वोल्टेज परिवर्धक

एक वोल्टेज परिवर्धक एक विद्युत परिपथ है, जो इनपुट वोल्टेज से संधारित्र को चार्ज करता है और इन चार्ज को इस तरह से स्विच करता है कि, आदर्श स्थितियों को, इसके इनपुट के रूप में आउटपुट पर दो बार वोल्टेज का उत्पादन होता है।

इन परिपथों में में सबसे सरल परिशोधक का एक रूप है जो एक एसी वोल्टेज को इनपुट के रूप में लेता है और एक दोगुनी डीसी वोल्टेज को आउटपुट करता है। स्विचिंग तत्व सरल डायोड होते हैं और वे केवल इनपुट के वैकल्पिक वोल्टेज द्वारा स्थिति को बदलने के लिए प्रेरित होते हैं। डीसी-टू-डीसी वोल्टेजपरिवर्धक इस तरह से स्विच नहीं कर सकते हैं और स्विचिंग को नियंत्रित करने के लिए ड्राइविंग परिपथ की आवश्यकता होती है। उन्हें अक्सर एक स्विचिंग तत्व की भी आवश्यकता होती है जिसे सीधे नियंत्रित किया जा सकता है, जैसे ट्रांजिस्टर, सामान्य एसी-टू-डीसी केस के रूप में स्विच में वोल्टेज पर निर्भर होने के बजाय।

वोल्टेज परिवर्धक विभिन्न प्रकार के वोल्टेज गुणक परिपथ होते हैं। कई, लेकिन सभी नहीं, वोल्टेज परिवर्धक परिपथ को एक उच्च क्रम गुणक के एकल चरण के रूप में देखा जा सकता है: समान चरणों को एक साथ मिलाने से अधिक वोल्टेज गुणन प्राप्त होता है।

विलार्ड परिपथ
विलार्ड परिपथ, पॉल उलरिच विलार्ड द्वारा परिकल्पित, केवल एक संधारित्र और एक डायोड होता है। जबकि इसमें सरलता का बड़ा लाभ है, इसके उत्पादन में बहुत खराब तरंग (विद्युत) विशेषताएँ हैं। अनिवार्य रूप से, परिपथ एक  डायोड क्लैंप  परिपथ  है। संधारित्र कोको पीक एसी वोल्टेज (Vpk)के नकारात्मक आधे चक्र पर चार्ज किया जाता है। आउटपुट इनपुट एसी वेवफॉर्म और संधारित्र के स्थिर डीसी का सुपरपोजिशन है। परिपथ का प्रभाव तरंग के डीसी मान को स्थानांतरित करना है। डायोड द्वारा AC वेवफ़ॉर्म की ऋणात्मक चोटियों को 0 V (वास्तव में -VF, डायोड का छोटा फ़ॉरवर्ड बायस वोल्टेज) पर "क्लैंप" किया जाता है, इसलिए आउटपुट वेवफ़ॉर्म की धनात्मक चोटियाँ 2Vpk हैं। पीक-टू-पीक रिपल एक विशाल 2Vpk है और इसे तब तक स्मूथ नहीं किया जा सकता जब तक कि परिपथ को प्रभावी रूप से अधिक परिष्कृत रूपों में से एक में नहीं बदल जाता। यह एक माइक्रोवेव ओवन में मैग्नेट्रॉन के लिए नकारात्मक उच्च वोल्टेज की आपूर्ति करने के लिए उपयोग किया जाने वाला परिपथ (डायोड रिवर्स के साथ) है।

