कुक (Ćuk) कनवर्टर: Difference between revisions
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{{Short description|Type of buck-boost converter with low ripple current}} | {{Short description|Type of buck-boost converter with low ripple current}} | ||
[[Image:Commutation cell in converters.svg|thumb|505x505px| | [[Image:Commutation cell in converters.svg|thumb|505x505px|बक-बूस्ट, यूके। इनपुट बाईं ओर है, लोड के साथ आउटपुट दाईं ओर है। स्विच सामान्यतः [[MOSFET|मोस्फेत]], [[IGBT|आईजीबीटी]], या [[BJT|बीजेटी]] ट्रांजिस्टर होता है।]]'''कुक कनवर्टर''' (उच्चारण कुक; कभी-कभी गलत विधियों से कुक, कुक या कुक लिखा जाता है) लघु [[ तरंग (विद्युत) |तरंग (विद्युत)]] के साथ बक-बूस्ट कनवर्टर का प्रकार होता है।<ref>{{Cite web|last=Anushree|first=Anushree|date=2020-08-03|title=What is a Ćuk Converter?|url=https://eepower.com/technical-articles/intro-to-cuk-converters-part-1/|url-status=live|archive-url=https://web.archive.org/web/20210203082056/https://eepower.com/technical-articles/intro-to-cuk-converters-part-1/ |archive-date=2021-02-03 |access-date=2021-01-28|website=eepower.com}}</ref> इस प्रकार कुक कनवर्टर को बूस्ट कनवर्टर और बक कनवर्टर के संयोजन के रूप में देखा जा सकता है, जिसमें ऊर्जा को जोड़ने के लिए स्विचिंग डिवाइस और पारस्परिक संधारित्र होता है। | ||
इनवर्टिंग टोपोलॉजी के साथ बक-बूस्ट कनवर्टर के समान, गैर-पृथक कुक कनवर्टर का आउटपुट वोल्टेज सामान्यतः विपरीत होता है, जिसमें इनपुट वोल्टेज के संबंध में लघु या अधिक मान होते हैं। सामान्यतः डीसी कन्वर्टर्स में, [[प्रारंभ करनेवाला| | इनवर्टिंग टोपोलॉजी के साथ बक-बूस्ट कनवर्टर के समान, गैर-पृथक कुक कनवर्टर का आउटपुट वोल्टेज सामान्यतः विपरीत होता है, जिसमें इनपुट वोल्टेज के संबंध में लघु या अधिक मान होते हैं। सामान्यतः डीसी कन्वर्टर्स में, [[प्रारंभ करनेवाला|प्रेरक]] का उपयोग मुख्य ऊर्जा-भंडारण घटक के रूप में किया जाता है। जिससे कि कनवर्टर में, मुख्य ऊर्जा-भंडारण घटक संधारित्र होता है। इसका नाम [[कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान]] के स्लोबोडन ज़ुक के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने सबसे पहले डिज़ाइन प्रस्तुत किया था।<ref>{{cite conference | last1 = Ćuk | first1 = Slobodan | last2 = Middlebrook | first2 = R. D. | date = June 8, 1976 | title = स्विचिंग-कनवर्टर पावर चरणों की मॉडलिंग के लिए एक सामान्य एकीकृत दृष्टिकोण| conference = Proceedings of the IEEE Power Electronics Specialists Conference | pages = 73–86 | location = Cleveland, OH. | url = http://www.ee.bgu.ac.il/~kushnero/temp/guamicuk.pdf | format = PDF | accessdate = 2008-12-31}}</ref> | ||
=='''गैर-पृथक कुक कनवर्टर'''== | =='''गैर-पृथक कुक कनवर्टर'''== | ||
