آپ کو پاور سپلائی ڈیزائن کی 6 مہارتیں سکھائیں۔
فلائی بیک پاور سپلائی میں 01 فیرائٹ میگنیٹک ایمپلیفائر
دونوں آؤٹ پٹس (5V 2A اور 12V 3A، دونوں کو ± 5 فیصد کے ذریعے ریگولیٹ کیا جاتا ہے) پر حقیقی طاقت کے ساتھ دوہری آؤٹ پٹ فلائی بیک سپلائی کے لیے، جب وولٹیج 12V تک پہنچ جاتا ہے تو یہ صفر بوجھ کی حالت میں چلا جاتا ہے اور 5 فیصد کی حد کے اندر ایڈجسٹ نہیں ہو سکتا۔ ایک لکیری ریگولیٹر ایک قابل عمل حل ہے، لیکن پھر بھی اس کی اعلی قیمت اور کارکردگی میں کمی کی وجہ سے مثالی نہیں ہے۔
ہمارا تجویز کردہ حل یہ ہے کہ 12V آؤٹ پٹ پر مقناطیسی یمپلیفائر استعمال کیا جائے، یہاں تک کہ فلائی بیک ٹوپولوجی بھی استعمال کی جا سکتی ہے۔ لاگت کو کم کرنے کے لیے، فیرائٹ مقناطیسی یمپلیفائر استعمال کرنے کی سفارش کی جاتی ہے۔ تاہم، فیرائٹ مقناطیسی یمپلیفائر کا کنٹرول سرکٹ روایتی مستطیل ہسٹریسیس لوپ میٹریل (اعلی مقناطیسی پارگمیٹی میٹریل) سے مختلف ہے۔ فیرائٹ کا کنٹرول سرکٹ (D1 اور Q1) آؤٹ پٹ پر طاقت کو برقرار رکھنے کے لیے کرنٹ کو ڈوبتا ہے۔ اس سرکٹ کی اچھی طرح جانچ کی گئی ہے۔ ٹرانسفارمر وائنڈنگز 5V اور 13V آؤٹ پٹ کے لیے ڈیزائن کیے گئے ہیں۔ 12V آؤٹ پٹ کے ±5 فیصد ریگولیشن کو حاصل کرتے ہوئے سرکٹ ذیلی{{5}W ان پٹ پاور (5V 300mW اور 12V زیرو لوڈ) بھی حاصل کر سکتا ہے۔
02 اوور کرنٹ تحفظ فراہم کرنے کے لیے موجودہ آرک کروبار سرکٹ کا استعمال کریں۔
5V 2A اور 12V 3A فلائی بیک سپلائیز پر غور کریں۔ اس پاور سپلائی کی اہم خصوصیات میں سے ایک 5V آؤٹ پٹ پر اوور پاور پروٹیکشن (OPP) ہے جب 12V آؤٹ پٹ بغیر کسی بوجھ یا بہت ہلکے بوجھ تک پہنچ جاتا ہے۔ دونوں آؤٹ پٹس ±5 فیصد وولٹیج ریگولیشن کی ضرورت پیش کرتے ہیں۔
عام حل کے لیے، سینس ریزسٹرس کا استعمال کراس ریگولیشن کی کارکردگی کو کم کرتا ہے، اور فیوز مہنگے ہوتے ہیں۔ تاہم، اوور وولٹیج پروٹیکشن (OVP) کے لیے کروبار سرکٹس اب دستیاب ہیں۔ یہ سرکٹ OPP اور وولٹیج ریگولیشن کی ضروریات دونوں کو پورا کرنے کے قابل ہے، جو جزوی آرک کروبار سرکٹ کا استعمال کرکے حاصل کیا جا سکتا ہے۔
R1 اور VR1 12V آؤٹ پٹ پر ایک فعال پری لوڈ بناتے ہیں، جو 12V ریگولیشن کی اجازت دیتا ہے جب 12V آؤٹ پٹ ہلکے سے لوڈ ہوتا ہے۔ جب 5V آؤٹ پٹ اوورلوڈ حالت میں ہوتا ہے، تو 5V آؤٹ پٹ پر وولٹیج گر جائے گا۔ ڈمی بوجھ بہت زیادہ کرنٹ کھینچتے ہیں۔ اس بڑے کرنٹ کو محسوس کرنے کے لیے R1 میں وولٹیج ڈراپ کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ Q1 آن ہوتا ہے اور OPP سرکٹ کو متحرک کرتا ہے۔
03 ایکٹو شنٹ ریگولیٹر اور پری لوڈ
