चार्ज पंप केवल निम्न वर्तमान अनुप्रयोगों के लिए क्यों उपयोग किए जाते हैं?

Question

आमतौर पर एक SMPS में सबसे महंगे (और पाने के लिए) तत्व प्रेरक होते हैं। इस प्रकार मैं सोच रहा था कि सामान्य उपयोग के मामलों के लिए प्रारंभ करनेवाला-कम स्विचिंग मोड बिजली की आपूर्ति (यानी चार्ज पंप) का उपयोग करना संभव है, उदाहरण के लिए एक बेंच-टॉप बिजली की आपूर्ति, निश्चित उच्च शक्ति डीसी-डीसी कन्वर्टर्स (कई एम्पीयर और कुछ सौ वाट बिजली) ), आदि।

सभी चार्ज पंप डिजाइन मैं पा सकता था हालांकि कम बिजली अनुप्रयोगों के लिए थे। क्या एक उच्च शक्ति प्रारंभ करनेवाला-कम बिजली की आपूर्ति को डिजाइन करने से रोकता है? क्या कुछ अंतर्निहित शारीरिक सीमाएँ हैं?

Comments

मुझे संदेह है कि संधारित्रों की तुलना में प्रेरक प्रति इकाई आयतन / लागत में अधिक ऊर्जा संग्रहित कर सकते हैं - कैपेसिटर के किस आकार के लिए एक काल्पनिक चार्ज पंप के लिए बैक-ऑफ-द-ए-लिफाफा गणना करें।

— pjc50

क्या आपने उन कैपेसिटर के लिए कुछ यथार्थवादी ESR (श्रृंखला प्रतिरोध) को शामिल किया है? सिमुलेटर कागज की तरह हैं: आप उन पर कुछ भी काम कर सकते हैं / काम नहीं कर सकते; ;-)

— Bimpelrekkie

एक उचित रूप से निर्मित स्विचिंग बिजली की आपूर्ति के लिए एक पीसीबी की आवश्यकता होती है और यह पीसीबी thsat आइटम प्राप्त करने के लिए सबसे महंगा और कठिन होने की संभावना है क्योंकि आपको इसे डिजाइन करना होगा!

— एंडी उर्फ

@Andyaka पीसीबी न तो सबसे महंगा है और न ही सबसे मुश्किल चीज है।

— अली अलवी

10A की आपूर्ति करने वाला 10uF संधारित्र एक वोल्ट प्रति माइक्रोसेकंड गिरा देगा। 50Khz स्विचिंग आवृत्ति पर, आप 100% लहर देख रहे होंगे।

— सुपरकैट

Answer 1

आपके विचार के साथ दो समस्याएं हैं। एक व्यावहारिक, और एक मौलिक।

व्यावहारिक समस्या यह है कि संचित ऊर्जा संधारित्रों के अनुसार प्रति राशि संधारित्रों की तुलना में अधिक महंगा है, और इसके शीर्ष पर वास्तव में उच्च क्षमता वाले संधारित्रों (इलेक्ट्रोलाइटिक) की उम्र है।

मौलिक समस्या यह है कि एक वोल्टेज स्रोत से संधारित्र को चार्ज करना मौलिक रूप से हानिपूर्ण है (आप गर्मी को नष्ट करते हैं)। यह प्रति-सहज लग सकता है, लेकिन फिर भी सच है। (कुछ समय पहले इस बारे में एक प्रश्न था।) इसलिए एक फ्लाइंग-कैपेसिटर वोल्टेज कनवर्टर, यहां तक ​​कि एक आदर्श एक, स्वाभाविक रूप से अक्षम है। (एक आदर्श प्रारंभ करनेवाला-आधारित वोल्टेज कनवर्टर 100% कुशल है।)

आपको यह अजीब लग सकता है कि दुनिया कैपेसिटर के लिए अनुचित है, लेकिन यह हमारी मानवीय गलती है: हम ज्यादातर वोल्टेज स्रोतों से बिजली की आपूर्ति करते हैं। वर्तमान स्रोतों के लिए उलटा सच है: फ्लाइंग कैपेसिटर से एक आदर्श वर्तमान कनवर्टर 100% कुशल हो सकता है, जबकि इंडिकेटर्स में से एक को नुकसानदेह होना चाहिए।

Comments

धन्यवाद। मैं इस तथ्य के इर्द-गिर्द अपना सिर नहीं जमा सकता कि कैपेसिटर इंडिकेटर्स (एक एसएमपीएस सेटिंग में) से अधिक महंगे हैं। मेरा अनुभव यह है कि, कम से कम मात्रा के लिए, मुझे कुछ गणनाएँ करने की ज़रूरत है, विशिष्ट कोर और तारों को खरीदना और कोर के चारों ओर तार को हवा देना। बहुत समय लगता है। एक संधारित्र के साथ, मैं बस एक तैयार किया हुआ एक खरीदता हूं। दूसरी ओर, मैं एसएमपीएस डोमेन में एक पूर्ण नौसिखिया हूं, इसलिए शायद आसपास बेहतर तरीके हैं।