ग्रीनाचर परिपथ
अतिरिक्त घटकों में एक छोटी सी लागत के लिए विलार्ड परिपथ पर ग्रीनाचर वोल्टेज परिवर्धक एक महत्वपूर्ण सुधार है। ओपन-परिपथ लोड स्थितियों के तहत तरंग बहुत कम हो जाती है, नाममात्र शून्य होती है, लेकिन जब करंट खींचा जाता है तो लोड के प्रतिरोध और उपयोग किए गए संधारित्र के मूल्य पर निर्भर करता है। परिपथ एक विलार्ड सेल चरण का अनुसरण करके काम करता है, जो कि एक पीक डिटेक्टर या लिफाफा डिटेक्टर चरण है। पीक डिटेक्टर सेल में आउटपुट पर पीक वोल्टेज को संरक्षित करते हुए अधिकांश रिपल को हटाने का प्रभाव होता है। ग्रीनाचर परिपथ को सामान्यतः, हाफ-वेव वोल्टेज परिशोधक के रूप में भी जाना जाता है। इस परिपथ का आविष्कार पहली बार 1913 में हेनरिक ग्रीनाचर द्वारा किया गया था (1914 में प्रकाशित ) अपने नए आविष्कृत आयनोमीटर के लिए आवश्यक 200-300 V प्रदान करने के लिए, ज्यूरिख पावर स्टेशनों द्वारा आपूर्ति की गई 110 V AC उस समय अपर्याप्त थी। बाद में उन्होंने इस विचार को 1920 में मल्टीप्लायरों के एक झरने में विस्तारित किया। ग्रीनाचर कोशिकाओं के इस झरने को अक्सर गलत तरीके से विलार्ड झरना कहा जाता है। इसे कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर भी कहा जाता है। जॉन कॉकक्रॉफ्ट और अर्नेस्ट वाल्टन द्वारा निर्मित कण त्वरक मशीन के बाद कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन गुणक कहा जाता है, जिन्होंने स्वतंत्र रूप से 1932 में परिपथ की खोज की थी।  इस टोपोलॉजी में अवधारणा को एक ही एसी स्रोत से संचालित विपरीत ध्रुवों के दो ग्रीनाचर कोशिकाओं का उपयोग करके एक वोल्टेज चौगुनी परिपथ तक बढ़ाया जा सकता है। आउटपुट को दो अलग-अलग आउटपुट में लिया जाता है। ब्रिज परिपथ की तरह, इस परिपथ के इनपुट और आउटपुट को एक साथ ग्राउंड करना असंभव है।

डेलोन परिपथ
डेलोन परिपथ वोल्टेज दोहरीकरण के लिए के लिए एक पुल टोपोलॉजी का उपयोग करता है; Jules Delon (1876-1941) was an engineer for the French company Société française des câbles électriques Berthoud-Borel. He used a mechanical rectifier, which was based on a rotating commutator (contact tournant). परिपथ में दो अर्ध-तरंग पीक डिटेक्टर होते हैं, ठीक उसी तरह से काम करते हैं जैसे कि ग्रेनाचर परिपथ में पीक डिटेक्टर सेल। दो शिखर संसूचक कोशिकाओं में से प्रत्येक आने वाली तरंग के विपरीत अर्ध-चक्र पर संचालित होती है। चूंकि उनके आउटपुट श्रृंखला में हैं, आउटपुट पीक इनपुट वोल्टेज का दोगुना है।
 * His apparatus was exhibited at the 1908 Exposition d'électricité in Marseille, France: Georges Tardy (August 15, 1908) "Contact tournant de la Société  française des câbles électriques Systeme Berthoud-Borel", L'Electricien:  Revue Internationale de l'Electricité et de ses Applications, 2nd series, 36 (920) :  97-98.  (Article includes photograph of machine.)  The equipment was used to test insulation on high-voltage commercial power lines.
 * The operation of Delon's bridge rectifier is also explained (with schematic) in: E. von Rziha and Josef Seidener, Starkstromtechnik:  Taschenbuch für Elektrotechniker (High-current technology:  A Pocket book for Electrical Engineers), 5th ed., vol. 1, (Berlin, Germany:  Wilhelm Ernst & Sohn, 1921), pages 710-711.
 * Delon's name and dates appear in: Friedrich Heilbronner, Internationale Liste von Elektrotechnikern (2013), pp. 14-15.  Brief obituary of Jules Delon, Technica (Journal of the Association des anciens eleves de l'ecole centrale Lyonnaise (Association of the Alumni of the Central School of Lyon)), 2nd series, no. 25, page 24 (December 1941).  Available on-line at:  Technica.  See also Delon's U.S. patents no. 1,740,076, no. 1,837,952, and no. 1,995,201. फलस्वरूप इसे फुल-वेव वोल्टेज परिवर्धक भी कहा जाता है। परिपथ का यह रूप, एक समय में, सामान्यतः कैथोड रे ट्यूब टेलीविजन सेटों में पाया जाता था जहां इसका उपयोग अतिरिक्त उच्च तनाव (ईएचटी) आपूर्ति प्रदान करने के लिए किया जाता था। एक ट्रांसफॉर्मर के साथ 5 केवी से अधिक वोल्टेज उत्पन्न करने से घरेलू उपकरणों के संदर्भ में सुरक्षा संबंधी समस्याएं होती हैं और किसी भी मामले में यह असंवैधानिक है। चूँकि, ब्लैक एंड व्हाइट टेलीविज़न सेट के लिए e.h.t की आवश्यकता होती है। 10 केवी के रंग और भी अधिक सेट करता है। वोल्टेज परिवर्धक का उपयोग या तो मुख्य ट्रांसफॉर्मर पर ईएचटी वाइंडिंग पर वोल्टेज को दोगुना करने के लिए किया जाता था या लाइन फ्लाईबैक ट्रांसफार्मर पर वेवफॉर्म पर लगाया जाता था।