فلائی بیک اس وقت پاور سپلائی پروڈکٹس کو لائن وولٹیج AC سے کم وولٹیج DC میں تبدیل کرنے کے میدان میں سب سے مشہور ٹوپولوجی ہے۔ اس کی ایک بڑی وجہ صرف ٹرانسفارمر سیکنڈری میں اضافی وائنڈنگز شامل کرکے متعدد آؤٹ پٹ وولٹیج فراہم کرنے کی منفرد لاگت کی تاثیر ہے۔
عام طور پر، فیڈ بیک آؤٹ پٹ سے سخت ترین آؤٹ پٹ رواداری کی ضروریات کے ساتھ آتا ہے۔ یہ آؤٹ پٹ پھر دیگر تمام ثانوی وائنڈنگز کے لیے موڑ فی وولٹ کی وضاحت کرتا ہے۔ رساو کے انڈکٹنس اثرات کی وجہ سے، آؤٹ پٹ ہمیشہ مطلوبہ آؤٹ پٹ وولٹیج کراس ریگولیشن حاصل نہیں کر سکتے، خاص طور پر اگر دی گئی آؤٹ پٹ کو ان لوڈ کیا گیا ہو یا بہت ہلکے سے لوڈ کیا گیا ہو کیونکہ دوسرے آؤٹ پٹ مکمل طور پر لوڈ ہوتے ہیں۔
ایسے حالات میں آؤٹ پٹ پر وولٹیج کو بڑھنے سے روکنے کے لیے پوسٹ ریگولیٹر یا ڈمی لوڈ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، بڑھتی ہوئی لاگت اور پوسٹ ریگولیٹرز یا ڈمی لوڈز کی کم کارکردگی کی وجہ سے، وہ کافی پرکشش نہیں رہے، خاص طور پر حالیہ برسوں میں بہت سے صارفین کی ایپلی کیشنز میں بغیر لوڈ اور/یا اسٹینڈ بائی ان پٹ بجلی کی کھپت کے لیے۔ تیزی سے سخت ریگولیٹری تقاضوں کی حالت میں، اس ڈیزائن کو نظر انداز کیا جانے لگا۔ شکل 3 میں دکھایا گیا فعال شنٹ ریگولیٹر نہ صرف وولٹیج ریگولیشن کا مسئلہ حل کرتا ہے بلکہ لاگت اور کارکردگی کے اثرات کو بھی کم کرتا ہے۔
سرکٹ اس طرح کام کرتا ہے: جب دونوں آؤٹ پٹ ریگولیشن میں ہوتے ہیں، ریزسٹر ڈیوائیڈر R14 اور R13 بائیس ٹرانزسٹر Q5، جو Q4 اور Q1 کو بند رکھتا ہے۔ ان آپریٹنگ حالات میں، Q5 کے ذریعے کرنٹ 5V آؤٹ پٹ پر ایک چھوٹے پری لوڈ کے طور پر کام کرتا ہے۔
5V آؤٹ پٹ اور 3.3V آؤٹ پٹ کے درمیان معیاری فرق 1.7V ہے۔ جب 5V آؤٹ پٹ سے لوڈ کرنٹ میں مساوی اضافے کے بغیر 3.3V آؤٹ پٹ سے اضافی کرنٹ کی ضرورت ہوتی ہے، تو آؤٹ پٹ وولٹیج 3.3V آؤٹ پٹ کے مقابلے بڑھے گا۔ تقریباً 100 mV سے زیادہ کے وولٹیج کے فرق کے ساتھ، Q5 جانبدار ہو جائے گا، Q4 اور Q1 کو آن کر کے کرنٹ کو 5V آؤٹ پٹ سے 3.3V آؤٹ پٹ میں بہنے دیتا ہے۔ یہ کرنٹ 5V آؤٹ پٹ پر وولٹیج کو گرا دے گا، جس سے دو آؤٹ پٹ کے درمیان وولٹیج کا فرق کم ہو جائے گا۔
Q1 میں کرنٹ کی مقدار کا تعین دو آؤٹ پٹ پر وولٹیج کے فرق سے ہوتا ہے۔ لہذا، سرکٹ دونوں آؤٹ پٹ کو ان کی لوڈنگ سے قطع نظر ریگولیٹ رکھ سکتا ہے، یہاں تک کہ بدترین صورت حال میں بھی جہاں 3.3V آؤٹ پٹ مکمل طور پر لوڈ ہو اور 5V آؤٹ پٹ ان لوڈ ہو جائے۔ ڈیزائن میں Q5 اور Q4 درجہ حرارت کا معاوضہ فراہم کرتے ہیں کیونکہ ہر ٹرانجسٹر میں VBE درجہ حرارت کی تبدیلیاں ایک دوسرے کو منسوخ کر دیتی ہیں۔ Diodes D8 اور D9 کی ضرورت نہیں ہے لیکن Q1 میں بجلی کی کھپت کو کم کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جس سے ڈیزائن میں ہیٹ سنک شامل کرنے کی ضرورت ختم ہو جاتی ہے۔
