पृथक और गैर पृथक एसी/डीसी और डीसी/डीसी बिजली आपूर्ति की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए बोर्ड माउंटेड कन्वर्टर्स का उपयोग करें

आधुनिक वितरण प्रणालियों को आमतौर पर पृथक और गैर-पृथक एसी/डीसी और डीसी/डीसी पावर कन्वर्टर्स के जटिल संयोजन की आवश्यकता होती है। आइसोलेशन कन्वर्टर्स का उपयोग मुख्य रूप से एकल या एकाधिक दोषों की स्थिति में सिस्टम और उपयोगकर्ताओं की सुरक्षा के लिए किया जाता है; सिग्नल की अखंडता बनाए रखने के लिए पृथक उप-कार्यों को बिजली की आपूर्ति करना भी आवश्यक है।

सिद्धांत रूप में, उन्नत आईसी का उपयोग करके लगभग 1000 वाट की शक्ति के साथ कम से मध्यम पावर कन्वर्टर्स को आसानी से डिजाइन किया जा सकता है, और विभिन्न आर्किटेक्चर के माध्यम से विभिन्न प्रदर्शन ट्रेड-ऑफ प्राप्त किए जा सकते हैं। हालाँकि, वास्तव में, कन्वर्टर्स का विकास और सत्यापन सरल से बहुत दूर है। आपको कार्यात्मक प्रदर्शन आवश्यकताओं के कम से कम एक बुनियादी सेट को पूरा करना होगा, जिसमें रेटेड आउटपुट वोल्टेज और करंट, दक्षता, क्षणिक प्रतिक्रिया, भौतिक आयाम और सर्किट, लोड और बिजली आपूर्ति के लिए गलती सुरक्षा शामिल है।

डिज़ाइन चुनौतियाँ बुनियादी ज्ञान तक सीमित नहीं हैं। वर्तमान में, अनिवार्य नियामक आवश्यकताओं की एक श्रृंखला का अनुपालन करना आवश्यक है, जिसमें सुरक्षा प्रदर्शन, विभिन्न लोड स्तरों पर दक्षता, शटडाउन प्रदर्शन, थर्मल प्रदर्शन, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) उत्सर्जन और प्रतिरक्षा शामिल है। इन विशेषताओं को प्रमाणित परीक्षण प्रयोगशाला द्वारा मान्य किया जाना चाहिए, जिससे डिज़ाइन समय में उल्लेखनीय वृद्धि होगी। एक साधारण स्वतंत्र अनुसंधान और विकास योजना तुरंत अत्यधिक उच्च जोखिमों का कारण बन सकती है, और आप जल्द ही पाएंगे कि जब स्वतंत्र अनुसंधान और विकास या आउटसोर्सिंग के बीच चयन करने की बात आती है, तो आप जल्दी से बाद वाले की ओर झुक जाएंगे।

यदि आपको अभी भी संदेह है, तो आप विचार कर सकते हैं कि कनवर्टर में विद्युत अलगाव फ़ंक्शन भी होना चाहिए। हालाँकि यह लगभग सभी AC/DC कन्वर्टर्स के लिए एक सामान्य आवश्यकता है, कुछ DC/DC कन्वर्टर्स को विद्युत अलगाव की भी आवश्यकता होती है। यह आवश्यकता नए नियमों, अनिवार्य सुरक्षा और प्रमाणन मानकों को पेश करती है, जिससे स्व-विकसित और आउटसोर्स किए गए निर्णय बिजली आपूर्ति विनिर्देशों की परवाह किए बिना खरीदारी की ओर बढ़ जाते हैं।

अच्छी खबर यह है कि सर्किट बोर्ड पर लगे पृथक और गैर पृथक पावर कन्वर्टर्स में चुनने के लिए कई रेटेड वोल्टेज और धाराएं होती हैं। ये उत्पाद रक्षा, संचार, परीक्षण और माप (पृथक), और मोबाइल रोबोट (गैर पृथक) जैसे अनुप्रयोग क्षेत्रों में उत्पाद डिजाइन और तैनाती को बहुत सरल बनाते हैं, और बिजली वितरण कार्यों को प्राप्त करने के लिए इन्हें जोड़ा जा सकता है।