स्विच संधारित्र परिपथ
एक अंतरायित्र (विद्युत्स) के साथ वोल्टेज परिवर्धक से पहले डीसी स्रोत के वोल्टेज को दोगुना करने के लिए ऊपर वर्णित सरल डायोड-संधारित्र परिपथ का उपयोग करना संभव है। असल में, यह वोल्टेज परिवर्धक में लगाने से पहले डीसी को एसी में बदल देता है। स्विचिंग उपकरणों को बाहरी घड़ी से चलाकर अधिक कुशल परिपथ बनाए जा सकते हैं ताकि दोनों कार्य, संकर्तक करना और गुणा करना, एक साथ प्राप्त किया जा सके। ऐसे परिपथ को स्विच्ड संधारित्र परिपथ के रूप में जाना जाता है। यह दृष्टिकोण विशेष रूप से कम वोल्टेज बैटरी संचालित अनुप्रयोगों में उपयोगी होता है, जहां एकीकृत परिपथ को बैटरी से अधिक वोल्टेज की आपूर्ति की आवश्यकता होती है। अकसर, एकीकृत परिपथ पर एक घड़ी संकेत आसानी से उपलब्ध होता है और इसे उत्पन्न करने के लिए बहुत कम या कोई अतिरिक्त परिपथ की आवश्यकता नहीं होती है। संकल्पनात्मक रूप से, शायद सबसे सरल स्विच्ड संधारित्र कॉन्फ़िगरेशन है जो चित्र 5 में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। यहां दो संधारित्र समानांतर में एक ही वोल्टेज पर एक साथ चार्ज किए जाते हैं। फिर आपूर्ति बंद कर दी जाती है और संधारित्र को श्रृंखला में बदल दिया जाता है। आउटपुट श्रृंखला में दो संधारित्र से लिया जाता है जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट आपूर्ति वोल्टेज दोगुना हो जाती है। कई अलग-अलग स्विचिंग डिवाइस हैं जिनका उपयोग इस तरह के सर्किट में किया जा सकता है, लेकिन एकीकृत सर्किट में मोसफेट डिवाइस अक्सर कार्यरत होते हैं। एक अन्य बुनियादी अवधारणा चार्ज पंप है, जिसका एक संस्करण योजनाबद्ध रूप से चित्र 6 में दिखाया गया है। चार्ज पंप संधारित्र, सीP, पहले इनपुट वोल्टेज के लिए चार्ज किया जाता है। फिर इसे आउटपुट संधारित्र, CO को इनपुट वोल्टेज के साथ श्रृंखला में चार्ज करने के लिए स्विच किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सीO को अंततः इनपुट वोल्टेज से दोगुना चार्ज किया जाता है। चार्ज पंप CO को पूरी तरह से चार्ज करने में सफल होने से पहले कई चक्र लग सकते हैं लेकिन स्थिर अवस्था में पहुँच जाने के बाद यह केवल CP के लिए CO से लोड को आपूर्ति की जा रही चार्ज के बराबर थोड़ी मात्रा में पंप करना आवश्यक है। जबकि CO चार्ज पंप से डिस्कनेक्ट होने पर यह लोड में आंशिक रूप से डिस्चार्ज हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट वोल्टेज पर रिपल (इलेक्ट्रिकल) होता है। यह तरंग उच्च घड़ी आवृत्तियों के लिए छोटी होती है क्योंकि डिस्चार्ज का समय कम होता है, और फ़िल्टर करना भी आसान होता है।वैकल्पिक रूप से, दिए गए तरंग विनिर्देश के लिए संधारित्र को छोटा बनाया जा सकता है। एकीकृत परिपथों में व्यावहारिक रूप से अधिकतम क्लॉक फ्रीक्वेंसी सामान्यतः सैकड़ों किलोहर्ट्ज़ में होती है।