मूलभूत कुक कनवर्टर पर भिन्नताएं होती हैं। उदाहरण के लिए, कॉइल एकल चुंबकीय कोर साझा कर सकते हैं, जो आउटपुट तरंग को गिरा देता है, और दक्षता बढ़ाता है। चूँकि संधारित्र के माध्यम से विद्युत स्थानांतरण निरंतर प्रवाहित होता है, इस प्रकार के स्विचर ने [[विद्युत चुम्बकीय विकिरण]] को न्यूनतम कर दिया है। इस आधार पर कुक कनवर्टर डायोड और स्विच का उपयोग करके ऊर्जा को द्विदिश रूप से प्रवाहित करने की अनुमति देता है। | मूलभूत कुक कनवर्टर पर भिन्नताएं होती हैं। उदाहरण के लिए, कॉइल एकल चुंबकीय कोर साझा कर सकते हैं, जो आउटपुट तरंग को गिरा देता है, और दक्षता बढ़ाता है। चूँकि संधारित्र के माध्यम से विद्युत स्थानांतरण निरंतर प्रवाहित होता है, इस प्रकार के स्विचर ने [[विद्युत चुम्बकीय विकिरण]] को न्यूनतम कर दिया है। इस आधार पर कुक कनवर्टर डायोड और स्विच का उपयोग करके ऊर्जा को द्विदिश रूप से प्रवाहित करने की अनुमति देता है। | ||
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इस कनवर्टर का मुख्य '''लाभ''' कनवर्टर के इनपुट और आउटपुट पर निरंतर धाराएं हैं। इस प्रकार मुख्य '''हानि''' स्विच पर उच्च वर्तमान तनाव है।<ref>{{Cite book|last=Petrocelli|first=R.|url=https://cds.cern.ch/record/1641409|title=Proceedings of the CAS–CERN Accelerator School: Power Converters|publisher=[[CERN]]|year=2015|isbn=9789290834151|editor-last=Bailey|editor-first=R.|location=Geneva|page=131|pages=|chapter=One-Quadrant Switched-Mode Power Converters|arxiv=1607.02868|doi=10.5170/CERN-2015-003}}</ref> | इस कनवर्टर का मुख्य '''लाभ''' कनवर्टर के इनपुट और आउटपुट पर निरंतर धाराएं हैं। इस प्रकार मुख्य '''हानि''' स्विच पर उच्च वर्तमान तनाव है।<ref>{{Cite book|last=Petrocelli|first=R.|url=https://cds.cern.ch/record/1641409|title=Proceedings of the CAS–CERN Accelerator School: Power Converters|publisher=[[CERN]]|year=2015|isbn=9789290834151|editor-last=Bailey|editor-first=R.|location=Geneva|page=131|pages=|chapter=One-Quadrant Switched-Mode Power Converters|arxiv=1607.02868|doi=10.5170/CERN-2015-003}}</ref> | ||
[[File:Cuk converter.png|center|thumb|640x640px|'''चित्र। 1. कूक कनवर्टर परिपथ आरेख।''']]संधारित्र | [[File:Cuk converter.png|center|thumb|640x640px|'''चित्र। 1. कूक कनवर्टर परिपथ आरेख।''']]संधारित्र C<sub>1</sub> ऊर्जा स्थानांतरित करने के लिए उपयोग किया जाता है। यह ट्रांजिस्टर और डायोड के न्यूनीकरण के माध्यम से कनवर्टर के इनपुट और आउटपुट से वैकल्पिक रूप से जुड़ा हुआ है (आंकड़े 2 और 3 देखें)। | ||
दो प्रेरक | दो प्रेरक L<sub>1</sub> और I<sub>2</sub> क्रमशः इनपुट वोल्टेज स्रोत (V<sub>S</sub>) को परिवर्तित करने के लिए उपयोग किया जाता है) और आउटपुट वोल्टेज स्रोत (V<sub>o</sub>) वर्तमान स्रोतों में थोड़े समय के पैमाने पर, प्रेरक को वर्तमान स्रोत के रूप में माना जा सकता है जिससे कि यह स्थिर धारा बनाए रखता है। यह रूपांतरण आवश्यक होता है जिससे कि यदि संधारित्र सीधे वोल्टेज स्रोत से जुड़ा होता है, तब धारा केवल परजीवी प्रतिरोध द्वारा सीमित होती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ऊर्जा में हानि होती है। इस प्रकार संधारित्र को वर्तमान स्रोत (प्रारंभ करने वाला) के साथ चार्ज करने से प्रतिरोधक धारा सीमित होने और उससे जुड़ी ऊर्जा हानि को रोका जा सकता है। | ||
