DC-DC वोल्टेज रूपांतरण का जादू (2023)
(lcamtuf.substack.com)- बैटरी और सस्ते adapter का वोल्टेज अक्सर motor, LCD backlight और digital chip की आवश्यक वोल्टेज से मेल नहीं खाता, इसलिए अधिकांश consumer electronics DC voltage conversion पर निर्भर करते हैं
- resistor voltage divider और linear regulator सरल होते हैं, लेकिन load current या voltage drop बढ़ने पर heat loss और battery life की समस्या तेजी से बढ़ती है
- charge pump केवल capacitor switching से वोल्टेज को गुणा या विभाजित कर सकता है और इसकी दक्षता 90% से ऊपर भी जा सकती है, लेकिन सरल संरचना में voltage regulation और high-current load की सीमाएँ होती हैं
- Buck converter inductor और switch की मदद से कम वोल्टेज को सटीक रूप से बनाता है, और छोटे device भी कई A स्तर की धारा संभाल सकते हैं, लेकिन inductor loss और radio-frequency interference पर ध्यान देना पड़ता है
- Boost converter inductor के चुंबकीय क्षेत्र के ढहने से supply voltage से अधिक वोल्टेज बनाता है, और output सैकड़ों या हजारों V तक जा सकता है, इसलिए output regulation अनिवार्य है
वोल्टेज रूपांतरण की आवश्यकता क्यों होती है
- बाज़ार में मौजूद लगभग हर consumer electronic device किसी न किसी रूप में DC voltage conversion करता है
- सामान्य battery या कम-कीमत वाले wall adapter का output voltage circuit के सभी components की ज़रूरतों से मेल नहीं खाता
- motor
- LCD backlight
- नई पीढ़ी के digital chips
- microcontroller के अंदर भी voltage conversion हो सकता है
- EEPROM और flash memory के लिए अधिक वोल्टेज बनाने वाला छोटा internal charge pump हो सकता है
- CPU core के लिए कम वोल्टेज बनाने वाला अलग regulator हो सकता है
- hobby electronics circuits में LM7805, LM317 जैसे पुराने linear IC आज भी आधुनिक 32-bit MCU के साथ उपयोग किए जाते हैं
- switching regulator आने के बाद भी, कई बार यह जाँचे बिना कि वे काम के लिए उपयुक्त हैं या नहीं, लोग दूसरे design को ज्यों का त्यों कॉपी कर लेते हैं
resistor-आधारित voltage divider
- किसी ज्ञात स्थिर power source से बीच का वोल्टेज बनाने का सबसे सरल तरीका resistor voltage divider है
- यदि R1 और R2 के बीच meaningful load न जुड़ा हो, तो दोनों resistor में बहने वाली current समान होती है
- मध्य वोल्टेज R2 पर होने वाले voltage drop से निकाला जाता है, और यदि R1 = R2 हो तो मध्य बिंदु supply voltage का आधा होता है
- इसकी सबसे बड़ी सीमा यह है कि load में जाने वाली current, R1·R2 से बहने वाली current की तुलना में नगण्य होनी चाहिए
- यह शर्त टूटते ही मध्य वोल्टेज load के व्यवहार के अनुसार बदलने लगता है
- अधिक power लेने वाले load को स्थिर वोल्टेज देने के लिए अव्यावहारिक रूप से कम resistance चाहिए
- परिणामस्वरूप R1-R2 path में बड़ी व्यर्थ current बहती है
- व्यवहार में यह अक्सर op-amp input या FET gate bias के लिए bias network में उपयोग होता है
- ऐसे उपयोग में load लगभग न के बराबर होता है और resistance मान 10kΩ~100kΩ रखे जा सकते हैं
- व्यर्थ current microampere रेंज में रहती है
load को divider का हिस्सा बनाना
- यदि कोई load circuit की शर्तों में लगभग स्थिर resistance जैसा व्यवहार करता हो, तो load स्वयं R2 की जगह divider का हिस्सा बन सकता है
- यह तरीका भी ऊर्जा बर्बाद करता है
- load voltage कम करने की प्रक्रिया में R1 electron flow को रोकता है और supply energy के एक हिस्से को heat में बदल देता है
- व्यर्थ heat को Joule के नियम P = IV से निकाला जा सकता है
- current बड़ी हो और आवश्यक voltage reduction कुछ दसवाँ V से अधिक हो, तो loss गंभीर हो जाता है
- ऐसे load बहुत कम होते हैं जो उपयोगी काम करते हुए भी स्थिर resistance जैसा व्यवहार करें
- program चलाने वाले integrated circuits ऐसे नहीं होते
- load के तहत चलने वाले motor भी ऐसे नहीं होते
- ऐसे load की आवश्यक current और apparent conductance·resistance समय के साथ बदलती रहती है, इसलिए resistance ratio पर निर्भर divider output voltage डगमगाने लगता है
basic linear regulator