— अली अलवी

आप निश्चित रूप से तैयार किए गए प्रेरक खरीद सकते हैं! लेकिन मेरे दूसरे बिंदु पर ध्यान दें: एक संधारित्र-आधारित वोल्टेज कनवर्टर स्वाभाविक रूप से हानिपूर्ण है। उसके आसपास कोई रास्ता नहीं।

— वॉटन वैन ऊइजेन

लगता है मैंने अनिवार्य रूप से एक ही बात कही है .. बाद में। उफ़।

— स्परोहो फेफेनी

हुह, अच्छा (+ 1 हर जगह।) क्या यह पिछला सवाल है? Electronics.stackexchange.com/questions/54992/… । मैं कैप और वोल्टेज स्रोतों के बारे में जानता था ... लेकिन वास्तव में इसके बारे में कभी नहीं सोचा था!

— जॉर्ज हेरोल्ड

@Agent_L ओह, मेरा मतलब है कि हाथ से कस्टम दर्जी प्रेरकों के बारे में अधिक जानकारी के लिए, आपके दावे का समर्थन करने के लिए संदर्भ नहीं :)

— अली अलवी

Answer 2

यदि स्रोत और आउटपुट निरंतर चालू होते तो कैपेसिटर बेहतर होते। आप संधारित्र को तब तक चार्ज कर सकते हैं जब तक कि वोल्टेज एक निश्चित स्तर तक नहीं बढ़ जाता है, फिर संधारित्र को एक निरंतर आउटपुट चालू बनाए रखने के लिए लोड प्रतिबाधा में निर्वहन करें। आउटपुट को चालू रखने के लिए आप आउटपुट फ़िल्टर के रूप में एक बड़े प्रारंभकर्ता का उपयोग करेंगे।

चूंकि हमारे स्रोत निरंतर वोल्टेज हैं और हम आम तौर पर निरंतर आउटपुट वोल्टेज चाहते हैं, इसलिए इसे फिल्टर करने के लिए ऊर्जा और कैपेसिटर को स्टोर करने के लिए इंडक्टर्स का उपयोग करना अधिक समझ में आता है।

ध्यान दें कि सभी कुशल स्विचिंग आपूर्ति में कैपेसिटर और इंडोर दोनों हैं ।

हां, चार्ज पंप (फ्लाइंग कैपेसिटर) एक वोल्टेज ले सकता है और इसे इधर-उधर कर सकता है, इसे फ्लिप कर सकता है, यहां तक ​​कि पूर्णांक द्वारा और इस तरह से गुणा कर सकता है, लेकिन जब भी आप चार्ज करते हैं या कैपेसिटर को एक प्रतिरोधक स्विच के माध्यम से डिस्चार्ज करते हैं, तो आप संधारित्र के ऊर्जा परिवर्तन के एक हिस्से को खो देते हैं। स्विच में ही - एक बड़ा वोल्टेज परिवर्तन का अर्थ है अधिक नुकसान। एक कम प्रतिरोध स्विच का मतलब है कि किसी दिए गए वोल्टेज परिवर्तन के लिए खोई हुई ऊर्जा को समय के एक छोटे से टुकड़े में संकुचित किया जाता है, कुल स्थिर रहता है।

Comments

"हर बार जब आप एक संधारित्र को एक प्रतिरोधक स्विच के माध्यम से चार्ज या डिस्चार्ज करते हैं तो आप स्विच में ही संधारित्र के आधे ऊर्जा परिवर्तन को खो देते हैं।" यह सच है अगर आप पूरी तरह से चार्ज करते हैं और हर बार संधारित्र का निर्वहन करते हैं। यदि आप केवल इसे आंशिक रूप से निर्वहन करते हैं तो आप बेहतर कर सकते हैं।

— पीटर ग्रीन

@PeterGreen "ऊर्जा में परिवर्तन" कुल ऊर्जा नहीं है।

— स्पीहरो फेफेनी

कहते हैं कि 1 फ़ेड कैपेसिटर 5V से शुरू होता है और इसे 6V स्रोत से रोकने वाले के माध्यम से 6V पर आरोपित किया जाता है। संधारित्र में ऊर्जा पहले = 0.5 * 1 * 5 * 5 = 12.5। संधारित्र में ऊर्जा = 0.5 * 1 * 6 * 6 = 18 के बाद। संधारित्र में जोड़ा गया ऊर्जा = 18-12.5 = 5.5। आपूर्ति से तैयार ऊर्जा = (6-5) * 1 * 6 = 6। संधारित्र में 5.5 जूल ऊर्जा जोड़ने के लिए केवल 0.5 जूल ऊर्जा खो जाती है।