इस प्रकार का कनवर्टर प्लग एंड प्ले का एहसास कराता है, इसे मुख्य मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसी बोर्ड) में प्लग किया जा सकता है, और वितरण रेल के लिए विशिष्ट स्थान को अनुकूलित किया जाता है। इसके अलावा, इस प्रकार के कनवर्टर को स्वतंत्र समर्थन या ब्रैकेट की आवश्यकता नहीं होती है। सीधे शब्दों में कहें तो, इस प्रकार का उत्पाद एक बंद, पूर्ण प्लग और प्ले समाधान के रूप में काम कर सकता है जो सीधे बिजली कार्यक्षमता प्राप्त करता है।

विद्युत अलगाव का बुनियादी ज्ञान
विद्युत अलगाव एक विद्युत अवरोध है जिसका उपयोग सिग्नल या पावर पथ के दो सिरों के बीच एक प्रवाहकीय ("ओमिक") पथ के गठन को रोकने के लिए किया जाता है। हालाँकि, इस बाधा को अभी भी ऊर्जा और बिजली को संचरण के अन्य माध्यमों से प्रसारित करने की अनुमति देने की आवश्यकता है। सिग्नल, बिजली आपूर्ति या दोनों को अलग करने की आवश्यकता है, लेकिन यह डिज़ाइन पर निर्भर करता है। उपयोग की जाने वाली पृथक्करण तकनीक पृथक धारा की विशिष्ट विशिष्टताओं पर निर्भर करती है।

ऐसे कई कारण हैं जिनकी वजह से विद्युत अलगाव आवश्यक है। सिग्नल के लिए, विद्युत अलगाव सेंसर की अखंडता में सुधार कर सकता है, ग्राउंडिंग लूप को खत्म कर सकता है, या गलती की स्थिति में उपयोगकर्ताओं और सर्किट की रक्षा कर सकता है, सिग्नल पथ में प्रवाह को रोक सकता है।

बिजली आपूर्ति के संदर्भ में, मुख्य उद्देश्य उपयोगकर्ता की सुरक्षा सुनिश्चित करना और एसी तारों या उच्च वोल्टेज डीसी बिजली स्रोतों के साथ आकस्मिक संपर्क के कारण होने वाले बिजली के झटके को रोकना है। विद्युत अलगाव गैर-शक्ति संकेतों के लिए उपयोग किए जाने वाले "फ्लोटिंग" सर्किट की आवश्यकता को भी पूरा करता है, जो कि सर्किट ग्राउंड से जुड़ा नहीं है।

सामान्यतया, विद्युत अलगाव किरचॉफ के वर्तमान कानून (केसीएल) के आधार पर वर्तमान प्रवाह की दिशा निर्धारित करने की एक विधि है। किसी भी धारा प्रवाह के पास स्रोत तक वापस जाने का एक पथ होना चाहिए, और विद्युत अलगाव का कार्य इस पथ को काटना है। संभावित बिजली के झटके की स्थिति में, बिजली आपूर्ति में पृथक ट्रांसफार्मर (चित्रा 1, दाएं) उपयोगकर्ता के माध्यम से पूर्ण गलती वर्तमान पथ को काट देगा और जमीन पर वापस आ जाएगा (चित्रा 1, बाएं)।

चित्र 1: बिजली के झटके को रोकने के लिए, बिजली आपूर्ति में आइसोलेशन ट्रांसफार्मर (दाएं) उपयोगकर्ता के माध्यम से गुजरने वाले फॉल्ट करंट पथ को काट देता है और जमीन (बाएं) पर लौट आता है। (छवि स्रोत: लुमेन लर्निंग)

