ডিসি-ডিসি টেকনোলজিস দ্বারা পাওয়ার সাপ্লাই ডিজাইনের চ্যালেঞ্জগুলি কীভাবে পূরণ হয়: 3 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 08:00

ডিসি-ডিসি টেকনোলজিস দ্বারা কিভাবে বিদ্যুৎ সরবরাহের চ্যালেঞ্জের চ্যালেঞ্জ মেলে তা আমি বিশ্লেষণ করব।

পাওয়ার সিস্টেম ডিজাইনারগণ বাজার থেকে ক্রমাগত চাপের মুখোমুখি হচ্ছেন যাতে উপলব্ধ বিদ্যুতের সর্বাধিক ব্যবহার করা যায়। পোর্টেবল ডিভাইসগুলিতে, উচ্চ দক্ষতা ব্যাটারির আয়ু বাড়ায় এবং ছোট প্যাকেজে আরও কার্যকারিতা রাখে। সার্ভার এবং বেস স্টেশনে, দক্ষতা লাভ সরাসরি অবকাঠামো (কুলিং সিস্টেম) এবং অপারেটিং খরচ (বিদ্যুৎ বিল) সংরক্ষণ করতে পারে। বাজারের চাহিদা মেটাতে, সিস্টেম ডিজাইনাররা সিলিকন কার্বাইড (SiC) এবং গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN) এর উপর ভিত্তি করে আরো দক্ষ সুইচিং টপোলজি, প্যাকেজ উদ্ভাবন এবং নতুন সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস সহ একাধিক ক্ষেত্রে বিদ্যুৎ রূপান্তর প্রক্রিয়া উন্নত করছে।

ধাপ 1: সুইচিং কনভার্টার টপোলজির উন্নতি

উপলভ্য শক্তির পূর্ণ সুবিধা নিতে, মানুষ ক্রমবর্ধমান রৈখিক প্রযুক্তির পরিবর্তে সুইচিং প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে ডিজাইন গ্রহণ করছে। সুইচিং পাওয়ার সাপ্লাই (এসএমপিএস) এর 90%এর বেশি কার্যকর ক্ষমতা রয়েছে। এটি পোর্টেবল সিস্টেমের ব্যাটারির আয়ু বাড়িয়ে দেয়, বড় যন্ত্রপাতির জন্য বিদ্যুতের খরচ কমায় এবং হিট সিঙ্ক উপাদানগুলির জন্য পূর্বে ব্যবহৃত স্থান বাঁচায়।

একটি সুইচড টপোলজিতে স্যুইচ করার কিছু ত্রুটি রয়েছে এবং এর আরও জটিল ডিজাইনের জন্য ডিজাইনারদের একাধিক দক্ষতা থাকা প্রয়োজন। ডিজাইন ইঞ্জিনিয়ারদের অবশ্যই এনালগ এবং ডিজিটাল প্রযুক্তি, ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক্স এবং ক্লোজ-লুপ কন্ট্রোলের সাথে পরিচিত হতে হবে। প্রিন্টেড সার্কিট বোর্ডের (পিসিবি) ডিজাইনারদের অবশ্যই ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্টারফেরেন্স (ইএমআই) এর দিকে বেশি মনোযোগ দিতে হবে কারণ হাই ফ্রিকোয়েন্সি স্যুইচিং ওয়েভফর্ম সংবেদনশীল এনালগ এবং আরএফ সার্কিটে সমস্যা সৃষ্টি করতে পারে।

ট্রানজিস্টার আবিষ্কারের আগে, সুইচড-মোড পাওয়ার রূপান্তরের মূল ধারণাটি প্রস্তাবিত হয়েছিল: উদাহরণস্বরূপ, কেট-টাইপ ইনডাক্টিভ ডিসচার্জ সিস্টেম 1910 সালে উদ্ভাবিত হয়েছিল, যা একটি স্বয়ংচালিত ইগনিশন সিস্টেমের জন্য ফ্লাইব্যাক বুস্ট কনভার্টার বাস্তবায়নের জন্য একটি যান্ত্রিক কম্পন ব্যবহার করেছিল। ।

