DC-TO-DC CONVERTER OR VOLTAGE REGULATORS?

ஒருதிசை-ஒருதிசை மாற்றிகள், நேரியல் மின்னழுத்த சீர்படுத்திகள்...எதை தேர்ந்தெடுப்பது?

நேரியல் மின்னழுத்த சீர்படுத்திகளும் (linear voltage regulators), ஒருதிசை-ஒருதிசை மாற்றிகளும் (dc-to-dc converters) ஒரு சுமைக்கு ஒருதிசை மின்னழுத்தம் (dc voltage) வழங்குவதற்கு பயன்படுகின்றன. ஆனால் இவ்விரண்டு சாதங்களும் வெவ்வேறு முறைகளிலும் வெவ்வேறு பயனகங்களிலும் செயல்படுகின்றன. இவ்விரண்டு சாதனங்களின் அடிப்படைகள் மற்றும் வேறுபாடுகளைச் சந்திப்போம்.

நேரியல் மின்னழுத்த சீர்படுத்திகள் தூய்மையான மாறா மின்னழுத்தம் (constant voltage) வழங்குபவை. இந்த மாறாமை சில பயனகங்களில் குறிப்பாக எண்மையாக்கம் (digitization), கட்டமடைகள் (phase locked loops-PLLs), அதிவேக நிலைமாற்றம் (high speed switching), அதிவேகத் தருக்கம் (high speed logic) ஆகியவற்றில் தேவைப்படுகிறது. இதுபோன்றப் பயனகங்களில் மின்னழுத்த மாறுபாடுகள் இறைச்சல் அளவை அதிகரிக்கும். ஒருதிசை-ஒருதிசை மாற்றிகளின் செயல்திறன் (efficiency) நேரியக் சீர்ப்பிகளைவிட அதிகமானது.

மின்னழுத்தச் சீர்ப்பிகளின் கட்டமைப்பு ஒரு "விடுப்பு திரிடையம்" (pass transistor), மின்னழுத்த ஒப்பீட்டி, பின்னூட்டு மின்தடையப் பிரிப்பி (feedback resistor divider) ஆகியவற்றை கொண்டது. பொதுவாக 1.5Aக்குக் குறைவான சுமை மின்னோட்டங்களில் நேரியல் சீர்ப்பிகள் செயற்திறன்மிக்கதாக செயல்படுகின்றன. ஆனால் அதிக சுமை மின்னோட்டங்கள் அல்லது அதிக மின்னோட்ட வீழ்ச்சி (அதாவது உள்ளீடு வெளியீட்டை விட 2Vக்கு அதிகமாக இருத்தல்) இருந்தால், வெப்ப விரயம் ஏற்படும். அப்போது நேரியல் சீர்ப்பிகளின் தகுதி குறைகிறது.

நேரியல் சீர்ப்பிகளில் சாதாரண எதிர்நேரெதிரி நேரியல் சீர்ப்பிகள் (standard NPN linear regulators), போலி தாழ்வீழ்ச்சி (Quasi-LDO) மற்றும் தாழ்வீழ்ச்சி நேரியல் சீர்ப்பிகள் (low-drop out regulators) என வகைப்பிரிக்கப்படுகின்றன. சாதாரண எதிர்நேரெதிரி வகை அதிக பட்டையகலம் (wide bandwidth) கொண்டுள்ளது. இவை வெளியீடு மின்தேக்கச் சுமைகளுக்கு உணர்வற்றதாக விளங்குகின்றன. தாழ்வீழ்ச்சி வகையான நேரெதிர்நேரி நேரியல் சீர்ப்பிகள் குறைந்த பட்டையகலம் உடையதாகவும் நிலைப்பிற்கு குறிப்பிட்ட வெளியீடு மின்தேக்கிகளை தேவைப்படுவதாக விளங்குகின்றன. போலி தாழ்வீழ்ச்சி சீர்ப்பிகளின் பண்புகள் மற்ற இரண்டு வகைகளுக்கு நடுவண்ணாக விளங்குகின்றன. இச்சிறப்பியல்புகளுக்குக் காரணாமாக விடுப்புத் திரிதடையத்தின் வகை மற்றும் திசையமைவு ஆகியவை அமைகின்றன. ஒரு தாழ்வீழ்ச்சி சீர்ப்பியில், உள்ளீடு மின்னழுத்தம் நேரெதிர்நேர் விடுப்புத் திரிதடையத்தின் உமிழ்வாயில் (NPN pass transistor emitter) அளிக்கப்பட்டு வெளியீடு ஏற்புவாயில் (collector) எடுக்கப்படுகிறது. இச்சுற்றில் விடுப்புத் திரிதடையம் உமிழ்வாய் பின்பற்றியாக (emitter follower) (இதன் வேற்றுப் பெயர் பொது ஏற்புவாய் மிகைப்பி - common collector amplifier) விளங்குகிறது. இதன் மிகைப்பு 1க்கு கீழ் உள்ளது. ஒரு நேரெதிர்நேரி (NPN) தாழ்வீழ்ச்சி சீர்ப்பியில் சுமை ஒரு ஏற்புவாய் மின்தடையமாக (collector resistance) விளங்குகிறது. விடுப்புத் திரிதடையம் ஒரு பொது உமிழ்வாய் மிகைப்பியாக (common emitter ampflifier) விளங்கி, சுமை ஒரு மிகைப்பு ஏற்புவாய் மின்தடையமாக (gain-setting collector resistor) அமைகிறது. தாழ்வீழ்ச்சியின் குறை என்னவென்றால் ஒரு குறிப்பிட்ட சுமை மின்தேக்கியில், உருவாகும் மிகைப்பி மற்றும் கட்டப் பெயர்ச்சியால் (phase shift), அலைவுகள் (oscillations) ஏற்படுத்தப்படும்.