- यदि variable resistor की तरह काम करने वाले किसी device को feedback से नियंत्रित किया जाए, तो load resistance बदलने पर भी स्थिर output voltage बनाए रखा जा सकता है
- transistor-आधारित voltage follower इस व्यवहार से मिलता-जुलता है
- n-channel MOSFET तब conduct करना शुरू करता है जब source और gate के बीच voltage पर्याप्त positive हो
- resistor divider से मनचाहा voltage gate पर देकर और load को source side पर रखकर यह विन्यास बनाया जा सकता है
- इसे 2N7000 जैसे सामान्य MOSFET से बनाया जा सकता है, लेकिन यह उम्मीद जितना अच्छा काम नहीं करता
- Vth कोई binary threshold नहीं है
- BS170 का Vth 1mA पर 2.1V दिया गया है, लेकिन 100mA पहुँचाने के लिए Vgs को लगभग 3.2V तक पहुँचना पड़ता है
- जब Vref स्थिर हो और अधिक load current चाहिए, तो source और reference voltage के बीच का अंतर बढ़ता है और output voltage गिर जाता है
- यदि internal zener diode से absolute voltage reference मिले, तो supply voltage बदलने पर भी Vref अधिक स्थिर रखा जा सकता है
- diode, नियंत्रित current बहने पर p-n junction depletion region को पार करने के लिए आवश्यक ऊर्जा के कारण अपेक्षाकृत स्थिर voltage drop बनाता है
- यदि op-amp को voltage follower की तरह उपयोग करके load को मिलने वाले output voltage को सीधे मॉनिटर किया जाए, तो single-transistor design की सीमाएँ कम की जा सकती हैं
- device, Vref और Vout के बीच अंतर को detect करता है
- transistor gate voltage को विपरीत दिशा में समायोजित करके त्रुटि हटाता है
- यह feedback gate-source voltage और drain current के बीच के non-ideal संबंध को हटाता है और Vth offset भी समाप्त करता है
- दो feedback resistor वैकल्पिक हैं, और diode reference voltage के अनुपात में output voltage समायोजित किया जा सकता है
- यदि R1 = R2 हो तो Vout, 2 × Vref होता है
- linear regulator अंततः एक परिष्कृत variable resistor ही है, इसलिए विशेष कारण न हो तो इसका उपयोग कठिन है
- ऊर्जा I और V के अनुपात में बर्बाद होती है
- इसके साथ thermal management और battery life में कमी की समस्या आती है
- अपवाद वे स्थितियाँ हैं जहाँ current बहुत कम हो या voltage drop बहुत छोटा चाहिए
- op-amp input bias
- ADC reference voltage generation
- precision linear regulator ऐसे उपयोगों के लिए उपयुक्त है
switched-capacitor converter और charge pump
- switched-mode regulator जटिल लग सकते हैं, लेकिन charge pump का मूल सिद्धांत flying capacitor और output capacitor के बीच charge transfer है
- यदि flying capacitor Cf को supply rail से जोड़ा जाए, तो उसके terminals के बीच Vsupply के बराबर voltage बनता है
- यह voltage capacitor के internal electric field में संग्रहित charge का परिणाम है
- power source से अलग करने पर भी यह थोड़ी देर तक बना रहता है
- जब charged Cf को output capacitor Co से जोड़ा जाता है, तो कुछ charge Co में चला जाता है और output capacitor terminals पर positive voltage बनता है
- इस प्रक्रिया को दोहराने पर Co लगभग पूरी तरह charge हो जाता है
- A और B के बीच voltage, Vsupply के करीब पहुँचता है
- यदि output capacitor का अधिक negative terminal B, positive supply rail से बँधा हो, तो A और C के बीच 2 × Vsupply मापा जा सकता है, और यह voltage multiplier बन जाता है
- वास्तविक charge pump में capacitor को भौतिक रूप से इधर-उधर नहीं ले जाया जाता, बल्कि चार FET को तय क्रम में toggle करके electrical switching की जाती है
- switching frequency आमतौर पर 100kHz~2MHz होती है
- supervisory circuit switching को नियंत्रित कर जुड़े load तक लगभग बिना रुकावट ऊर्जा पहुँचाता है
- ऐसी supervisory functionality कई तरीकों से लागू की जा सकती है, और छोटे code चलाने वाली साधारण microcontroller architecture भी अब अधिक सामान्य हो रही है
- output capacitor arrangement बदलकर अलग multiplier या negative voltage बनाया जा सकता है
- Co को ground rail से जोड़कर और Cf को आगे-पीछे उलटकर negative voltage बनाया जा सकता है