अन्य कन्वर्टर्स (बक कन्वर्टर, बूस्ट कन्वर्टर, बक-बूस्ट कन्वर्टर) की भांति, कुक कन्वर्टर या तब निरंतर या असंतत वर्तमान मोड में कार्य कर सकता है। चूँकि, इन कन्वर्टर्स के विपरीत, यह असंतत वोल्टेज मोड में भी कार्य कर सकता है ( | अन्य कन्वर्टर्स (बक कन्वर्टर, बूस्ट कन्वर्टर, बक-बूस्ट कन्वर्टर) की भांति, कुक कन्वर्टर या तब निरंतर या असंतत वर्तमान मोड में कार्य कर सकता है। चूँकि, इन कन्वर्टर्स के विपरीत, यह असंतत वोल्टेज मोड में भी कार्य कर सकता है (न्यूनीकरण चक्र के समय संधारित्र पर वोल्टेज शून्य हो जाता है)। | ||
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[[Image:Cuk operating.svg|thumb|232x232px| | [[Image:Cuk operating.svg|thumb|232x232px| चित्र 2.: गैर-पृथक कुक कनवर्टर की दो ऑपरेटिंग अवस्थाएँ।]]स्थिर अवस्था में, प्रेरकों में संग्रहीत ऊर्जा को न्यूनीकरण चक्र के प्रारंभ और अंत में समान रहना पड़ता है। इस प्रकार प्रेरक में ऊर्जा निम्न द्वारा दी जाती है: | ||
<math>E=\frac{1}{2}LI^2</math> | <math>E=\frac{1}{2}LI^2</math> | ||
इसका तात्पर्य यह है कि प्रेरकों के माध्यम से धारा | इसका तात्पर्य यह है कि प्रेरकों के माध्यम से धारा न्यूनीकरण चक्र के प्रारंभ और अंत में समान होती है। चूँकि किसी प्रेरक के माध्यम से धारा का विकास उसके पार वोल्टेज से संबंधित होता है: | ||
<math>V_L=L\frac{dI}{dt}</math> | <math>V_L=L\frac{dI}{dt}</math> | ||
यह देखा जा सकता है कि स्थिर-अवस्था की आवश्यकताओं को पूर्ण करने के लिए | यह देखा जा सकता है कि स्थिर-अवस्था की आवश्यकताओं को पूर्ण करने के लिए न्यूनीकरण अवधि में प्रारंभ करने वाला वोल्टेज का औसत मूल्य शून्य होता है। | ||
यदि हम मानते हैं कि संधारित्र C<sub>1</sub>और C<sub>2</sub> इतने बड़े होते हैं कि उन पर वोल्टेज तरंग नगण्य हो जाती है, अतः प्रारंभ करने वाला वोल्टेज बन जाते हैं: | यदि हम मानते हैं कि संधारित्र C<sub>1</sub>और C<sub>2</sub> इतने बड़े होते हैं कि उन पर वोल्टेज तरंग नगण्य हो जाती है, अतः प्रारंभ करने वाला वोल्टेज बन जाते हैं: | ||
* ''''ऑफ़-स्टेट'''<nowiki/>' में, | * ''''ऑफ़-स्टेट'''<nowiki/>' में, प्रेरक L<sub>1</sub> V<sub>s</sub> के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है और C<sub>1</sub> (चित्र 2 देखें)। अतः <math display="inline">V_{L1}=V_s-V_{C1}</math>. चूंकि डायोड D आगे की ओर पक्षपाती है (हम शून्य वोल्टेज ड्रॉप पर विचार करते हैं), L<sub>2</sub> सीधे आउटपुट संधारित्र से जुड़ा होता है। इसलिए <math>V_{L2}=V_o</math> | ||