سرکٹ صرف دو وولٹیج کے درمیان رشتہ دار فرق کا جواب دیتا ہے اور مکمل اور ہلکے بوجھ کے حالات میں زیادہ تر غیر فعال ہوتا ہے۔ چونکہ شنٹ ریگولیٹر 5V آؤٹ پٹ سے 3.3V آؤٹ پٹ سے جڑا ہوا ہے، اس لیے سرکٹ گراؤنڈ شنٹ ریگولیٹر کے مقابلے میں 66 فیصد تک فعال کھپت کو کم کر سکتا ہے۔ نتیجہ مکمل لوڈ پر اعلی کارکردگی اور ہلکے بوجھ سے بغیر بوجھ تک کم بجلی کی کھپت ہے۔
04 StackFET کا استعمال کرتے ہوئے ہائی وولٹیج ان پٹ سوئچنگ پاور سپلائی
صنعتی آلات جو تھری فیز AC پر چلتے ہیں ان کے لیے اکثر ایک معاون پاور سٹیج کی ضرورت ہوتی ہے جو اینالاگ اور ڈیجیٹل سرکٹس کے لیے کم وولٹیج کا ریگولیٹڈ ڈی سی فراہم کر سکے۔ ایسی ایپلی کیشنز کی مثالوں میں انڈسٹریل ڈرائیوز، یو پی ایس سسٹم اور انرجی میٹرز شامل ہیں۔
اس قسم کی پاور سپلائی کی تصریحات معیاری آف دی شیلف سوئچ کے لیے درکار ان سے کہیں زیادہ سخت ہیں۔ ان ایپلی کیشنز میں نہ صرف ان پٹ وولٹیجز زیادہ ہیں، بلکہ صنعتی ماحول میں تھری فیز ایپلی کیشنز کے لیے تیار کیے گئے آلات کو بھی بہت وسیع اتار چڑھاو کو برداشت کرنا چاہیے—بشمول ڈیپ ٹائم، پاور سرجز، اور کبھی کبھار ایک یا زیادہ مراحل کا نقصان۔ نیز، ان معاون سپلائیز کے لیے مخصوص ان پٹ وولٹیج کی حد 57 VAC سے 580 VAC تک وسیع ہو سکتی ہے۔
اس طرح کی وسیع رینج سوئچنگ پاور سپلائی کو ڈیزائن کرنا ایک چیلنج ہو سکتا ہے، جس کی بنیادی وجہ ہائی وولٹیج MOSFETs کی زیادہ قیمت اور روایتی PWM کنٹرول لوپس کی متحرک رینج کی محدودیت ہے۔ StackFET ٹیکنالوجی سستے 600V ریٹیڈ کم وولٹیج MOSFETs اور پاور انٹیگریشنز سے مربوط پاور سپلائی کنٹرولرز کے امتزاج کی اجازت دیتی ہے، جس سے پاور سپلائی سوئچنگ کے سادہ اور سستے ڈیزائن کی اجازت ملتی ہے جو وسیع ان پٹ وولٹیج رینج پر کام کرنے کے قابل ہے۔
سرکٹ اس طرح کام کرتا ہے: سرکٹ کے ان پٹ پر کرنٹ تھری فیز تھری وائر یا فور وائر سسٹم، یا سنگل فیز سسٹم سے بھی آسکتا ہے۔ تھری فیز ریکٹیفائر ڈائیوڈس D1-D8 پر مشتمل ہے۔ ریزسٹرس R1-R4 انرش کرنٹ کو محدود کرتے ہیں۔ اگر فیوز ایبل ریزسٹرس استعمال کیے جائیں تو ان ریزسٹرس کو فالٹ کے دوران علیحدہ فیوز کی ضرورت کے بغیر محفوظ طریقے سے منقطع کیا جاسکتا ہے۔ پائی فلٹر درست شدہ DC وولٹیج کو فلٹر کرنے کے لیے C5، C6، C7، C8، اور L1 پر مشتمل ہوتا ہے۔
