार मुख्य घटकहरू समावेश छन्:
● आउटपुट ट्रान्झिस्टर: यो रेगुलेटरको इनपुट र आउटपुट पिनहरू बीचमा श्रेणीसम्म जोडिएको छ, यसले अपस्ट्रीम पावर सोस र डाउनस्ट्रीम लोड बीचको पुल जस्तै काम गर्छ। जब इनपुट वोल्टेज वा आउटपुट विद्युत धारामा फ्लक्चुएशन भइरहन्छ भने, यो ट्रान्झिस्टरको गेट वोल्टेज (MOSFETहरूका लागि) वा बेस विद्युत धारा (BJTsका लागि) एरर एम्प्लिफायरको सिग्नल द्वारा यथार्थ रूपमा नियन्त्रण गरिन्छ।
● रेफरेन्स वोल्टेज स्रोत: यो एरर एम्प्लिफायरको लागि एक स्थिर बेन्चमार्कको रूपमा काम गर्छ, र यसको भूमिका अत्यन्त महत्वपूर्ण छ। एरर एम्प्लिफायरले यस नियत रेफरेन्सको उपयोग गरी आउटपुट ट्रान्झिस्टरको गेट वा बेसलाई यथार्थ रूपमा नियन्त्रण गर्दछ, यसरी स्थिर आउटपुट वोल्टेज सुनिश्चित गर्छ।
● फिडबैक प्रतिरोधकहरू: यी प्रतिरोधकहरू आउटपुट वोल्टेजलाई विभाजन गरेर फिडबैक वोल्टेज उत्पन्न गर्छन्। एरर एम्प्लिफायरले यो फिडबैक वोल्टेजलाई रेफरेन्स वोल्टेजसँग तुलना गरेर यथार्थ आउटपुट रेगुलेशन गर्छ। दुई फिडबैक प्रतिरोधकहरू VOUT र GND पिनहरू बीचमा श्रेणीसम्म जोडिएका छन्, र उनीहरूको मध्यबिन्दु वोल्टेजलाई एरर एम्प्लिफायरमा फिड गरिन्छ।
● एरर एम्प्लिफायर: यो श्रेणी रेगुलेटरको “बुद्धिमान मस्तिष्क” जस्तै काम गर्छ, यो फिडबैक वोल्टेज (यानी फिडबैक प्रतिरोधक विभाजकको मध्यबिन्दु वोल्टेज) र रेफरेन्स वोल्टेज बीचको तुलना गर्छ। यदि फिडबैक वोल्टेज रेफरेन्स वोल्टेजभन्दा न्यून छ भने, एरर एम्प्लिफायरले MOSFETको ड्राइव स्ट्रेङ्थ बढाउँछ, यसरी यसको ड्रेन-सोर्स वोल्टेज घटाउँदै आउटपुट वोल्टेज बढाउँछ। विपरीततया, यदि फिडबैक वोल्टेज रेफरेन्स वोल्टेजभन्दा बढी छ भने, एम्प्लिफायरले MOSFETको ड्राइव स्ट्रेङ्थ घटाउँछ, यसरी यसको ड्रेन-सोर्स वोल्टेज बढाउँदै आउटपुट वोल्टेज घटाउँछ।
यस लेखमा, हामीले विभिन्न प्रकारका वोल्टेज रेगुलेटरहरूको कार्य नियम, फंक्शन, र सर्किट विन्यास विस्तार सम्म अध्ययन गरेका छौं। अगाडि आउँदो भागमा, हामीले लिनियर रेगुलेटरहरूको डायनेमिक रेगुलेशन मेकेनिजमलाई समझाउँछौं र तिन टर्मिनल रेगुलेटर र LDO (लो ड्रॉपआउट) रेगुलेटरहरू बीचको फरकलाई स्पष्ट गर्नेछौं।
