विद्युत आपूर्ति तरंग और तरंग गुणांक
विद्युत आपूर्ति का मुख्य कार्य इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के लिए विद्युत ऊर्जा प्रदान करना है, लेकिन विद्युत आपूर्ति अनिवार्य रूप से तरंग, शोर आदि उत्पन्न करेगी, जिससे इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली और यहां तक कि पूरे उत्पाद की स्थिरता और विश्वसनीयता कम हो जाएगी।
वोल्टेज तरंग विद्युत आपूर्ति के विभिन्न सर्किटों को बहुत अधिक प्रभावित कर सकती है, जैसे A/D रूपांतरण सर्किट, ऑपरेशनल एम्पलीफायर सर्किट, रेक्टिफायर फिल्टर सर्किट, आदि। सामान्य अनुप्रयोगों में निम्नलिखित खतरे होते हैं:
अवांछित हार्मोनिक्स उत्पन्न करना, जिससे ओवरवोल्टेज या ओवरकरंट उत्पन्न होकर दुर्घटनाएं हो सकती हैं; अतिरिक्त नुकसान बढ़ सकता है और विद्युत उपकरणों की दक्षता और उपयोगिता कम हो सकती है;
उपकरणों को असामान्य रूप से संचालित करने, उम्र बढ़ाने और जीवन को छोटा करने का कारण बनना; रिले सुरक्षा, स्वचालित उपकरणों, कंप्यूटर प्रणालियों और अन्य उपकरणों को असामान्य रूप से संचालित करने या सामान्य रूप से काम करने में विफल होने का कारण बनना;
यह मापन एवं मापन उपकरणों में विचलन पैदा कर सकता है; संचार प्रणालियों में बाधा उत्पन्न कर सकता है, सिग्नल संचरण की गुणवत्ता को कम कर सकता है, तथा संचार उपकरणों को भी नुकसान पहुंचा सकता है।
इसलिए, इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों को डिजाइन करते समय, तरंग को सटीक रूप से मापना और एक निश्चित सीमा के भीतर तरंग को दबाना आवश्यक है।
1 विद्युत आपूर्ति तरंग और तरंग गुणांक
सख्ती से कहें तो, विनियमित बिजली आपूर्ति में चार भाग शामिल हैं: पावर ट्रांसफॉर्मर, रेक्टिफायर सर्किट, फ़िल्टर सर्किट और वोल्टेज स्थिरीकरण सर्किट। चूँकि DC-DC को भी विनियमित बिजली आपूर्ति के रूप में माना जा सकता है, इसलिए रेक्टिफायर सर्किट, फ़िल्टर सर्किट और वोल्टेज स्थिरीकरण सर्किट को विनियमित बिजली आपूर्ति के तीन आवश्यक भाग माना जाता है [1]।
रेक्टिफायर सर्किट प्रत्यावर्ती धारा को स्पंदित प्रत्यक्ष धारा में बदलने के लिए एकतरफा चालक उपकरणों का उपयोग करता है। स्पंदित प्रत्यक्ष धारा सुचारू नहीं होती है और इसमें बड़ी मात्रा में प्रत्यावर्ती धारा घटक होते हैं।
फ़िल्टर सर्किट स्पंदित डीसी पावर को अपेक्षाकृत सपाट डीसी पावर में बदलने के लिए ऊर्जा भंडारण घटकों का उपयोग करता है। फ़िल्टर सर्किट के अलग-अलग प्रदर्शन के कारण, हालांकि यह अधिकांश एसी घटकों को फ़िल्टर कर सकता है, लेकिन यह इसे पूरी तरह से फ़िल्टर नहीं कर सकता है।
सुधार और फ़िल्टरिंग के बाद वोल्टेज स्थिरीकरण सर्किट आउटपुट वोल्टेज को स्थिर करने और एसी घटक को न्यूनतम करने के लिए सर्किट के समायोजन फ़ंक्शन का उपयोग करता है। यह एसी घटक जिसे स्थिर वोल्टेज आउटपुट के साथ पूरी तरह से फ़िल्टर नहीं किया जा सकता है, उसे रिपल वोल्टेज कहा जाता है।
डीसी विनियमित बिजली आपूर्ति फ़िल्टरिंग के प्रदर्शन को चिह्नित करने के लिए, तरंग गुणांक की अवधारणा पेश की गई है [2-3]। तरंग गुणांक ψ को तरंग वोल्टेज Vr और डीसी आउटपुट वोल्टेज Vo के प्रभावी मूल्य के प्रतिशत मूल्य के रूप में परिभाषित किया गया है, जो है:
तरंग गुणांक डीसी बिजली आपूर्ति के स्थिर और शुद्ध आउटपुट का मूल्यांकन करने के लिए एक महत्वपूर्ण संकेतक है। उपरोक्त सूत्र के अनुसार, यह देखा जा सकता है कि तरंग गुणांक खोजने के लिए तरंग वोल्टेज को मापने की आवश्यकता है।
2 विद्युत आपूर्ति तरंग का मापन
विद्युत आपूर्ति तरंग के सटीक माप के लिए आम तौर पर दो उपकरणों की आवश्यकता होती है, अर्थात् इलेक्ट्रॉनिक लोड (इलेक्ट्रॉनिक लोड) और डिजिटल स्टोरेज ऑसिलोस्कोप (डीएसओ)।
इलेक्ट्रॉनिक लोड करंट एडजस्टमेंट की सुविधा देते हैं और आम तौर पर निरंतर प्रतिरोध मोड (CR) में सेट किए जाते हैं; डिजिटल स्टोरेज ऑसिलोस्कोप सीधे पूरे रिपल वेवफॉर्म को कैप्चर कर सकते हैं, स्टोर कर सकते हैं, बढ़ा सकते हैं और रिपल वैल्यू को पढ़ सकते हैं। रिपल गुणांक प्राप्त करने के लिए ऑसिलोस्कोप रीडिंग को सूत्र में प्रतिस्थापित करें।
मापते समय, आपको निम्नलिखित दो बिंदुओं पर ध्यान देना चाहिए (माप परिणामों की सटीकता के लिए ये दो बिंदु विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं):
(1) डिजिटल स्टोरेज ऑसिलोस्कोप के जांच ग्राउंड वायर को अनप्लग किया जाना चाहिए और जांच असेंबली में ग्राउंड स्प्रिंग पिन का उपयोग किया जाना चाहिए। यह ग्राउंड लूप को EMI शोर में युग्मित होने से रोक सकता है, जिससे माप परिणाम गलत हो सकते हैं।
जांच ग्राउंड तार बहुत लंबा है और लूप क्षेत्र बहुत बड़ा है, जिससे एक रिसीविंग एंटीना बनता है और मापे गए सिग्नल में उच्च आवृत्ति अव्यवस्था या EMI शोर उत्पन्न होता है।
(2) डिजिटल स्टोरेज ऑसिलोस्कोप को स्वयं अपनी सेटिंग्स समायोजित करने की आवश्यकता है।
डिजिटल स्टोरेज ऑसिलोस्कोप को बिजली आपूर्ति के अंत से जोड़े गए शोर को फ़िल्टर करने के लिए अच्छी तरह से ग्राउंडेड होना चाहिए; डीसी को ब्लॉक करने के लिए डिजिटल स्टोरेज ऑसिलोस्कोप के एसी कपलिंग का उपयोग करें, जिससे तरंग परीक्षण अधिक सहज और सटीक हो;
सामान्य तरंग परीक्षण के लिए आवृत्ति को 20MHz से नीचे सीमित रखना आवश्यक है, इसलिए डिजिटल भंडारण ऑसिलोस्कोप को उच्च आवृत्ति शोर को अलग करने के लिए 20MHz बैंडविड्थ सीमा को खोलना चाहिए।
पावर सप्लाई रिपल को दबाने के 3 तरीके
एक विनियमित विद्युत आपूर्ति के आउटपुट वोल्टेज की तरंग को दबाने के लिए, आमतौर पर निम्नलिखित चार तरीकों को अपनाया जाता है: आरएलसी फ़िल्टरिंग विधि, सामान्य मोड फ़िल्टरिंग विधि, फेराइट चुंबकीय रिंग फ़िल्टरिंग विधि, और तीन तरीकों का संयोजन।
डीसी-डीसी पावर सप्लाई रिपल को दबाने वाले फिल्टर सर्किट को प्रायोगिक सत्यापन के माध्यम से प्रदर्शित किया गया है। सत्यापन प्रयोग में, मीनवेल से 100W डीसी-डीसी पावर सप्लाई, 48V इनपुट, 5V आउटपुट, मॉडल SD-100C-5 का चयन किया गया।
डिजिटल स्टोरेज ऑसिलोस्कोप GWINSTEK के GDS-1072B को चुनता है, जिसकी बैंडविड्थ 70MHz, सैंपलिंग दर 1GSa/s, तथा स्टोरेज गहराई 10M प्रति चैनल है।
इलेक्ट्रॉनिक लोड GWINSTEK का PEL{{0}} है, जिसकी वोल्टेज रेंज 1.5V~150V, करंट रेंज 0~35A, तथा पावर 175W है।
इस गणना के अनुसार, सर्किट में करंट 20A है। चित्र 3 में बिजली आपूर्ति तरंग परीक्षण का कनेक्शन ब्लॉक आरेख दिखाया गया है।
पावर सप्लाई रिपल को दबाने के प्रभाव को अधिक सहज और स्पष्ट बनाने के लिए, पहले SD-100C-5 के फ़िल्टर सर्किट को शॉर्ट-सर्किट करें और उसके आउटपुट वोल्टेज के रिपल को मापें। इससे यह देखा जा सकता है कि पावर सप्लाई रिपल लगभग 85.6mVpp है और प्रभावी मूल्य 48.2mVrms है।