डिक्सन चार्ज पंप
डिक्सन चार्ज पंप, या डिक्सन गुणक में घड़ी पल्स ट्रेन द्वारा संचालित प्रत्येक संधारित्र की निचली प्लेट के साथ डायोड/संधारित्र कोशिकाओं का एक झरना होता है। परिपथ कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन गुणक का एक संशोधन है, लेकिन एसी इनपुट के बजाय स्विचिंग सिग्नल प्रदान करने वाली क्लॉक ट्रेनों के साथ डीसी इनपुट लेता है। डिक्सन गुणक के लिए आम तौर पर आवश्यक होता है कि वैकल्पिक कोशिकाएं विपरीत चरण की घड़ी की दालों से संचालित हों। चूँकि, चित्र 7 में दिखाए गए वोल्टेज परिवर्धक के लिए केवल एक चरण के गुणन की आवश्यकता होती है, केवल एक घड़ी संकेत की आवश्यकता होती है। डिक्सन गुणक अक्सर एकीकृत परिपथों में नियोजित होता है जहां आपूर्ति वोल्टेज (उदाहरण के लिए बैटरी से) परिपथ्री द्वारा आवश्यक से कम है। एकीकृत परिपथ निर्माण में यह लाभप्रद है कि सभी अर्धचालक घटक मूल रूप से एक ही प्रकार के होते हैं। MOSFETs सामान्यतःकई एकीकृत परिपथों में मानक लॉजिक ब्लॉक होते हैं। इस कारण से डायोड को अक्सर इस प्रकार के ट्रांजिस्टर से बदल दिया जाता है, लेकिन डायोड के रूप में कार्य करने के लिए वायर्ड - एक व्यवस्था जिसे डायोड-वायर्ड MOSFET कहा जाता है। चित्र 8 डायोड-वायर्ड एन-चैनल एन्हांसमेंट प्रकार MOSFETs का उपयोग करके डिक्सन वोल्टेज परिवर्धक दिखाता है। बेसिक डिक्सन चार्ज पंप के लिए कई संशोधित डिक्सन गुणक हैं। इनमें से कई ट्रांजिस्टर ड्रेन-सोर्स वोल्टेज के प्रभाव को कम करने से संबंधित हैं। यह बहुत महत्वपूर्ण हो सकता है यदि इनपुट वोल्टेज छोटा हो, जैसे कि लो-वोल्टेज बैटरी। आदर्श स्विचिंग तत्वों के साथ आउटपुट इनपुट का एक अभिन्न गुणक है (एक परिवर्धक के लिए दो) लेकिन इनपुट स्रोत और MOSFET स्विच के रूप में सिंगल-सेल बैटरी के साथ आउटपुट इस मान से बहुत कम होगा क्योंकि बहुत अधिक वोल्टेज गिरा दिया जाएगा ट्रांजिस्टर के पार। असतत घटकों का उपयोग करने वाले परिपथ के लिए स्कॉटकी डायोड स्विचिंग तत्व का एक बेहतर विकल्प होगा, जो राज्य में बेहद कम वोल्टेज ड्रॉप के लिए होगा। हालांकि, एकीकृत परिपथ डिजाइनर आसानी से उपलब्ध एमओएसएफईटी का उपयोग करना पसंद करते हैं और बढ़ी हुई परिपथ जटिलता के साथ इसकी अपर्याप्तता की भरपाई करते हैं। एक उदाहरण के रूप में, एक क्षारीय बैटरी सेल का नाममात्र वोल्टेज होता है 1.5 V. शून्य वोल्टेज ड्रॉप के साथ आदर्श स्विचिंग तत्वों का उपयोग करने वाला एक वोल्टेज परिवर्धक इसका उत्पादन दोगुना करेगा, अर्थात् 3.0 V. चूँकि, डायोड-वायर्ड MOSFET का ड्रेन-सोर्स वोल्टेज ड्रॉप जब यह चालू अवस्था में होता है तो कम से कम गेट थ्रेशोल्ड वोल्टेज होना चाहिए जो सामान्यतःहो सकता है 0.9 V. यह वोल्टेज परिवर्धक केवल आउटपुट वोल्टेज को लगभग बढ़ाने में सफल होगा 0.6 V को 2.1 V. यदि अंतिम चौरसाई ट्रांजिस्टर में गिरावट को भी ध्यान में रखा जाता है तो परिपथ कई चरणों का उपयोग किए बिना वोल्टेज को बढ़ाने में सक्षम नहीं हो सकता है। दूसरी ओर, एक विशिष्ट Schottky डायोड में एक ऑन स्टेट वोल्टेज हो सकता है 0.3 V. इस Schottky डायोड का उपयोग करने वाले एक परिवर्धक के परिणामस्वरूप वोल्टेज होगा 2.7 V, या स्मूथिंग डायोड के बाद आउटपुट पर, 2.4 V.