- charge transfer symmetric होने के कारण यही तरीका voltage splitting के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है
- capacitor अपने internal electric field को अच्छी तरह संभालते हैं, और आधुनिक MLCC standard charge pump operating frequency पर कम impedance दिखाते हैं
- LM2776 जैसे converter IC अक्सर विस्तृत load range में 90% से अधिक efficiency दिखाते हैं
- radio-frequency interference भी अधिक नहीं होता
- संरचना सरल होती है और advanced control logic की ज़रूरत नहीं होती, इसलिए dedicated controller chip के बिना त्वरित implementation भी आसान है
- सरल charge pump की बड़ी सीमा voltage regulation की कमी है
- यह Vsupply के मनचाहे multiple बना सकता है, लेकिन supply voltage हिलने पर output भी बदलता है
- output voltage को मॉनिटर करके setpoint आने पर charge transfer रोक देने से मोटा-मोटी regulation संभव है
- output पर linear regulator भी जोड़ा जा सकता है, लेकिन तब efficiency loss स्वीकार करना होगा
- LTC3240 लगभग ±5% regulation वाले boost charge pump का एक उदाहरण है
- charge pump में charge transfer मूलतः discontinuous होता है और capacitors के बीच voltage difference पर निर्भर करता है
- output voltage लक्ष्य के करीब आते ही प्रति cycle स्थानांतरित किया जा सकने वाला charge कम हो जाता है
- यह high-current उपयोगों के लिए कम उपयुक्त है
- लगभग 200mA से अधिक load में charge pump का उपयोग दुर्लभ है
- उसके बाद inductor-आधारित समाधान अधिक प्रभावी होते हैं
Buck converter
- सबसे सरल inductor-आधारित voltage regulator Buck converter है, जो supply voltage से कम नियंत्रित output voltage बनाता है
- controller output voltage को मॉनिटर करता है, और output preset level से नीचे जाते ही switch on करके supply rail से output capacitor को फिर से charge करता है
- यदि inrush current सीमित करने का तरीका न हो, तो capacitor बहुत तेज़ी से charge हो सकता है और Vout तुरंत Vsupply तक overshoot कर सकता है
- charging path में छोटा resistor डाला जा सकता है, लेकिन तब कुछ ऊर्जा heat के रूप में नष्ट होती है
- inductor current में बदलाव का विरोध करते हुए कुछ ऊर्जा अपने internal magnetic field में reversibly store करता है, इसलिए यह बेहतर विकल्प है
- switch बंद होने पर inductor current धीरे-धीरे बढ़ती है, जिससे capacitor charging level को नियंत्रित करना आसान हो जाता है
- switch खुलने पर inductor का ढहता हुआ magnetic field पहले जैसी current flow को जारी रखने की कोशिश करता है
- यदि कोई नया path न हो, तो inductor terminals पर खतरनाक voltage spike बन सकता है
- switch side negative potential पर और capacitor side positive potential पर चली जाती है
- stored energy बेकार में नष्ट होती है और inductor, resistor जैसा ही हो जाता है
- इसे रोकने के लिए सरल Buck converter में reverse-biased diode या auxiliary switch चाहिए
- जब inductor का बायाँ हिस्सा 0V rail से अधिक negative हो जाता है, तो diode conduct करता है
- ढहता हुआ magnetic field 0V rail से electron खींचकर capacitor और load की ओर धकेलता है
- designer को switch off रहने के दौरान बहने वाली current को भी ध्यान में रखकर capacitor overcharge से बचाना पड़ता है
- magnetic field में store होने वाली energy लगभग inductor on-time के अनुपात में होती है
- इसलिए इस प्रभाव की मात्रा का अनुमान लगाना और उसे नियंत्रित करना अपेक्षाकृत आसान है
- Buck converter उच्च switching efficiency के लिए जाना जाता है, लेकिन सर्वोत्तम performance प्रायः किसी विशेष load range में ही मिलती है
- प्रमुख loss sources में से एक inductor coil का resistance है
- low-cost और छोटे footprint वाले components चुनने पर यह resistance अधिक हो सकता है
- inductor से निकलने वाला electromagnetic field loss और MF·HF band radio interference पैदा करता है
- radio receiver या precision amplifier जैसे कुछ उपयोगों में switching power supply समस्या बन सकती है
- दूसरी ओर, Buck converter अर्ध-निरंतर तरीके से काम करता है, इसलिए high current delivery और voltage regulation में मजबूत होता है