सामान्य बिजली के झटके के परिदृश्य में, जब इन्सुलेशन परत खराब हो जाती है, तो लाइव/हीटेड पावर कॉर्ड सीधे उपकरण के धातु आवरण के संपर्क में आ जाएगा। भले ही डिवाइस अभी भी सामान्य रूप से काम कर सकता है, अगर ग्राउंडिंग/ग्राउंडिंग कनेक्शन काट दिया जाता है (जो एक सामान्य स्थिति है), तो फॉल्ट करंट ग्राउंडिंग तार से सुरक्षित रूप से गुजरने के बजाय उपयोगकर्ता के माध्यम से जमीन पर प्रवाहित होगा, और उपयोगकर्ता को इस समय बिजली का झटका लग सकता है।

इस जोखिम को नियंत्रित करने के लिए, बिजली आपूर्ति में अलगाव फ़ंक्शन मूल वोल्टेज स्रोत और उपकरण के बीच वर्तमान पथ को काट देगा। इस तरह, यह उनके बीच एक सर्किट के गठन को रोक सकता है, और यहां तक ​​कि अगर कोई लाइन दोष है, तो यह बिजली के झटके के जोखिम को खत्म कर सकता है।

कृपया ध्यान दें कि जोखिम वोल्टेज में एसी लाइन वोल्टेज और समकक्ष डीसी वोल्टेज शामिल है, जैसे मल्टी-कोर बैटरी पैक का वोल्टेज। अधिकांश नियामक मानक वास्तविक स्थिति और वोल्टेज प्रकार के आधार पर खतरनाक वोल्टेज को 60 वोल्ट से ऊपर के वोल्टेज के रूप में परिभाषित करते हैं।

पावर अलगाव लगभग हमेशा ट्रांसफार्मर के चुंबकीय युग्मन के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। चुंबकीय युग्मन में उत्कृष्ट विद्युत दक्षता, मजबूत तकनीकी व्यावहारिकता, लचीला अनुप्रयोग, उच्च विश्वसनीयता, आसान अनुकूलन है, और यह एक साथ नियामक और सर्किट आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।

अनेक उच्च-गुणवत्ता वाले समाधान चुनने के कारण
आधुनिक प्रणालियों में एकाधिक पावर रेल के उपयोग के कारण, वितरण योजना में कई वास्तुशिल्प विकल्प हैं। हालाँकि, जब सर्किट के कुछ हिस्सों को अलग किया जाना चाहिए जबकि अन्य हिस्सों को अलगाव की आवश्यकता नहीं होती है या उन्हें प्रतिबंधित नहीं किया जाता है, तो उपयुक्त पावर कनवर्टर चुनना बेहद चुनौतीपूर्ण हो जाता है।

कुछ मामलों में, हाई-वोल्टेज एसी/डीसी या डीसी/डीसी पावर रेल को अलगाव की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन वितरण लिंक में आगे की ओर अलगाव को प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। डिजाइनरों को जो निर्णय लेने चाहिए उनमें शामिल हैं: क्या एकल बड़ी क्षमता वाली पृथक बिजली आपूर्ति का उपयोग करना है या कई छोटी क्षमता वाली पृथक बिजली आपूर्ति का उपयोग करना है; और क्या आवश्यक स्थानों पर केवल पृथक बिजली स्रोतों का उपयोग करना है और अन्य स्थानों पर गैर-पृथक बिजली स्रोतों का उपयोग करना है (चित्र 2)।

चित्र 2: एक संपूर्ण सिस्टम स्तरीय वितरण आर्किटेक्चर के लिए आमतौर पर पृथक और गैर-पृथक एसी/डीसी और डीसी/डीसी पावर कन्वर्टर्स के संयोजन की आवश्यकता होती है। (छवि स्रोत: टीडीके लैम्ब्डा)

