SMPS లో ఇండక్టర్ కాయిల్ పాత్ర

స్విచ్డ్ మోడ్ కన్వర్టర్ లేదా SMPS యొక్క అత్యంత కీలకమైన అంశం ప్రేరకము.

సంక్షిప్త ON వ్యవధిలో ఇండక్టర్ యొక్క ప్రధాన పదార్థంలో శక్తి అయస్కాంత క్షేత్రం రూపంలో నిల్వ చేయబడుతుంది (t_పై) MOSFET లేదా BJT వంటి కనెక్ట్ చేయబడిన స్విచింగ్ మూలకం ద్వారా మార్చబడింది.

SMPS లో ఇండక్టర్ ఎలా పనిచేస్తుంది

ఈ ON పీరియడ్ వోల్టేజ్ సమయంలో, V, ఇండక్టర్, L, మరియు ఇండక్టర్ ద్వారా కరెంట్ అంతటా వర్తించబడుతుంది.

ఈ ప్రస్తుత మార్పు ఇండక్టెన్స్ ద్వారా 'పరిమితం చేయబడింది', అందువల్ల SMPS ప్రేరకానికి ప్రత్యామ్నాయ పేరుగా సాధారణంగా ఉపయోగించే చౌక్ అనే పదాన్ని మేము కనుగొన్నాము, ఇది ఫార్ములా ద్వారా గణితశాస్త్రంలో ప్రాతినిధ్యం వహిస్తుంది:

di / dt = V / L.

స్విచ్ ఆపివేయబడినప్పుడు, ప్రేరకంలో నిల్వ చేయబడిన శక్తి విడుదల అవుతుంది లేదా 'తిరిగి తన్నబడింది'.

క్షేత్రాన్ని పట్టుకోవటానికి ప్రస్తుత ప్రవాహం లేదా వోల్టేజ్ లేకపోవడం వల్ల వైండింగ్లలో అభివృద్ధి చెందిన అయస్కాంత క్షేత్రం కూలిపోతుంది. ఈ సమయంలో కుప్పకూలిన క్షేత్రం వైండింగ్ల ద్వారా తీవ్రంగా 'కత్తిరించుకుంటుంది', ఇది రివర్స్ వోల్టేజ్‌ను మొదట అనువర్తిత స్విచ్చింగ్ వోల్టేజ్‌కు వ్యతిరేక ధ్రువణతను కలిగి ఉంటుంది.

ఈ వోల్టేజ్ ఒక కరెంట్ ఒకే దిశలో కదలడానికి కారణమవుతుంది. ఇండక్టర్ వైండింగ్ యొక్క ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ మధ్య శక్తి మార్పిడి జరుగుతుంది.

పైన వివరించిన పద్ధతిలో ఇండక్టర్‌ను అమలు చేయడం లెంజ్ చట్టం యొక్క ప్రాధమిక అనువర్తనంగా చూడవచ్చు. మరోవైపు, కెపాసిటర్ మాదిరిగానే ఇండక్టర్‌లో ఏ శక్తిని 'అనంతంగా' నిల్వ చేయలేమని మొదట అనిపిస్తుంది.

సూపర్ కండక్టింగ్ వైర్ ఉపయోగించి నిర్మించిన ఇండక్టర్‌ను g హించుకోండి. మారే సంభావ్యతతో ఒకసారి 'ఛార్జ్' చేయబడితే, నిల్వ చేయబడిన శక్తిని అయస్కాంత క్షేత్రం రూపంలో ఎప్పటికీ ఉంచవచ్చు.

అయితే, ఈ శక్తిని త్వరగా తీయడం పూర్తిగా భిన్నమైన సమస్య. ప్రేరకంలో ఎంత శక్తిని నిల్వ చేయవచ్చనేది ఇండక్టర్ యొక్క ప్రధాన పదార్థం యొక్క సంతృప్త ప్రవాహ సాంద్రత Bmax ద్వారా పరిమితం చేయబడుతుంది.

