एसीडीसी पावर सप्लाई: प्रौद्योगिकी, अनुप्रयोग और भविष्य के रुझान

कल्पना कीजिए कि बिजली आपूर्ति के बिना दुनिया कैसी होगी—हमारे स्मार्टफोन, कंप्यूटर और यहां तक कि इलेक्ट्रिक वाहन भी काम करना बंद कर देंगे, जिससे आधुनिक सभ्यता ठप हो जाएगी। यह मामूली इलेक्ट्रॉनिक घटक हमारे डिजिटल अस्तित्व को शक्ति प्रदान करने वाले महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे के रूप में कार्य करता है। यह लेख एसी/डीसी पावर रूपांतरण प्रणालियों के कार्य सिद्धांतों, तकनीकी विकास और भविष्य के रुझानों की जांच करता है।

बिजली आपूर्ति एक विद्युत उपकरण है जो आने वाली धारा (आमतौर पर मुख्य बिजली से) को जुड़े उपकरणों द्वारा आवश्यक सटीक वोल्टेज और वर्तमान मानों में परिवर्तित करता है। इसका प्राथमिक कार्य इनपुट वोल्टेज में उतार-चढ़ाव और अन्य बाहरी गड़बड़ी के लिए क्षतिपूर्ति करते हुए एकल या एकाधिक भारों को स्थिर, नियंत्रित बिजली देना शामिल है।

बिजली आपूर्ति दो प्राथमिक विन्यासों में मौजूद है: बाहरी इकाइयाँ (जैसे लैपटॉप चार्जर) और आंतरिक मॉड्यूल (डेस्कटॉप कंप्यूटर में पाए जाते हैं)। वे आगे विनियमित (इनपुट विविधताओं के बावजूद निरंतर आउटपुट बनाए रखना) और अनियमित प्रकारों (जहां आउटपुट इनपुट परिवर्तनों के साथ बदलता रहता है) में विभाजित होते हैं।

डायरेक्ट करंट (डीसी) लगातार एक दिशा में बहता है, आमतौर पर बैटरी, सौर कोशिकाओं या एसी/डीसी कन्वर्टर्स द्वारा उत्पन्न होता है। अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक उपकरण डीसी बिजली पर काम करते हैं। प्रत्यावर्ती धारा (एसी) समय-समय पर दिशा बदलती है और बिजली संचरण नेटवर्क की रीढ़ बनाती है।

चूंकि घरों को एसी बिजली मिलती है जबकि उपकरणों को डीसी की आवश्यकता होती है, इसलिए रूपांतरण आवश्यक हो जाता है। एसी/डीसी बिजली आपूर्ति इस अंतर को ग्रिड वोल्टेज को डिवाइस-संगत डीसी बिजली में बदलकर पाटती है।

• पीक वोल्टेज/करंट: अधिकतम तरंगरूप आयाम
• आवृत्ति: प्रति सेकंड पूर्ण चक्र (हर्ट्ज़ में मापा जाता है)
• रूट मीन स्क्वायर (आरएमएस): प्रभावी वोल्टेज/करंट मान (शुद्ध साइन तरंगों के लिए Vpeak/√2)
• चरण: तरंगरूपों के बीच कोणीय अंतर (तीन-चरण प्रणालियों में महत्वपूर्ण)

एसी बिजली अपने रूपांतरण दक्षता के कारण संचरण नेटवर्क पर हावी है। उत्पादन सुविधाएं आमतौर पर 40kV बिजली का उत्पादन करती हैं, जिसे नुकसान को कम करने के लिए लंबी दूरी के संचरण के लिए 150-800kV तक बढ़ाया जाता है। क्षेत्रीय सबस्टेशन इसे उपभोक्ता उपयोग के लिए 120V या 240V में अंतिम रूपांतरण से पहले 4-35kV तक कम कर देते हैं।

यह वोल्टेज रूपांतरण श्रृंखला डीसी सिस्टम के लिए अव्यावहारिक साबित होती है क्योंकि पारंपरिक ट्रांसफार्मर प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्रों पर निर्भर करते हैं—एक ऐसी घटना जो एसी बिजली के लिए विशिष्ट है।

पारंपरिक रैखिक एसी/डीसी कन्वर्टर्स सुधार और फ़िल्टरिंग से पहले इनपुट वोल्टेज को कम करने के लिए ट्रांसफार्मर का उपयोग करते हैं। विश्वसनीय होने के बावजूद, इन डिज़ाइनों में महत्वपूर्ण सीमाएँ हैं:

• बल्की कम-आवृत्ति ट्रांसफार्मर
• गर्मी अपव्यय के माध्यम से अक्षम वोल्टेज विनियमन
• उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए सीमित मापनीयता

आधुनिक स्विचिंग बिजली आपूर्ति ने उच्च-आवृत्ति संचालन (आमतौर पर 50kHz-1MHz) के माध्यम से रूपांतरण तकनीक में क्रांति ला दी। ये सिस्टम:

1. एसी इनपुट को सीधे सुधारें और फ़िल्टर करें
2. डीसी को उच्च-आवृत्ति दालों में काटें
3. कॉम्पैक्ट उच्च-आवृत्ति ट्रांसफार्मर का उपयोग करके वोल्टेज को रूपांतरित करें
4. आउटपुट को फिर से सुधारें और फ़िल्टर करें

आवासीय क्षेत्र आमतौर पर सिंगल-फेज पावर (एक लाइव कंडक्टर + न्यूट्रल) का उपयोग करते हैं, जबकि औद्योगिक अनुप्रयोग थ्री-फेज सिस्टम (120° चरण पृथक्करण के साथ तीन कंडक्टर) का उपयोग करते हैं। थ्री-फेज कॉन्फ़िगरेशन बेहतर बिजली संचरण दक्षता और स्थिरता प्रदान करते हैं, जिससे भारी औद्योगिक भार और रैपिड ईवी चार्जिंग (सिंगल-फेज के लिए 7kW के मुकाबले 120kW+) सक्षम होती है।

वैश्विक वोल्टेज मानक काफी भिन्न होते हैं:

आधुनिक अनुप्रयोगों में तेजी से कॉम्पैक्ट, कुशल बिजली आपूर्ति की मांग होती है जो चर भारों में प्रदर्शन बनाए रखने में सक्षम हों। जबकि स्विचिंग कन्वर्टर्स वर्तमान डिज़ाइनों पर हावी हैं, चल रहे शोध में निम्नलिखित पर ध्यान केंद्रित किया गया है:

• उच्च दक्षता के लिए वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर (SiC/GaN)
• उन्नत डिजिटल नियंत्रण प्रणाली
• आगे के आकार में कमी के लिए एकीकृत चुंबकत्व
• यूनिवर्सल इनपुट वोल्टेज संगतता

यह तकनीकी विकास बिजली घनत्व और रूपांतरण दक्षता की सीमाओं को आगे बढ़ाना जारी रखता है, जिससे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और ऊर्जा प्रणालियों की नई पीढ़ियों को सक्षम किया जा सके।