* '''ऑन-स्टेट''' में, | * '''ऑन-स्टेट''' में, प्रेरक L<sub>1</sub>सीधे इनपुट स्रोत से जुड़ा है। इसलिए ''<math display="inline">V_{L1}=V_s</math>. ''प्रेरक L<sub>2</sub> C और आउटपुट संधारित्र के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, इसलिए ''<math>V_{L2}=V_o+V_C</math>'' | ||
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===प्रेरक युग्मन=== | ===प्रेरक युग्मन=== | ||
दो भिन्न-भिन्न | दो भिन्न-भिन्न प्रेरक घटकों का उपयोग करने के अतिरिक्त, अनेक डिजाइनर एकल चुंबकीय घटक का उपयोग करके युग्मित प्रारंभ करनेवाला कनवर्टर क्रियान्वित करते हैं, जिसमें ही कोर पर दोनों प्रेरक सम्मिलित होते हैं। उस घटक के अंदर इंडक्टर्स के मध्य ट्रांसफॉर्मर क्रिया दो स्वतंत्र असतत प्रारंभ करने वाला घटकों का उपयोग करके कुक कनवर्टर की तुलना में लघु आउटपुट तरंग के साथ युग्मित प्रारंभ करने वाला कुक कनवर्टर देती है।<ref>[https://web.archive.org/web/20160406002915/http://boostbuck.com/TheFourTopologies.html The Four Boostbuck Topologies]</ref> | ||
===ज़ेटा कनवर्टर=== | ===ज़ेटा कनवर्टर=== | ||
ज़ेटा कनवर्टर गैर-पृथक, गैर-इनवर्टिंग, बक-बूस्ट विद्युत आपूर्ति टोपोलॉजी है। | ज़ेटा कनवर्टर गैर-पृथक, गैर-इनवर्टिंग, बक-बूस्ट विद्युत आपूर्ति टोपोलॉजी है। | ||
Revision as of 12:00, 5 October 2023
कुक कनवर्टर (उच्चारण कुक; कभी-कभी गलत विधियों से कुक, कुक या कुक लिखा जाता है) लघु तरंग (विद्युत) के साथ बक-बूस्ट कनवर्टर का प्रकार होता है।[1] इस प्रकार कुक कनवर्टर को बूस्ट कनवर्टर और बक कनवर्टर के संयोजन के रूप में देखा जा सकता है, जिसमें ऊर्जा को जोड़ने के लिए स्विचिंग डिवाइस और पारस्परिक संधारित्र होता है।
इनवर्टिंग टोपोलॉजी के साथ बक-बूस्ट कनवर्टर के समान, गैर-पृथक कुक कनवर्टर का आउटपुट वोल्टेज सामान्यतः विपरीत होता है, जिसमें इनपुट वोल्टेज के संबंध में लघु या अधिक मान होते हैं। सामान्यतः डीसी कन्वर्टर्स में, प्रेरक का उपयोग मुख्य ऊर्जा-भंडारण घटक के रूप में किया जाता है। जिससे कि कनवर्टर में, मुख्य ऊर्जा-भंडारण घटक संधारित्र होता है। इसका नाम कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान के स्लोबोडन ज़ुक के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने सबसे पहले डिज़ाइन प्रस्तुत किया था।[2]
गैर-पृथक कुक कनवर्टर
मूलभूत कुक कनवर्टर पर भिन्नताएं होती हैं। उदाहरण के लिए, कॉइल एकल चुंबकीय कोर साझा कर सकते हैं, जो आउटपुट तरंग को गिरा देता है, और दक्षता बढ़ाता है। चूँकि संधारित्र के माध्यम से विद्युत स्थानांतरण निरंतर प्रवाहित होता है, इस प्रकार के स्विचर ने विद्युत चुम्बकीय विकिरण को न्यूनतम कर दिया है। इस आधार पर कुक कनवर्टर डायोड और स्विच का उपयोग करके ऊर्जा को द्विदिश रूप से प्रवाहित करने की अनुमति देता है।
संचालन सिद्धांत
गैर-पृथक कुक कनवर्टर में दो इंडक्टर्स, दो संधारित्र, स्विच (सामान्यतः ट्रांजिस्टर), और डायोड सम्मिलित होता है। इसका योजनाबद्ध चित्र 1 में देखा जा सकता है। यह इनवर्टिंग कनवर्टर है, इसलिए इनपुट वोल्टेज के संबंध में आउटपुट वोल्टेज ऋणात्मक होता है।