ان پٹ فلٹر کیپسیٹرز کے درمیان وولٹیج کو متوازن کرنے کے لیے R13 اور R15 مزاحم استعمال کیے جاتے ہیں۔ جب انٹیگریٹڈ سوئچ (U1) کے اندر MOSFET آن ہوتا ہے، تو Q1 کا ماخذ کم ہو جائے گا، R6، R7، اور R8 گیٹ کرنٹ فراہم کریں گے، اور VR1 سے VR3 تک جنکشن کیپیسیٹینس Q1 کو آن کر دے گا۔ Zener diode VR4 Q1 پر لاگو گیٹ سورس وولٹیج کو محدود کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ U1 میں MOSFET بند ہونے پر، U1 کے زیادہ سے زیادہ ڈرین وولٹیج کو VR1، VR2 اور VR3 پر مشتمل 450 V کلیمپنگ نیٹ ورک کے ذریعے کلیمپ کیا جاتا ہے۔ یہ U1 کے ڈرین وولٹیج کو تقریباً 450 V تک محدود کر دیتا ہے۔
Q1 سے منسلک وائنڈنگ کے اختتام پر کوئی بھی اضافی وولٹیج Q1 پر لاگو کیا جائے گا۔ یہ ڈیزائن Q1 اور U1 کے درمیان کل رییکٹیفائیڈ ان پٹ DC وولٹیج اور فلائی بیک وولٹیج کو موثر طریقے سے تقسیم کرتا ہے۔ ریزسٹر R9 کا استعمال سوئچنگ کے دوران ہائی فریکوئنسی دوغلوں کو محدود کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، اور کلیمپ نیٹ ورک VR5، D9 اور R10 کو فلائی بیک وقفہ کے دوران لیکیج انڈکٹنس کی وجہ سے پرائمری پر چوٹی وولٹیج کو محدود کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
آؤٹ پٹ اصلاح D1 کے ذریعہ فراہم کی جاتی ہے۔ C2 آؤٹ پٹ فلٹر ہے۔ L2 اور C3 آؤٹ پٹ پر سوئچنگ ریپل کو کم کرنے کے لیے ایک ثانوی فلٹر بناتے ہیں۔
VR6 آن ہو جاتا ہے جب آؤٹ پٹ وولٹیج آپٹکوپلر ڈائیوڈ اور VR6 میں کل وولٹیج ڈراپ سے زیادہ ہو جاتا ہے۔ آؤٹ پٹ وولٹیج میں تبدیلی U2 میں optocoupler diode کے ذریعے کرنٹ کے بہاؤ میں تبدیلی کا سبب بنتی ہے، جس کے نتیجے میں U2B میں ٹرانزسٹر کے ذریعے کرنٹ بہاؤ بدل جاتا ہے۔ جب یہ کرنٹ U1 کے FB پن تھریشولڈ کرنٹ سے تجاوز کر جاتا ہے، تو اگلا چکر روک دیا جاتا ہے۔ آؤٹ پٹ ریگولیشن کو فعال اور غیر فعال سائیکلوں کی تعداد کو کنٹرول کرکے حاصل کیا جاسکتا ہے۔ ایک بار سوئچنگ سائیکل آن ہونے کے بعد، سائیکل ختم ہو جاتا ہے جب کرنٹ U1 کی اندرونی موجودہ حد تک بڑھ جاتا ہے۔ R11 عارضی بوجھ کے دوران آپٹکوپلر کے ذریعے کرنٹ کو محدود کرنے اور فیڈ بیک لوپ کے حاصل کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ ریزسٹر R12 کا استعمال Zener diode VR6 کو تعصب کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔
IC U1 (LNK 304) میں بلٹ ان فنکشنز ہیں تاکہ سرکٹ فیڈ بیک سگنل کے نقصان، آؤٹ پٹ پر شارٹ سرکٹ اور اوورلوڈ سے محفوظ رہے۔ چونکہ U1 براہ راست اس کے DRAIN پن سے چلتا ہے، اس لیے ٹرانسفارمر پر کسی اضافی تعصب کی ضرورت نہیں ہے۔ C4 کا استعمال اندرونی سپلائی ڈیکوپلنگ فراہم کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔
05 ریکٹیفائر ڈائیوڈس کا ایک اچھا انتخاب AC/DC کنورٹرز میں EMI فلٹر سرکٹس کی لاگت کو آسان اور کم کر سکتا ہے۔