- supply से load तक direct current path मौजूद रहता है
- inductor terminals के बीच consistent voltage difference बना रहता है
- AP63203 जैसे छोटे devices भी कई A संभाल सकते हैं
- inductor current धीरे-धीरे बढ़ती है, इसलिए उत्कृष्ट voltage regulation संभव होती है
- external inductor वाले IC के अलावा, circuit design को सरल बनाने वाले low-cost all-in-one module भी उपलब्ध हैं
- CUI VXO7803-500
- MPS mEZD71202A-F
- इनकी retail कीमत $1~$2 तक हो सकती है, इसलिए hobby circuits में समय बचाने का अच्छा विकल्प हैं
Boost converter
- Buck regulator केवल supply rail से कम वोल्टेज ही बना सकता है, क्योंकि यदि output capacitor voltage supply voltage से अधिक हो जाए तो switch बंद होने पर inductor current उलटी दिशा में बहेगी
- अधिक वोल्टेज बनाने का सामान्य तरीका Boost topology है
- switch बंद होने पर सिद्धांततः supply rails के बीच short circuit बनता है, लेकिन थोड़े समय के लिए inductor current flow का विरोध करके supply energy को अपने internal magnetic field में मोड़ देता है
- यह प्रभाव core saturation होने पर तेज़ी से कम हो जाता है
- inductor damage या energy waste से बचने के लिए switch को बहुत देर तक बंद नहीं रखना चाहिए
- switch खुलने पर inductor का ढहता हुआ magnetic field उसी दिशा में charge flow बनाए रखने की कोशिश करता है
- coil का बायाँ terminal अधिक negative हो जाता है
- दायाँ terminal अधिक positive हो जाता है
- अधिक negative वाला पक्ष अभी भी positive supply rail से जुड़ा रहता है, इसलिए supply reference potential स्थिर रहता है
- दूसरे terminal पर Vsupply से अधिक voltage दिखाई देता है
- यही voltage spike diode को conduct कराता है और capacitor में energy पहुँचाता है
- coil जो अधिकतम electromotive force बना सकता है, वह Vsupply से काफी अधिक हो सकता है, इसलिए capacitor भी अधिक वोल्टेज तक charge हो सकता है
- यदि switching पर्याप्त तेज़ हो और प्रक्रिया अनंत तक चलती रहे, तो output सैकड़ों या हजारों V तक पहुँच सकता है
- इसलिए output regulation अनिवार्य है
- inductor के on-time को बदलकर हर चरण में transfer होने वाली energy की मात्रा नियंत्रित की जा सकती है
- MCP1642B/D जैसे Boost converter अक्सर single alkaline cell से अधिक वोल्टेज वाले device चलाने या LCD backlight जैसी चीज़ों के लिए 10V से ऊपर बनाने में उपयोग किए जाते हैं
- Boost converter, Buck topology के अधिकांश फायदे और कमियाँ साझा करता है
- inductor की आवश्यकता होती है
- radio-frequency interference का निशान काफ़ी होता है
- पर्याप्त current अपेक्षाकृत आसानी से दी जा सकती है
वास्तविक implementation में diode का विकल्प
- वास्तविक Buck·Boost converter में diode को अक्सर synchronous तरीके से काम करने वाले MOSFET switch से बदल दिया जाता है
- यह बदलाव कार्यात्मक अंतर नहीं लाता, लेकिन p-n junction की अंतर्निहित voltage drop से बचाता है
1 टिप्पणियां
Hacker News की रायें
DC-DC converter मुश्किल लेकिन मज़ेदार होते हैं। मूल अवधारणा यह है कि inductor में थोड़ी देर current बहाकर फिर उसे काट दें, तो बड़ा voltage spike बनता है; पुराने जमाने का car ignition system इसी तरीके पर चलता था
उस spike को diode के जरिए भेजकर capacitor charge करें, तो DC output मिल सकता है। switching power supply का फायदा यह है कि power path में resistance लगभग नहीं होता, इसलिए efficiency अच्छी रहती है; नुकसान यह है कि cycle के एक हिस्से में यह input को व्यावहारिक रूप से short कर देता है, इसलिए failure होने पर आग लग सकती है और inrush current limiter या fuse की जरूरत पड़ सकती है
boost, buck, और transformer-based तरीके होते हैं; transformer इस्तेमाल करने पर input और output को isolate किया जा सकता है, जो AC power से चलाते समय safety के लिए जरूरी है। मैंने पहले जो बनाया था, वह USB 5V DC input से 120V DC बनाकर एक antique teletype चलाने वाला circuit था, जिसे 60mA 120V DC चाहिए था: https://github.com/John-Nagle/ttyloopdriver/blob/master/boar...