इस कनवर्टर का मुख्य लाभ कनवर्टर के इनपुट और आउटपुट पर निरंतर धाराएं हैं। इस प्रकार मुख्य हानि स्विच पर उच्च वर्तमान तनाव है।[3]
File:Cuk converter.png
चित्र। 1. कूक कनवर्टर परिपथ आरेख।
संधारित्र C1 ऊर्जा स्थानांतरित करने के लिए उपयोग किया जाता है। यह ट्रांजिस्टर और डायोड के न्यूनीकरण के माध्यम से कनवर्टर के इनपुट और आउटपुट से वैकल्पिक रूप से जुड़ा हुआ है (आंकड़े 2 और 3 देखें)।
दो प्रेरक L1 और I2 क्रमशः इनपुट वोल्टेज स्रोत (VS) को परिवर्तित करने के लिए उपयोग किया जाता है) और आउटपुट वोल्टेज स्रोत (Vo) वर्तमान स्रोतों में थोड़े समय के पैमाने पर, प्रेरक को वर्तमान स्रोत के रूप में माना जा सकता है जिससे कि यह स्थिर धारा बनाए रखता है। यह रूपांतरण आवश्यक होता है जिससे कि यदि संधारित्र सीधे वोल्टेज स्रोत से जुड़ा होता है, तब धारा केवल परजीवी प्रतिरोध द्वारा सीमित होती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ऊर्जा में हानि होती है। इस प्रकार संधारित्र को वर्तमान स्रोत (प्रारंभ करने वाला) के साथ चार्ज करने से प्रतिरोधक धारा सीमित होने और उससे जुड़ी ऊर्जा हानि को रोका जा सकता है।
अन्य कन्वर्टर्स (बक कन्वर्टर, बूस्ट कन्वर्टर, बक-बूस्ट कन्वर्टर) की भांति, कुक कन्वर्टर या तब निरंतर या असंतत वर्तमान मोड में कार्य कर सकता है। चूँकि, इन कन्वर्टर्स के विपरीत, यह असंतत वोल्टेज मोड में भी कार्य कर सकता है (न्यूनीकरण चक्र के समय संधारित्र पर वोल्टेज शून्य हो जाता है)।
सतत मोड
File:Cuk operating.svg
चित्र 2.: गैर-पृथक कुक कनवर्टर की दो ऑपरेटिंग अवस्थाएँ।
स्थिर अवस्था में, प्रेरकों में संग्रहीत ऊर्जा को न्यूनीकरण चक्र के प्रारंभ और अंत में समान रहना पड़ता है। इस प्रकार प्रेरक में ऊर्जा निम्न द्वारा दी जाती है:
इसका तात्पर्य यह है कि प्रेरकों के माध्यम से धारा न्यूनीकरण चक्र के प्रारंभ और अंत में समान होती है। चूँकि किसी प्रेरक के माध्यम से धारा का विकास उसके पार वोल्टेज से संबंधित होता है:
यह देखा जा सकता है कि स्थिर-अवस्था की आवश्यकताओं को पूर्ण करने के लिए न्यूनीकरण अवधि में प्रारंभ करने वाला वोल्टेज का औसत मूल्य शून्य होता है।
यदि हम मानते हैं कि संधारित्र C1और C2 इतने बड़े होते हैं कि उन पर वोल्टेज तरंग नगण्य हो जाती है, अतः प्रारंभ करने वाला वोल्टेज बन जाते हैं:
- 'ऑफ़-स्टेट' में, प्रेरक L1 Vs के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है और C1 (चित्र 2 देखें)। अतः . चूंकि डायोड D आगे की ओर पक्षपाती है (हम शून्य वोल्टेज ड्रॉप पर विचार करते हैं), L2 सीधे आउटपुट संधारित्र से जुड़ा होता है। इसलिए
- ऑन-स्टेट में, प्रेरक L1सीधे इनपुट स्रोत से जुड़ा है। इसलिए . प्रेरक L2 C और आउटपुट संधारित्र के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, इसलिए
File:Cuk operating2.svg
केंद्र
कनवर्टर स्टेट से संचालित होता है को (D कर्तव्य चक्र है), और D T से T तक ऑफ स्टेट में (अर्थात्, के सामान्तर अवधि के समय)। ). का औसत मान VL1 और VL2 इसलिए होता हैं: