एक नया विद्युत शक्ति कनवर्टर डिज़ाइन पहले की तुलना में कम लागत और रखरखाव पर बहुत अधिक दक्षता प्राप्त करता है।कोबे विश्वविद्यालय द्वारा विकसित डायरेक्ट करंट वोल्टेज बूस्ट कनवर्टर बिजली उत्पादन, स्वास्थ्य देखभाल, गतिशीलता और सूचना प्रौद्योगिकी में इलेक्ट्रिक और इलेक्ट्रॉनिक घटकों के आगे के विकास में महत्वपूर्ण योगदान देने के लिए तैयार है।

ऐसे उपकरण जो सूर्य के प्रकाश या कंपन, या शक्ति से ऊर्जा प्राप्त करते हैंचिकित्सा उपकरणया हाइड्रोजन-ईंधन वाली कारों में एक प्रमुख घटक समान होता है।यह तथाकथित "बूस्ट कन्वर्टर" लो-वोल्टेज डायरेक्ट करंट इनपुट को हाई-वोल्टेज डायरेक्ट करंट आउटपुट में परिवर्तित करता है।क्योंकि यह इतना सर्वव्यापी और प्रमुख घटक है, यह वांछनीय है कि यह कम रखरखाव और लागत के लिए जितना संभव हो उतना कम भागों का उपयोग करता है और साथ ही यह विद्युत चुम्बकीय शोर या गर्मी पैदा किए बिना उच्चतम संभव दक्षता पर काम करता है।

बूस्ट कन्वर्टर्स का मुख्य कार्य सिद्धांत एक सर्किट में दो स्थितियों के बीच तेजी से बदलाव करना है, एक जो ऊर्जा संग्रहीत करता है और दूसरा जो इसे जारी करता है।स्विचिंग जितनी तेज होगी, घटक उतने ही छोटे हो सकते हैं और इसलिए पूरे उपकरण का आकार छोटा हो सकता है।हालाँकि, इससे विद्युत चुम्बकीय शोर और गर्मी उत्पादन भी बढ़ जाता है, जो पावर कनवर्टर के प्रदर्शन को ख़राब कर देता है।

शोधकर्ता मिशिमा टोमोकाज़ू के नेतृत्व में कोबे विश्वविद्यालय पावर इलेक्ट्रॉनिक्स की एक टीम ने एक नया प्रत्यक्ष वर्तमान पावर रूपांतरण सर्किट विकसित करने में महत्वपूर्ण प्रगति की है।वे गठबंधन करने में कामयाब रहेउच्च आवृत्तिएक ऐसी तकनीक के साथ स्विचिंग (पहले की तुलना में लगभग 10 गुना अधिक) जो विद्युत चुम्बकीय शोर और बिजली के नुकसान को कम करती हैगर्मी लंपटता, जिसे "सॉफ्ट स्विचिंग" कहा जाता है, जबकि यह घटकों की संख्या को भी कम करता है और इसलिए, लागत और जटिलता को कम रखता है।

"जब सर्किट दो स्थितियों के बीच बदलता है, तो एक संक्षिप्त अवधि होती है जब स्विच पूरी तरह से बंद नहीं होता है, और उस बिंदु पर स्विच में वोल्टेज और करंट दोनों होते हैं। इसका मतलब है कि इस समय के दौरान स्विच एक अवरोधक की तरह काम करता हैऔर इस प्रकार गर्मी नष्ट हो जाती है। जितनी अधिक बार स्विच की स्थिति बदलती है, उतनी ही अधिक यह अपव्यय होता है। सॉफ्ट स्विचिंग एक ऐसी तकनीक है जो गारंटी देती है कि स्विच संक्रमण शून्य वोल्टेज पर होता है, इस प्रकार गर्मी की हानि कम हो जाती है," डॉ. मिशिमा बताते हैं।

परंपरागत रूप से, इसे "स्नबर्स" घटकों द्वारा हासिल किया गया है, जो संक्रमण अवधि के दौरान वैकल्पिक ऊर्जा सिंक की पेशकश करते हैं, जिससे बाद में ऊर्जा हानि होती है।

कोबे विश्वविद्यालय टीमपेश कियाउनके नए सर्किट डिज़ाइन और जर्नल में उसका मूल्यांकनपावर इलेक्ट्रॉनिक्स पर आईईईई लेनदेन.उनकी उपलब्धि की कुंजी "रेज़ोनेंट टैंक" सर्किट का उपयोग है जो स्विचिंग अवधि के दौरान ऊर्जा संग्रहीत कर सकती है और इसलिए बहुत कम नुकसान होता है।

इसके अलावा, वे सर्किट बोर्ड पर मुद्रित फ्लैट घटकों के साथ एक घटक-बचत डिज़ाइन का उपयोग करते हैं, जिसे "प्लानर ट्रांसफार्मर" कहा जाता है, जो बहुत कॉम्पैक्ट है और इसमें अच्छी दक्षता और थर्मल प्रदर्शन दोनों हैं।

मिशिमा और उनके सहयोगियों ने सर्किट का एक प्रोटोटाइप भी बनाया और इसके प्रदर्शन को मापा।"हमने पुष्टि की है कि हमारा स्नबरलेस डिज़ाइन बहुत कम हो गया हैविद्युत चुम्बकीय शोरऔर 91.3% तक की उच्च ऊर्जा दक्षता, जो उच्च वोल्टेज रूपांतरण अनुपात वाले मेगाहर्ट्ज ड्राइव के लिए अभूतपूर्व है।यह अनुपात मौजूदा डिज़ाइनों की तुलना में 1.5 गुना अधिक है।" हालांकि, वे उपयोग किए गए चुंबकीय घटकों की बिजली अपव्यय को कम करके दक्षता को और बढ़ाना चाहते हैं।

यह देखते हुए कि हमारे समाज में विद्युत उपकरण कितने सर्वव्यापी हैं, उच्च वोल्टेज गुणक अनुपात के साथ प्रत्यक्ष वर्तमान बिजली आपूर्ति का उच्च दक्षता और कम शोर संचालन बेहद महत्वपूर्ण है।

कोबे विश्वविद्यालय का यह विकास विद्युत ऊर्जा, नवीकरणीय ऊर्जा, परिवहन, सूचना और दूरसंचार और चिकित्सा देखभाल में अनुप्रयोगों के लिए बहुत प्रासंगिक होगा।मिशिमा अपनी आगे की योजनाओं के बारे में बताती हैं, "वर्तमान विकास एक 100W श्रेणी की छोटी क्षमता वाला प्रोटोटाइप है, लेकिन हमारा लक्ष्य इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बोर्ड और अन्य घटकों में सुधार करके भविष्य में बिजली क्षमता को बड़ी किलोवाट श्रेणी की क्षमता तक विस्तारित करना है।"

यह शोध नेशनल चुंग ह्सिंग यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं के सहयोग से आयोजित किया गया था।

अधिक जानकारी:टोमोकाज़ु मिशिमा एट अल, मेगाहर्ट्ज-संचालित स्नबरलेस सॉफ्ट-स्विचिंग करंट-फेड मल्टीरेज़ोनेंट डीसी-डीसी कनवर्टर,पावर इलेक्ट्रॉनिक्स पर आईईईई लेनदेन(2024)।डीओआई: 10.1109/टीपीईएल.2024.3380069