basic circuit सरल है, लेकिन input USB, output, और radio frequency पर spikes leak न हों, इसके लिए कई surface-mount ferrite beads और छोटे capacitors लगाए गए थे, और voltage/current noise घटाने के लिए LTspice simulation से values चुननी पड़ी थीं
बेहतर समझ यह है कि power source से inductor में current बहाकर magnetic field में energy store की जाती है, और जब इसे रोका जाता है तो magnetic field घटती है और energy फिर से current में बदलकर circuit में जाती है
मुख्य बात यह है कि timing और parameters सही चुनें तो downstream current का voltage चुना जा सकता है। inductor के दोनों सिरों पर voltage, inductor wire के आसपास magnetic field strength के slope पर निर्भर करता है, इसलिए अलग slope चुनकर अलग voltage बनाया जा सकता है। stable voltage चाहिए तो magnetic field strength graph मोटे तौर पर sawtooth wave बनता है, और induced voltage graph मोटे तौर पर square wave बनता है। समझने के लिए यह simplified explanation है, लेकिन sawtooth wave एक constant current slope बनाती है और इससे constant voltage मिलता है
अगर switch बहुत देर तक on रहे और inductor saturation current तक पहुंच जाए, या कई cascade failure modes में से कोई हो जाए, तो input व्यावहारिक रूप से short हो सकता है। साधारण tantalum decoupling capacitor या IC के SCR latchup की तरह यह कई electronic circuits में हो सकता है, लेकिन power topology design करते समय ऐसे failure modes के बारे में सोचना अच्छा होता है
हालांकि अगर USB को power source बनाकर 5V से 120V तक boost कर रहे हों, तो “short” वाली intuition कहां से आई, यह समझ में आता है
parasitic components के जरिए थोड़ी देर के लिए short जैसा कुछ हो सकता है, लेकिन ideal case में ऐसा नहीं होता
आजकल chips आम तौर पर खुद soft start करते हैं, लेकिन समस्या यह है कि input capacitor चाहिए होता है और पहली बार connect होने पर यह capacitor सचमुच short जैसा दिखता है
छोटा ceramic capacitor हो तो आम तौर पर बड़ी समस्या नहीं होती, लेकिन cable inductance संयोग से boost converter बना देता है और असली converter को voltage spike खिलाने की कोशिश करता है
boost converter और hydraulic ram pump के बीच एक दिलचस्प संबंध है
hydraulic ram pump बिना अलग power के, पानी के flow की kinetic energy का उपयोग करके नदी/धारा का पानी ऊंची जगह तक पंप करता है। दोनों devices के equations असल में एक जैसे हैं, बस units बदल जाते हैं
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_ram
हाल में OCW पर जारी MIT 6.622 Power Electronics lectures की मैं जोरदार सिफारिश करता हूं
https://youtube.com/playlist?list=PLUl4u3cNGP62UTc77mJoubhDE...
https://ocw.mit.edu/courses/6-622-power-electronics-spring-2...