इन जरूरतों को पूरा करने के लिए, टीडीके लैम्ब्डा विभिन्न प्रकार के ऑनबोर्ड हिक/बूस्ट (हिरन/बूस्ट) पृथक और गैर पृथक एसी/डीसी और डीसी/डीसी पावर कन्वर्टर्स प्रदान करता है, जो कई इनपुट/आउटपुट रेटेड वोल्टेज और रेटेड वर्तमान विकल्प प्रदान करता है। विशेष रूप से, इसमें शामिल हैं:

पृथक AC/DC: PFE500F-28/T एक एकल आउटपुट, 28 वोल्ट/18 एम्पीयर (ए) कनवर्टर है जिसका उपयोग 85 से 265 वोल्ट प्रत्यावर्ती धारा (VAC) इनपुट के लिए किया जाता है। यह कनवर्टर 3000 वोल्ट वीएसी इनपुट और आउटपुट आइसोलेशन क्षमता के साथ 122 × 70 × 12.7 मिमी पूरी तरह से संलग्न ईंट मॉड्यूल को अपनाता है, जो उन वातावरणों के लिए उपयुक्त है जहां संवहन या मजबूर वायु शीतलन संभव नहीं है।

गैर पृथक एसी/डीसी: पीएफ1500बी-360 संलग्न मॉड्यूल भी पूर्ण ईंट आकार का है और एसी इनपुट को 360 वीडीसी विनियमित आउटपुट में परिवर्तित कर सकता है। यह पृथक उच्च-वोल्टेज डीसी/डीसी कनवर्टर्स या लोड से सुसज्जित वितरित बिजली प्रणालियों के लिए उपयुक्त है जिनके लिए उच्च-वोल्टेज बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है। 170 से 265 वीएसी के इनपुट वोल्टेज पर, इसकी रेटेड शक्ति 1512 वाट है; 85 से 265 वीएसी के इनपुट वोल्टेज पर, रेटेड पावर 1008 वाट है। इस मॉड्यूल का पावर फैक्टर 0.98 है, जिसकी दक्षता 96.5% तक है।

पृथक डीसी/डीसी: GQA2W024A050V-007-R पृथक डीसी/डीसी कनवर्टर आकार में कॉम्पैक्ट है, एक चौथाई ईंट में पैक किया गया है, और इसका प्रदर्शन उत्कृष्ट है। यह 120 वाट बिजली का उत्पादन कर सकता है और इसमें 3000 वीडीसी तक का इनपुट और आउटपुट आइसोलेशन वोल्टेज है। इस कनवर्टर की कार्यशील इनपुट वोल्टेज रेंज 9 V से 36 V है, और यह 24 A पर 5 V करंट आउटपुट कर सकता है। इसकी मैकेनिकल पैकेजिंग विभिन्न संरचनात्मक कॉन्फ़िगरेशन प्रदान करती है जैसे बॉटम प्लेट, सीलबंद और इनकैप्सुलेटेड (चित्र 3 देखें), जिसे बाहरी ठंडी प्लेटों या हीट सिंक के माध्यम से संवहन और संचालन द्वारा ठंडा किया जा सकता है।

चित्र 3: GQA2W024A050V-007-R कनवर्टर कई पैकेजिंग कॉन्फ़िगरेशन विकल्प प्रदान करता है, जो डिजाइनरों को समग्र पैकेजिंग डिजाइन और कनवर्टर कूलिंग में उच्च लचीलापन प्रदान करता है। (छवि स्रोत: टीडीके लैम्ब्डा)

गैर पृथक डीसी/डीसी: I6A24014A033V-003-R गैर पृथक प्वाइंट ऑफ लोड (पीओएल) डीसी/डीसी कनवर्टर 12 वीडीसी या 24 वीडीसी बिजली स्रोतों से उच्च वर्तमान आउटपुट वोल्टेज रेल बनाने के लिए आदर्श है। इस कनवर्टर की इनपुट वोल्टेज रेंज 9 V से 40 V है, जिसका आउटपुट करंट 14 A तक है और आउटपुट रेगुलेशन रेंज 3.3 V से 24 V है। इसे कॉम्पैक्ट 1/16 ईंट डिज़ाइन में पैक किया गया है।