বেশিরভাগ স্ট্যান্ডার্ড টপোলজি কয়েক দশক ধরে চলে আসছে, কিন্তু এর অর্থ এই নয় যে ইঞ্জিনিয়াররা নতুন অ্যাপ্লিকেশন, বিশেষ করে কন্ট্রোল লুপগুলিকে সামঞ্জস্য করার জন্য স্ট্যান্ডার্ড ডিজাইন সমন্বয় করে না। স্ট্যান্ডার্ড আর্কিটেকচার একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি ব্যবহার করে আউটপুট ভোল্টেজ (ভোল্টেজ মোড কন্ট্রোল) এর অংশকে খাওয়ানোর মাধ্যমে বা বিভিন্ন লোড অবস্থার অধীনে প্ররোচিত বর্তমান (বর্তমান মোড নিয়ন্ত্রণ) নিয়ন্ত্রণ করে একটি স্থির আউটপুট ভোল্টেজ বজায় রাখার জন্য। ডিজাইনাররা মৌলিক ডিজাইনের ত্রুটিগুলি কাটিয়ে উঠতে ক্রমাগত উন্নতি করছেন।

চিত্র 1 একটি মৌলিক বন্ধ লুপ ভোল্টেজ মোড কন্ট্রোল (ভিএমসি) সিস্টেমের একটি ব্লক ডায়াগ্রাম। পাওয়ার স্টেজ একটি পাওয়ার সুইচ এবং একটি আউটপুট ফিল্টার নিয়ে গঠিত। ক্ষতিপূরণ ব্লকে একটি আউটপুট ভোল্টেজ ডিভাইডার, একটি ত্রুটি পরিবর্ধক, একটি রেফারেন্স ভোল্টেজ এবং একটি লুপ ক্ষতিপূরণ উপাদান রয়েছে। একটি পালস প্রস্থ মডুলেটর (PWM) ত্রুটি সংকেতকে একটি নির্দিষ্ট রmp্যাম্প সিগন্যালের সাথে তুলনা করার জন্য একটি তুলনাকারী ব্যবহার করে যা ত্রুটি সংকেতের সমানুপাতিক একটি আউটপুট পালস ক্রম তৈরি করে।

যদিও ভিএমসি সিস্টেমের বিভিন্ন লোডের কঠোর আউটপুট নিয়ম রয়েছে এবং বহিরাগত ঘড়ির সাথে সিঙ্ক্রোনাইজ করা সহজ, স্ট্যান্ডার্ড আর্কিটেকচারের কিছু ত্রুটি রয়েছে। লুপ ক্ষতিপূরণ নিয়ন্ত্রণ লুপের ব্যান্ডউইথ হ্রাস করে এবং ক্ষণস্থায়ী প্রতিক্রিয়া হ্রাস করে; ত্রুটি পরিবর্ধক অপারেটিং বর্তমান বৃদ্ধি এবং দক্ষতা হ্রাস।