Professor David Perreault शानदार हैं। वे ऐसे advanced topics तक जाते हैं जिनकी जरूरत शायद तब तक नहीं पड़ेगी जब तक आप multi-kW systems design नहीं कर रहे, लेकिन वे सारी fundamentals cover करते हैं और ground up से समझ बनाते हैं, ताकि पता चले कि क्या चीज कब इस्तेमाल करना सही है
audiophiles या model train enthusiasts जैसे कई hobbyists हैं जो अपने circuits design और implement कर पाते हैं, इसलिए कोई reachable path तो जरूर होगा; मैं electronics सच में सीखना चाहता था, लेकिन अभी तक ठीक से सीख नहीं पाया
resistors, diodes, capacitors, transistors की basics पता हैं, और transformer, full-wave rectification, capacitor से बनी सबसे simple classic power supply समझा सकता हूं। LDO + Arduino/ESP + LED जैसे basic digital circuits बना चुका हूं और थोड़ी basic physics भी जानता हूं। soldering अच्छी कर लेता हूं
“थर्मल मैनेजमेंट की समस्या और बैटरी लाइफ घटने के कारण linear regulation लगभग मेहनत के लायक नहीं है” — इस बात को मैं उल्टा देखता हूँ। अगर लेख का लक्ष्य hobby developers हैं, तो कई projects में power 5V USB charger से आती होगी और current consumption भी कुछ सौ mA के आसपास होगा
LDO बहुत सस्ते, आसानी से उपलब्ध, output characteristics में काफ़ी अच्छे, और इस्तेमाल में बेहद आसान होते हैं। अगर आपके पास practically unlimited 5V है और 3.3V 100mA चाहिए, तो इसे क्यों न इस्तेमाल करें?
वहीं buck converter में असली engineering काम चाहिए। एक IC यूँ ही लगा देने और पहली कोशिश में perfect काम करने की उम्मीद नहीं कर सकते। या तो महंगा fully integrated module इस्तेमाल करना होगा, या खुद काफी calculation और components sourcing करनी होगी। एक simple one-off PCB बनाने वाले hobby developer के लिए इनमें से कोई भी विकल्प बहुत आकर्षक नहीं है
ESP32 जैसे 250mA मांगने वाले parts हों तो भी काफी है, और hobby project के लिए 2.40 डॉलर भी ठीक-ठाक है
सस्ते buck converters काफी noisy होते हैं, इसलिए audio या radio से जुड़े projects बनाते समय, या ऐसे devices पास में हों तो, ये काफी परेशान करते हैं
लेकिन अगर, उदाहरण के लिए, 24V को 3.3V तक घटाना हो, तो LDO काफी गर्म हो सकता है, और 100mA पर भी loss 2W से ज़्यादा होता है। आखिरकार सही बात यही है कि “यह परिस्थिति पर निर्भर करता है”
beginners के नज़रिए से कई tutorials बहुत चिढ़ पैदा करते हैं, क्योंकि वे कुछ इस तरह आगे बढ़ जाते हैं: “यहाँ boost converter के operation के लिए ज़रूरी कोई जादुई switch या oscillator है, लेकिन उसे असल में implement कैसे करना है, यह नहीं बताएंगे”
ऊपर से वह circuit startup voltage level पर काम करना चाहिए, और कई मामलों में converter से galvanic isolation भी होना चाहिए। ध्यान देने के लिए बहुत कुछ है और असल में यह मामूली नहीं है
आम तौर पर जवाब यह है कि ऐसा IC ढूँढें जो desired input voltage पर काम करे, या PWM generator के लिए ज़रूरी थोड़ी-सी power linear regulator से दें। AI-generated जवाब को जस का तस इस्तेमाल करने में भी सावधानी चाहिए। Claude 3.5 Sonnet ने Arduino को सीधे 230V से जोड़ने का सुझाव दिया था, और कुछ बार बातचीत के बाद भी उसने “anti-parallel diode” जैसे बेतुके elements वाला circuit बनाया
input voltage range, output voltage range, power जैसे parameters के आधार पर complexity (लगभग BoM count), size, cost आदि से filter कर सकते हैं, और design में आम तौर पर reference layout भी शामिल होता है
https://webench.ti.com/power-designer/
मैं automotive electromagnetic compatibility testing का काम करता हूँ, और test fail होने या दूसरे devices को प्रभावित करने की वजह लगभग हमेशा voltage conversion side ही होती है