یہ سرکٹ AC/DC کنورٹرز میں EMI فلٹر سرکٹس کی لاگت کو آسان اور کم کر سکتا ہے۔ AC/DC پاور سپلائی EMI کے مطابق بنانے کے لیے بڑی تعداد میں EMI فلٹر اجزاء جیسے کہ X اور Y capacitors کے استعمال کی ضرورت ہوتی ہے۔ AC/DC پاور سپلائیز کے لیے معیاری ان پٹ سرکٹس میں ان پٹ وولٹیج (عام طور پر 50-60 Hz) کو درست کرنے کے لیے ایک برج ریکٹیفائر شامل ہوتا ہے۔ چونکہ یہ ایک کم تعدد والا AC ان پٹ وولٹیج ہے، اس لیے معیاری ڈایڈس جیسے 1N400X سیریز کے ڈائیوڈ استعمال کیے جا سکتے ہیں، کیونکہ یہ سب سے کم مہنگے ہیں۔
یہ فلٹر ڈیوائسز شائع شدہ EMI حدود کی تعمیل کرنے کے لیے بجلی کی فراہمی سے پیدا ہونے والی EMI کو کم کرنے کے لیے استعمال کی جاتی ہیں۔ تاہم، چونکہ EMI کو ریکارڈ کرنے کے لیے استعمال ہونے والی پیمائشیں صرف 150 kHz سے شروع ہوتی ہیں، اور AC لائن وولٹیج کی فریکوئنسی صرف 50 یا 60 Hz ہے، اس لیے برج ریکٹیفائر میں استعمال ہونے والے معیاری ڈائیوڈس کا ریورس ریکوری ٹائم (شکل 5-1 دیکھیں) ہے نسبتا سست. طویل اور عام طور پر براہ راست EMI نسل سے متعلق نہیں ہے۔
تاہم، ماضی میں ان پٹ فلٹر سرکٹس میں بعض اوقات کم فریکوئنسی ان پٹ وولٹیج کی اصلاح کی وجہ سے کسی بھی ہائی فریکوئنسی ویوفارم کو دبانے کے لیے برج ریکٹیفائر کے متوازی طور پر کیپسیٹرز شامل کیے جاتے تھے۔
ان کیپسیٹرز کی ضرورت نہیں ہے اگر برج ریکٹیفائر میں تیز ریکوری ڈائیوڈ استعمال کیے جائیں۔ جب ان ڈائیوڈس میں وولٹیج ریورس ہونا شروع ہو جاتا ہے، تو وہ بہت جلد ٹھیک ہو جاتے ہیں (شکل 5-2 دیکھیں)۔ یہ بعد میں آنے والے ہائی فریکوئنسی ٹرن آف سنیپس اور EMI کو کم کر کے AC ان پٹ لائن میں آوارہ لائن انڈکٹیو حوصلہ افزائی کو کم کرتا ہے۔ چونکہ 2 ڈائیوڈ ہر نصف سائیکل کو چلا سکتے ہیں، اس لیے 4 میں سے صرف 2 ڈائیوڈز کو تیزی سے بحالی کی قسموں کی ضرورت ہے۔ اسی طرح، ہر آدھے سائیکل کو چلانے والے دو ڈائیوڈز میں سے صرف ایک کو تیزی سے بحالی کی خصوصیت کی ضرورت ہوتی ہے۔
ان پٹ وولٹیج اور کرنٹ ویوفارمز ریورس ریکوری کے اختتام پر ڈائیوڈ اسنیپ کو دکھاتے ہیں۔
06 موجودہ اسپائکس پر مشتمل کم لاگت آؤٹ پٹ کو غیر فعال کرنے کے لیے سافٹ اسٹارٹ کا استعمال کریں
اسٹینڈ بائی پاور کی سخت تصریحات کو پورا کرنے کے لیے، اسٹینڈ بائی سگنل کے فعال ہونے پر آؤٹ پٹ کو منقطع کرنے کے لیے کچھ متعدد آؤٹ پٹ پاور سپلائیز ڈیزائن کیے گئے ہیں۔
عام طور پر، یہ سلسلہ بائی پاس بائی پولر ٹرانزسٹر (BJT) یا MOSFET کو بند کر کے پورا کیا جاتا ہے۔ کم کرنٹ آؤٹ پٹس کے لیے، BJTs MOSFETs کے لیے ایک مناسب اور کم مہنگا متبادل ہو سکتا ہے اگر پاور ٹرانسفارمر کو ٹرانجسٹروں کے پار اضافی وولٹیج ڈراپ کو ذہن میں رکھتے ہوئے ڈیزائن کیا گیا ہو۔
