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लीनियर बनाम स्विचिंग रेगुलेटर: एक पेज में ट्रेड-ऑफ़

असली बेंच पर चुनाव क्यों मायने रखता है

ज़्यादातर प्रोजेक्ट एक पावर सप्लाई से शुरू होते हैं जो चिप की ज़रूरत से थोड़ी ऊँची होती है। एक 12 V एडेप्टर 5 V माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड को फीड करता है, और बीच में एक रेगुलेटर बैठा होता है जो तय करता है कि कितनी पावर वास्तव में सर्किट तक पहुँचती है और कितनी हीट बनती है। लीनियर और स्विचिंग रेगुलेटर के बीच चुनाव असल में इस बात का चुनाव है कि बची हुई ऊर्जा कहाँ जाएगी।

दोनों प्रकार इनपुट और लोड बदलने पर आउटपुट वोल्टेज को स्थिर रखते हैं। वे यह अलग तरीके से करते हैं, और यह अंतर हीट, नॉइज़, बोर्ड साइज़ और कॉस्ट में दिखता है। ट्रेड-ऑफ़ जानने से आप सही पार्ट चुन सकते हैं, इससे पहले कि आपको कठिन तरीके से पता चले कि एक छोटा पैकेज खुद को जला रहा है।

लीनियर रेगुलेटर कैसे काम करता है और उसकी कीमत क्या है

एक लीनियर रेगुलेटर एक वेरिएबल रेज़िस्टर की तरह व्यवहार करता है, जिसे आउटपुट को उसकी सेट वैल्यू पर रखने के लिए लगातार एडजस्ट किया जाता है। जो वोल्टेज वह लोड तक नहीं पहुँचाता, वह रेगुलेटर के पास पास एलिमेंट में ड्रॉप होता है, और वह ऊर्जा हीट बनकर निकलती है। खोई हुई पावर लगभग (Vin माइनस Vout) गुणा लोड करंट है, और एफिशिएंसी लगभग Vout भाग Vin है।

इसके बड़े फायदे सरलता और शांत आउटपुट हैं। एक सामान्य लीनियर रेगुलेटर को बस कुछ कैपेसिटर चाहिए, वह बहुत कम स्विचिंग नॉइज़ पैदा करता है, और उसका रिस्पॉन्स तेज़ और साफ होता है, जो एनालॉग सेंसर, ऑडियो और RF स्टेज के लिए उपयुक्त है। इसकी मुख्य सीमा हेडरूम है: ज़्यादातर फिक्स्ड-आउटपुट प्रकारों को ठीक से रेगुलेट करने के लिए इनपुट को आउटपुट से एक-दो वोल्ट ऊपर होना चाहिए (ड्रॉपआउट वोल्टेज)।

वर्कड एग्ज़ाम्पल: 500 mA पर 12 V से 5 V

मान लीजिए एक 5 V लॉजिक बोर्ड 12 V सप्लाई से 0.5 A खींचता है। लीनियर रेगुलेटर के साथ, रेगुलेटर (12 V माइनस 5 V) गुणा 0.5 A डिसिपेट करता है, जो 3.5 W है। इनपुट 12 V गुणा 0.5 A, यानी 6 W सप्लाई करता है, और लोड को 2.5 W मिलता है। एफिशिएंसी 2.5 भाग 6 है, लगभग 42 प्रतिशत, और बाकी 3.5 W हीट में जाता है।

बिना हीटसिंक वाला TO-220 पैकेज अक्सर जंक्शन-टू-एम्बिएंट थर्मल रेज़िस्टेंस रखता है, जो प्रति वाट दर्जनों डिग्री सेल्सियस के आसपास होता है। 3.5 W पर यह डाई को उसके रेटेड तापमान से काफी ऊपर धकेल सकता है। एक मॉडरेट हीटसिंक इस संख्या को कम करता है, लेकिन साइज़ और माउंटिंग का काम बढ़ाता है। अब मान लीजिए लगभग 90 प्रतिशत एफिशिएंसी वाला बक स्विचिंग रेगुलेटर है। इनपुट पावर 2.5 W भाग 0.9 है, यानी लगभग 2.8 W, तो कन्वर्टर केवल लगभग 0.3 W खोता है। असली एफिशिएंसी लोड और इनपुट वोल्टेज के साथ बदलती है, इसलिए डेटाशीट कर्व देखें, लेकिन ऑर्डर ऑफ़ मैग्नीट्यूड ही मायने रखता है।

स्विचिंग रेगुलेटर क्या छोड़ते हैं

एक स्विचिंग रेगुलेटर तेज़ी से एक स्विच को चालू और बंद करता है, और ऊर्जा को स्थिर आउटपुट में स्मूद करने के लिए इंडक्टर और कैपेसिटर का इस्तेमाल करता है। चूँकि स्विच या तो पूरी तरह ऑन होता है या पूरी तरह ऑफ़, स्विच में ही बहुत कम पावर खोती है। नतीजा है विस्तृत इनपुट रेंज में ऊँची एफिशिएंसी, हाई स्विचिंग फ्रीक्वेंसी पर छोटे इंडक्टर और कैपेसिटर, और वोल्टेज को ऊपर, नीचे या इन्वर्ट करने की क्षमता।

कीमत है नॉइज़ और जटिलता। स्विचिंग एज आउटपुट पर रिपल पैदा करते हैं, और रेडिएटेड या कंडक्टेड नॉइज़ जो संवेदनशील एनालॉग सर्किट को डिस्टर्ब कर सकता है। लेआउट मायने रखता है: इनपुट कैपेसिटर, स्विच और डायोड लूप को टाइट रखें, और इंडक्टर को हाई-इम्पीडेंस नोड के पास न रखें। जब लोड नॉइज़-सेंसिटिव हो, तो कई डिज़ाइन लीनियर पोस्ट-फ़िल्टर या दूसरा LC स्टेज जोड़ते हैं।

बेंच पर चुनाव

लीनियर रेगुलेटर तब इस्तेमाल करें जब वोल्टेज ड्रॉप छोटा हो, करंट कम हो, या सर्किट एक एनालॉग स्टेज हो जिसे बहुत शांत पावर चाहिए। जब आपको केवल कुछ मिलीएम्पियर चाहिए और सबसे कम पार्ट्स चाहिए, तब भी यही समझदारी भरा विकल्प है। स्विचिंग रेगुलेटर तब इस्तेमाल करें जब ड्रॉप बड़ा हो, करंट महत्वपूर्ण हो, सप्लाई बैटरी से चलती हो, या हीट एक असली बाधा हो।

एक आम व्यावहारिक समझौता है स्विचिंग रेगुलेटर के बाद लीनियर रेगुलेटर। स्विचर बड़े वोल्टेज ड्रॉप को एफिशिएंटली लेता है, और लीनियर स्टेज संवेदनशील लोड के लिए उसके रिपल को साफ करता है। आप जो भी चुनें, डेटाशीट पर ड्रॉपआउट, क्विसेंट करंट, अधिकतम इनपुट वोल्टेज और थर्मल रेज़िस्टेंस जाँचें, और डिज़ाइन पर भरोसा करने से पहले स्कोप से असली आउटपुट रिपल मापें।