buck-boost converters noisy और tricky होते हैं, और अगर सबसे सस्ते supplier का monolithic IC इस्तेमाल करें तो debugging भी आसान नहीं होती। इससे काफी परेशान करने वाली बहसें शुरू हो जाती हैं
हाल में audio पर काम करते हुए मैंने बहुत देखा कि, उदाहरण के लिए 3.7V को 5V में बदलने वाले कई devices power rail में noise inject करते हैं और वह noise microphone input तक पहुँच जाती है
pisource की battery support feature खास तौर पर खराब है, लेकिन कई दूसरे battery power sources भी ऐसे ही हैं। सिर्फ microphone नहीं, accelerometer जैसे sensitive sensors भी प्रभावित होते हैं
उम्मीद है कि आगे DC-DC converters बनाने वाले लोग power को पर्याप्त clean रखने पर ध्यान देंगे, ताकि ऐसी चीज़ें न हों
यह मूल रूप से unavoidable है और board layout के प्रति बहुत sensitive है। इस wide-band frequency content को active या passive तरीके से पूरी तरह filter करना बिल्कुल आसान नहीं है; कोई general solution नहीं है, सिर्फ high-dimensional trade-off space है
यह सही है कि analog circuits में noise महत्वपूर्ण है, और चाहें तो built-in inductor के साथ noise को जितना हो सके कम करने वाले special DC/DC converter modules पर काफी पैसा खर्च कर सकते हैं
synchronous converter की 96% efficiency कागज़ पर अच्छी लगती है, लेकिन single-board computers का current consumption लगातार बढ़ने और BLDC motors के higher voltage पर चलने लायक होने के साथ, जब दोनों को एक ही power source से supply करते हैं तो बड़ी heating problem हो जाती है
12V को 5V 5A तक घटाना manageable heat है, लेकिन battery side 20V, 30V तक पहुँच जाए तो बड़े voltage drop से होने वाले heat loss के कारण आसपास की चीज़ें पिघलने लगती हैं। कुछ मामलों में, losses बढ़ने के बावजूद heat को कई buck converters में बाँटने के लिए पहले 24V तक घटाना पड़ा, फिर 24V से 12V और 12V से 5V तक घटाने वाली cascaded power rails इस्तेमाल करनी पड़ीं। विशाल heatsink के अलावा professional solution क्या है, यह सुनना चाहूँगा
single-board computer में पहले से 25W dissipate हो रहा है, इसलिए DC-DC converter के 2W को भी उसी तरह handle किया जा सकता है
https://www.meanwellusa.com/webapp/product/search.aspx?prod=...
एक निश्चित power level से ऊपर केवल convection cooling के भरोसे टिकना physically impossible हो जाता है। audio amps या आम CPU/GPU देखें तो उनमें MOSFET, capacitor और inductor banks होते हैं। BoM parts count बढ़ सकता है, लेकिन हर part पर performance requirement घट जाती है
खतरा यह है कि MOSFETs को सावधानी से grade और match करना पड़ता है। rated current के बहुत करीब चलाने पर कोई एक जल सकता है, load बाकी पर बँट जाता है, और वे extra load सहन न कर पाकर बहुत कम समय में chain failure कर सकते हैं। या अगर कोई open की जगह short होकर fail हो जाए, तो बाकी भी तुरंत मर जाते हैं
इलेक्ट्रॉनिक्स से परिचित न लोगों को मित्रवत चेतावनी दें तो, यह लेख “अब उल्लू बनाइए” वाले अंदाज़ में लिखा गया है। लक्षित पाठक कौन हैं, यह साफ़ नहीं है
जो लोग इस स्तर की सामग्री पढ़ सकते हैं, वे पहले से ही इसका ज़्यादातर हिस्सा जानते होंगे, और शायद उससे भी ज़्यादा। बाकी लोगों को किताब की ज़रूरत होगी, और चूँकि यह सामग्री काफ़ी बुनियादी है, वह किताब इसे कवर करते हुए यहाँ दिए गए समीकरणों को भी derive करके समझने में मदद करेगी
शीर्षक में “DC-DC voltage conversion” हो, तो मुझे लगता है कि यह उन लोगों को छाँटने के लिए काफ़ी है जिन्हें इसका मतलब बिल्कुल नहीं पता, या जिन्हें यह पहले से ठीक-ठीक करना आता है
microcontroller की दुनिया में आम तौर पर इस्तेमाल होने वाला विकल्प बस कुछ diodes को series में लगाना है। यह बहुत सरल विकल्प है, और मैंने सच में इसे कई बार इस्तेमाल होते देखा है