ఈ పదార్థం సాధారణంగా ఫెర్రైట్. ఒక ప్రేరక సంతృప్తంలోకి పరిగెత్తిన క్షణం, కోర్ పదార్థం అయస్కాంతీకరించే సామర్థ్యాన్ని కోల్పోతుంది.

పదార్థం లోపల ఉన్న అన్ని అయస్కాంత డైపోల్స్ సమలేఖనం అవుతాయి, తద్వారా ఎక్కువ శక్తి దాని లోపల అయస్కాంత క్షేత్రంగా పేరుకుపోదు. పదార్థం యొక్క సంతృప్త ప్రవాహ సాంద్రత సాధారణంగా కోర్ ఉష్ణోగ్రతలో మార్పులతో ప్రభావితమవుతుంది, ఇది దాని అసలు విలువ కంటే 25 ° C వద్ద 100 ° C లో 50% తగ్గుతుంది.

ఖచ్చితంగా చెప్పాలంటే, SMPS ఇండక్టర్ కోర్ సంతృప్తపరచకుండా నిరోధించబడకపోతే, ప్రేరక ప్రభావం కారణంగా ప్రవాహం అనియంత్రితంగా మారుతుంది.

ఇది ఇప్పుడు వైండింగ్ల నిరోధకతతో పరిమితం అవుతుంది మరియు మూల సరఫరా అందించగల ప్రస్తుత మొత్తం. పరిస్థితి సాధారణంగా స్విచ్చింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క గరిష్ట సమయానికి నియంత్రించబడుతుంది, ఇది కోర్ యొక్క సంతృప్తిని నివారించడానికి తగిన విధంగా పరిమితం చేయబడింది.

ఇండక్టర్ వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ లెక్కిస్తోంది

సంతృప్త బిందువును నియంత్రించడానికి మరియు ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి, ఇండక్టర్ అంతటా ప్రస్తుత మరియు వోల్టేజ్ అన్ని SMPS డిజైన్లలో తగిన విధంగా లెక్కించబడుతుంది. సమయంతో ప్రస్తుత మార్పు ఇది SMPS రూపకల్పనలో కీలకమైన అంశం అవుతుంది. ఇది ఇస్తుంది:

i = (విన్ / ఎల్) టి_పై

పై సూత్రం ఇండక్టర్‌తో సిరీస్‌లో సున్నా నిరోధకతను పరిగణిస్తుంది. అయినప్పటికీ, ఆచరణాత్మకంగా, స్విచ్చింగ్ ఎలిమెంట్, ఇండక్టర్, మరియు పిసిబి ట్రాక్‌తో సంబంధం ఉన్న ప్రతిఘటన ఇండక్టర్ ద్వారా గరిష్ట ప్రవాహాన్ని పరిమితం చేయడానికి దోహదం చేస్తుంది.

ఇది ప్రతిఘటనను మొత్తం 1 ఓం అని అనుకుందాం, ఇది చాలా సహేతుకమైనది.

అందువల్ల ఇండక్టర్ ద్వారా కరెంట్‌ను ఇప్పుడు ఇలా అర్థం చేసుకోవచ్చు:

i = (వి_లో/ R) x (1 - ఇ^{-t_పైఆర్ / ఎల్})

కోర్ సంతృప్త గ్రాఫ్‌లు

మొదటి గ్రాఫ్ క్రింద చూపిన గ్రాఫ్‌లను సూచిస్తే సిరీస్ నిరోధకత లేని 10 µH ఇండక్టర్ ద్వారా కరెంట్‌లోని వ్యత్యాసాన్ని చూపిస్తుంది మరియు 1 ఓం సిరీస్‌లో చేర్చబడినప్పుడు.