क्रॉस-युग्मित स्विच्ड संधारित्र
क्रॉस-युग्मित स्विच्ड संधारित्र परिपथ बहुत कम इनपुट वोल्टेज के लिए स्वयं में आते हैं। वायरलेस बैटरी चालित उपकरण जैसे कि पेजर, ब्लूटूथ डिवाइस और इसी तरह एक वोल्ट के तहत डिस्चार्ज होने पर बिजली की आपूर्ति जारी रखने के लिए एकल-सेल बैटरी की आवश्यकता हो सकती है। जब घड़ी $$\phi_1 \ $$ निम्न ट्रांजिस्टर है Q2 बंद है। उसी समय घड़ी $$\phi_2 \ $$ ट्रांजिस्टर क्यू पर उच्च मोड़ है1 परिणामस्वरूप संधारित्र सी1 वी पर चार्ज किया जा रहा हैin. कब $$\phi_1 \ $$ C की शीर्ष प्लेट ऊपर जाती है1 दो बार वी तक धकेल दिया जाता हैin. उसी समय स्विच एस1 बंद हो जाता है इसलिए यह वोल्टेज आउटपुट पर दिखाई देता है। साथ ही क्यू2 C की अनुमति देने पर चालू है2 प्रभावित करना। अगले आधे चक्र में भूमिकाओं को उलट दिया जाएगा: $$\phi_1 \ $$ कम होगा, $$\phi_2 \ $$ उच्च होगा, एस1 खुल जाएगा और एस2 बंद होगा। इस प्रकार, आउटपुट 2V के साथ आपूर्ति की जाती हैin वैकल्पिक रूप से परिपथ के प्रत्येक तरफ से। इस परिपथ में नुकसान कम है क्योंकि डायोड-वायर्ड MOSFETs और उनसे संबंधित थ्रेशोल्ड वोल्टेज की समस्या नहीं है। परिपथ का यह भी फायदा है कि तरंग की आवृत्ति दोगुनी हो जाती है क्योंकि प्रभावी रूप से दो वोल्टेज परिवर्धक होते हैं जो दोनों चरण की घड़ियों से आउटपुट की आपूर्ति करते हैं। इस परिपथ का प्राथमिक नुकसान यह है कि आवारा समाई डिक्सन गुणक की तुलना में बहुत अधिक महत्वपूर्ण हैं और इस परिपथ में नुकसान के बड़े हिस्से के लिए जिम्मेदार हैं।

यह भी देखें

 * बूस्ट कनर्वटर
 * बक-बूस्ट कनवर्टर
 * डीसी से डीसी कनवर्टर
 * फ्लाईबैक कन्वर्टर

ग्रन्थसूची

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प्राथमिक स्रोत
श्रेणी:विद्युत परिपथ श्रेणी:विद्युत शक्ति रूपांतरण श्रेणी:एनालॉग परिपथ श्रेणी:विद्युत डिजाइन श्रेणी:शुद्ध करनेवाला