ধ্রুব অন-টাইম (COT) কন্ট্রোল স্কিম লুপ ক্ষতিপূরণ ছাড়াই ভাল ক্ষণস্থায়ী কর্মক্ষমতা প্রদান করে। COT নিয়ন্ত্রণ রেফারেন্স ভোল্টেজের সাথে নিয়ন্ত্রিত আউটপুট ভোল্টেজের তুলনা করার জন্য একটি তুলনাকারী ব্যবহার করে: যখন আউটপুট ভোল্টেজ রেফারেন্স ভোল্টেজের চেয়ে কম হয়, তখন একটি নির্দিষ্ট অন-টাইম পালস তৈরি হয়। কম ডিউটি চক্রগুলিতে, এটি সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি খুব বেশি করে, তাই অভিযোজিত COT কন্ট্রোলার একটি সময় তৈরি করে যা ইনপুট এবং আউটপুট ভোল্টেজের সাথে পরিবর্তিত হয়, যা ফ্রিকোয়েন্সি প্রায় স্থিতিশীল অবস্থায় রাখে। টেক্সাস ইন্সট্রুমেন্টের D-CAP টপোলজি হল অভিযোজিত COT পদ্ধতির উপর একটি উন্নতি: D-CAP নিয়ামক প্রতিক্রিয়া তুলনাকারী ইনপুটে একটি রmp্যাম্প ভোল্টেজ যোগ করে, যা অ্যাপ্লিকেশনে নয়েজ ব্যান্ড কমিয়ে জিটারের কর্মক্ষমতা উন্নত করে। চিত্র 2 হল COT এবং D-CAP সিস্টেমের তুলনা।

চিত্র 2: স্ট্যান্ডার্ড COT টপোলজি (a) এবং D-CAP টপোলজির তুলনা (b) (উৎস: টেক্সাস ইন্সট্রুমেন্টস) বিভিন্ন প্রয়োজনে D-CAP টপোলজির বিভিন্ন রূপ আছে। উদাহরণস্বরূপ, TPS53632 হাফ ব্রিজ PWM কন্ট্রোলার D-CAP+ আর্কিটেকচার ব্যবহার করে, যা প্রাথমিকভাবে উচ্চ-বর্তমান অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয় এবং V২%পর্যন্ত উচ্চ দক্ষতার সাথে 48V থেকে 1V POL কনভার্টারে 1MHz পর্যন্ত পাওয়ার লেভেল চালাতে পারে।

D-CAP এর বিপরীতে, D-CAP+ ফিডব্যাক লুপ একটি উপাদান যোগ করে যা সুনির্দিষ্ট ড্রপ কন্ট্রোলের জন্য প্ররোচিত কারেন্টের সমানুপাতিক। বর্ধিত ত্রুটি পরিবর্ধক বিভিন্ন লাইন এবং লোড অবস্থার অধীনে ডিসি লোডের নির্ভুলতা উন্নত করে।

কন্ট্রোলারের আউটপুট ভোল্টেজ অভ্যন্তরীণ DAC দ্বারা সেট করা হয়। এই চক্র শুরু হয় যখন বর্তমান প্রতিক্রিয়া ত্রুটি ভোল্টেজ স্তরে পৌঁছায়। এই ত্রুটি ভোল্টেজটি DAC সেট পয়েন্ট ভোল্টেজ এবং ফিডব্যাক আউটপুট ভোল্টেজের মধ্যে বর্ধিত ভোল্টেজ পার্থক্যের সাথে মিলে যায়।

পদক্ষেপ 2: হালকা লোড অবস্থার অধীনে কর্মক্ষমতা উন্নত করুন

বহনযোগ্য এবং পরিধানযোগ্য ডিভাইসের জন্য, ব্যাটারির আয়ু বাড়ানোর জন্য হালকা লোড অবস্থার অধীনে কর্মক্ষমতা উন্নত করা প্রয়োজন। অনেক পোর্টেবল এবং পরিধানযোগ্য অ্যাপ্লিকেশনগুলি কম-ক্ষমতার "অস্থায়ী ঘুম" বা "স্লিপ" স্ট্যান্ডবাই মোডে থাকে, শুধুমাত্র ব্যবহারকারীর ইনপুট বা পর্যায়ক্রমিক পরিমাপের প্রতিক্রিয়া হিসাবে সক্রিয় হয়, তাই স্ট্যান্ডবাই মোডে বিদ্যুৎ খরচ কমিয়ে আনুন। এটি সর্বোচ্চ অগ্রাধিকার।