ఉపయోగించిన వోల్టేజ్ 10 వి. ఏదైనా సిరీస్ 'పరిమితం' నిరోధకత లేకపోతే, అనంతమైన కాలపరిమితిలో విద్యుత్తు వేగంగా మరియు నిరంతరం పెరుగుతుంది.

స్పష్టంగా, ఇది సాధ్యపడకపోవచ్చు, అయినప్పటికీ, ఇండక్టర్‌లోని కరెంట్ త్వరగా గణనీయమైన మరియు ప్రమాదకరమైన పరిమాణాలను పొందగలదని నివేదిక నొక్కి చెబుతుంది. ఇండక్టర్ సంతృప్త బిందువు క్రింద ఉన్నంతవరకు ఈ సూత్రం చెల్లుతుంది.

ఇండక్టర్ కోర్ సంతృప్తిని చేరుకున్న వెంటనే, ప్రేరక ఏకాగ్రత ప్రస్తుత పెరుగుదలను ఆప్టిమైజ్ చేయలేకపోతుంది. అందువల్ల ప్రస్తుతము చాలా వేగంగా పెరుగుతుంది, ఇది సమీకరణం యొక్క అంచనా పరిధికి మించినది. సంతృప్త సమయంలో, సిరీస్ నిరోధకత మరియు అనువర్తిత వోల్టేజ్ ద్వారా సాధారణంగా స్థాపించబడిన విలువ వద్ద ప్రస్తుత పరిమితం అవుతుంది.

చిన్న ప్రేరకాల విషయంలో వాటి ద్వారా విద్యుత్తు పెరుగుదల నిజంగా వేగంగా ఉంటుంది, కాని అవి నిర్ణీత కాలపరిమితిలో గణనీయమైన స్థాయి శక్తిని నిలుపుకోగలవు. దీనికి విరుద్ధంగా, పెద్ద ప్రేరక విలువలు మందగించిన ప్రస్తుత పెరుగుదలను చూపుతాయి, అయితే ఇవి ఒకే నిర్ణీత సమయంలో అధిక స్థాయి శక్తిని నిలుపుకోలేవు.

ఈ ప్రభావాన్ని రెండవ మరియు మూడవ గ్రాఫ్లలో చూడవచ్చు, 10V సరఫరా ఉపయోగించినప్పుడు 10 µH, 100 µH, మరియు 1 mH ప్రేరకాలలో ప్రస్తుత పెరుగుదల పెరుగుతుంది.

గ్రాఫ్ 3 అదే విలువలతో ప్రేరకాల కోసం కాలక్రమేణా నిల్వ చేయబడిన శక్తిని సూచిస్తుంది.

నాల్గవ గ్రాఫ్‌లో 10 V ని వర్తింపజేయడం ద్వారా అదే ఇండక్టర్ల ద్వారా ప్రస్తుత పెరుగుదలను మనం చూడవచ్చు, అయితే ఇప్పుడు 1 ఓం యొక్క సిరీస్ నిరోధకత ఇండక్టర్‌తో సిరీస్‌లో చొప్పించబడింది.

ఐదవ గ్రాఫ్ అదే ప్రేరకాల కోసం నిల్వ చేసిన శక్తిని ప్రదర్శిస్తుంది.

ఇక్కడ, 10 µH ఇండక్టర్ ద్వారా ఈ ప్రవాహం 10 వైపు వేగంగా పెరుగుతుంది, గరిష్ట విలువ సుమారు 50 ఎంఎస్‌లలో. అయితే 1 ఓం రెసిస్టర్ ఫలితంగా ఇది 500 మిల్లీజౌల్స్‌కు మాత్రమే నిలుపుకోగలదు.

100 µH మరియు 1 mH ప్రేరకాల ద్వారా కరెంట్ పెరుగుతుంది మరియు నిల్వ చేయబడిన శక్తి అదే సమయంలో సిరీస్ నిరోధకతతో సహేతుకంగా ప్రభావితం కాదు.