ஒரு ஒருதிசை-ஒருதிசை மாற்றியின் கட்டமைப்பு ஒப்பீட்டி, மின்தடையப் பிரிப்பி ஆகியவற்றைத் தவிர்த்து சகஜமாக ஒரு அலைப்பி (oscillator), நிலைமாற்றுத் திரிதடையம் (switching transistor), மின்தூண்டி (inductor) மற்றும் சுமை மின்தேக்கி (load capacitor) ஆகியவற்றை கொண்டது. இந்த குடும்பத்தை சேர்ந்த நேர்மின்னழுத்த வழங்கிகளில் இரு வகைகள் உண்டு- படியேற்று மாற்றிகள் (step-up) மற்றும் படியிறக்கு மாற்றிகள் (step-down converters). படியேற்று ஒருதிசை-ஒருதிசை மாற்றிகளில் வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் உள்ளீட்டு மின்னழுத்தத்தைவிட அதிகமானது. படியிறக்கு மாற்றிகளில் அது குறைவானது. இவ்விரண்டுக் குடும்பத்தைச் சேர்ந்த மாற்றிகளிலும் அலைப்பிகள் தேவைப் படுகின்றது. இந்த அலைப்பிகளில் கடிகாரம் அல்லது கடிகாரமற்றதாக (clocked or clockless oscillators) இருக்கக்கூடும். இவ்வலைப்பிகளின் அதிர்வெண் 10KHz முதல் பல MHz வரை இருக்கலாம்

படியிறக்கு மாற்றிகளில் உள்ளீடு மின்னோட்டம் ஒரு திரிதடையம் மூலம் விடப்படுகிறது. இந்த திரிதடையம் அகல்/நிகழ் (ON/OFF) நிலைகளுக்கிடையே விரைவாக மாற்றப்படுகிறது. நிகழ் நிலை மின்னோட்டம் அகல் நிலையத்திலும் நீடிக்க முயலும். இந்த அடிப்படை பண்பு மிந்தூண்டி (L)ஆல் ஏற்படுகிறது. இந்த மின்னோட்டம் இருமுனையம் (D)ஆல் பராமரிக்கப்படுகிறது. இந்த மாற்றியில் Qயின் Vce மற்றும் Dயின் மின்னழுத்த வீழ்ச்சிகளுக்கு காரணத்தால் வெளியீடு மின்னழுத்தம் உள்ளீட்டைவிட குறைவாகிறது. சுமை மின்தேக்கி சுமை மின்னழுத்தின் சீரமைப்பை (regulation) பராமரிக்கிறது.

படியேற்று மாற்றிகளில் மின்னோட்டம் மின் தூண்டி வழியாக செலுத்தப்படுகிறது. திரிதடையம் நிலைமாற்றப்படுகிறது. திரிதடைய நிகழ்நேர மின்னோட்டம் (ON current) நிலத்திற்கு விடப்படுகிறது. திரிதடையத்தின் நிகழ் மின் தடை குறைவான காரணத்தால் இந்த மின்னோட்டம் அதிகமானது. அகல் நேரத்தில் இந்த மின்னோட்டம் சுமைக்கும் பாய்கிறது. இந்த மின்னோட்டத்தின் திடீர் பாய்வின் காரணத்தால் வெளியீடு மின்னழுத்தம் உள்ளீட்டைவிட அதிகரிக்கிறது.