DCS- কন্ট্রোল ((এনার্জি সেভার মোডে বিজোড় ট্রানজিশন থেকে সরাসরি নিয়ন্ত্রণ) টপোলজি হালকা লোড অবস্থার অধীনে কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য তিনটি ভিন্ন নিয়ন্ত্রণ স্কিম (যেমন, হিস্টেরিসিস মোড, ভোল্টেজ মোড, এবং বর্তমান মোড) এর সুবিধাগুলিকে একত্রিত করে, বিশেষত যখন বা যখন হালকা লোড অবস্থা ছেড়ে। এই টপোলজি মাঝারি এবং ভারী লোডের জন্য PWM মোড, সেইসাথে হালকা লোডের জন্য পাওয়ার সেভিং মোড (PSM) সমর্থন করে।

পিডব্লিউএম অপারেশনের সময়, সিস্টেমটি ইনপুট ভোল্টেজের উপর ভিত্তি করে তার রেটযুক্ত সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি চালায় এবং ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন নিয়ন্ত্রণ করে। যদি লোড কারেন্ট কমে যায়, কনভার্টারটি পিএসএম -এ স্যুইচ করে উচ্চ দক্ষতা বজায় রাখে যতক্ষণ না এটি খুব হালকা লোডে নেমে যায়। পিএসএম -এ, লোড কারেন্টের সাথে সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি রৈখিকভাবে হ্রাস পায়। উভয় মোড একটি একক কন্ট্রোল ব্লক দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, তাই PWM থেকে PSM এ রূপান্তর নির্বিঘ্ন এবং আউটপুট ভোল্টেজকে প্রভাবিত করে না।

চিত্র 3 হল DCS-Control of এর একটি ব্লক ডায়াগ্রাম। কন্ট্রোল লুপ আউটপুট ভোল্টেজের পরিবর্তন সম্পর্কে তথ্য নেয় এবং এটি সরাসরি দ্রুত তুলনাকারীর কাছে ফিরে আসে। তুলনাকারী স্যুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি সেট করে (স্থির-রাজ্যের অপারেটিং অবস্থার জন্য একটি ধ্রুবক হিসাবে) এবং গতিশীল লোড পরিবর্তনের জন্য তাত্ক্ষণিক প্রতিক্রিয়া প্রদান করে। ভোল্টেজ ফিডব্যাক লুপ সঠিকভাবে ডিসি লোড নিয়ন্ত্রণ করে। অভ্যন্তরীণভাবে ক্ষতিপূরণপ্রাপ্ত রেগুলেশন নেটওয়ার্ক ছোট বাহ্যিক উপাদান এবং কম ESR ক্যাপাসিটার দিয়ে দ্রুত এবং স্থিতিশীল অপারেশন সক্ষম করে।

চিত্র 3: TPS62130 বক কনভার্টারে DCS-Control top টপোলজি বাস্তবায়ন (উৎস: টেক্সাস ইন্সট্রুমেন্টস)

TPS6213xA-Q1 সিঙ্ক্রোনাস সুইচিং পাওয়ার কনভার্টারটি DCS- কন্ট্রোল top টপোলজির উপর ভিত্তি করে এবং উচ্চ শক্তি ঘনত্ব POL অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অপ্টিমাইজ করা হয়েছে। সাধারণ 2.5 মেগাহার্টজ সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি ছোট ইন্ডাক্টর ব্যবহারের অনুমতি দেয় এবং দ্রুত ক্ষণস্থায়ী প্রতিক্রিয়া এবং উচ্চ আউটপুট ভোল্টেজ নির্ভুলতা প্রদান করে। TPS6213 3V থেকে 17V একটি ইনপুট ভোল্টেজ পরিসীমা থেকে কাজ করে এবং 0.9V এবং 6V আউটপুট ভোল্টেজের মধ্যে 3A পর্যন্ত অবিচ্ছিন্ন কারেন্ট সরবরাহ করতে পারে।