— पीटर ग्रीन

एक संधारित्र के माध्यम से शून्य से पूर्ण तक संधारित्र चार्ज करते समय आप वास्तव में आधी ऊर्जा खो देते हैं लेकिन ऊर्जा वर्धित छंद ऊर्जा का अनुपात निरंतर नहीं होता है। आवेश का प्रारंभिक चरण बहुत हानिपूर्ण है, देर का चरण बहुत ही कुशल।

— पीटर ग्रीन

"आप संधारित्र को तब तक चार्ज कर सकते हैं जब तक वोल्टेज एक निश्चित स्तर तक नहीं बढ़ जाता है, फिर एक निरंतर उत्पादन चालू बनाए रखने के लिए संधारित्र को लोड प्रतिबाधा में निर्वहन करें।" - जैसा कि यह पता चला है, यह इनपुट पर एक अतिरिक्त संधारित्र के साथ सिर्फ एक हिरन कनवर्टर है ।

— user253751

Answer 3

यदि अलग-अलग वोल्टेज वाले कैपेसिटर के दो कैपेसिटर या श्रृंखला तार एक साथ जुड़े हुए हैं, तो उनके चार्ज एक तरह से औसत हो जाएंगे, जिससे उसमें संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा कम हो जाती है। यदि वे एक प्रारंभ करनेवाला का उपयोग करके जुड़े हुए हैं, तो अतिरिक्त ऊर्जा को उस प्रारंभ करनेवाला को स्थानांतरित कर दिया जाएगा और बाद में उसे किसी उपयोगी उद्देश्य के लिए रखा जा सकता है। यदि कनेक्शन विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक है, तो ऊर्जा 100% ताप में परिवर्तित हो जाएगी। प्रतिरोध को कम करने से ऊर्जा हानि कम नहीं होगी; यह होने के लिए आवश्यक समय की मात्रा को कम कर देगा।

नतीजतन, एक चार्ज पंप के कुशल होने के लिए, कैपेसिटर को इतना बड़ा होना चाहिए कि उन पर वोल्टेज कभी भी बहुत भिन्न न हो। ऐसे मामलों में जहां एक चार्ज पंप को बहुत अधिक ऊर्जा देने की आवश्यकता नहीं होती है, कोई आउटपुट पर एक रैखिक नियामक का उपयोग कर सकता है और वोल्टेज को काफी बढ़ा सकता है कि सबसे खराब स्थिति की स्थिति के तहत आउटपुट वोल्टेज अभी भी विनियमन बनाए रखने के लिए पर्याप्त उच्च होगा, लेकिन दक्षता लोड वोल्टेज के समय के अनुपात के स्रोत वोल्टेज तक बढ़ावा अनुपात द्वारा सीमित किया जाएगा।

Answer 4

चार्ज पंप के साथ कुछ समस्याएं हैं।

1. वे एक ही समय में दक्षता और वोल्टेज विनियमन की पेशकश नहीं कर सकते। आउटपुट वोल्टेज को विनियमित करने का एकमात्र तरीका है कि यह इनपुट वोल्टेज विविधताओं के दौरान स्थिर रहे और लोड भिन्नता जानबूझकर अक्षमता का परिचय दे।
2. वर्तमान में दो स्विचिंग तत्वों (डायोड या ट्रांजिस्टर) के माध्यम से चक्र के चार्जिंग और डिस्चार्जिंग भागों के दौरान गुजरना चाहिए (जबकि एक हिरन या बूस्ट कनवर्टर के साथ इसे केवल एक समय में एक स्विचिंग तत्व से गुजरना पड़ता है)।
3. उत्पादन वोल्टेज अनुपात के लिए वांछित इनपुट पर दक्षता अत्यधिक निर्भर है। यदि आप एक 1.5x वोल्टेज कनवर्टर कहना चाहते हैं, तो आपको या तो कुछ जटिल मल्टी-स्टेज व्यवस्था का उपयोग करना होगा या 2x कनवर्टर बनाना होगा और इसे जानबूझकर अक्षम मोड में चलाना होगा।

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बिंदु 3, किसी भी पूर्णांक अनुपात को बहुत अधिक जटिल जटिलता के बिना कुशलता से संभव है। 1.5x के लिए, 2-श्रृंखला कनेक्शन में कैप्स को चार्ज करें (ताकि प्रत्येक 0.5x आपूर्ति वोल्टेज देखता है), और 3-श्रृंखला में निर्वहन।

— नैट एस।