برِج ریکٹیفائر کیسے کارآمد اے سی سے ڈی سی تبدیلی کو ممکن بناتے ہیں

برِج ریکٹیفائر کا کردار اے سی/ڈی سی تبدیلی کے عمل میں

برِج ریکٹیفائرز کا کردار تبدیلی کرنٹ (ای سی) کو سیدھی کرنٹ (ڈی سی) میں تبدیل کرنے میں اہم ہوتا ہے، جس کی تقریباً تمام جدید الیکٹرانکس کو مناسب طور پر کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہمارے فونز یا بجلی کی گاڑیوں کے لیے ان چارجنگ اسٹیشنز جیسی روزمرہ کی چیزوں کے بارے میں سوچیں۔ معمول کے نصف لہر ریکٹیفائرز دراصل ای سی ذریعہ سے وصول کردہ نصف کو ضائع کر دیتے ہیں، لیکن برِج ریکٹیفائرز مختلف انداز میں کام کرتے ہیں۔ وہ خاص طریقے سے چار ڈائیوڈس کا استعمال کرتے ہیں تاکہ وہ برقی لہر کے دونوں اطراف کو پکڑ سکیں، چاہے وہ مثبت ہو یا منفی۔ چونکہ یہ اجزاء پورے سگنل کا بھرپور استعمال کرتے ہیں، اس لیے وہ عام طور پر 80 فیصد یا اس سے زیادہ کارکردگی کے ساتھ کام کرتے ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ تبدیلی کے دوران کم توانائی گرمی کے طور پر ضائع ہوتی ہے، اسی وجہ سے انجینئرز اکثر انہیں ترجیح دیتے ہیں جب مختلف حالات میں اچھی کارکردگی کے مطابق بجلی کی فراہمی کو تیار کرنا ہوتا ہے۔

مکمل لہر اور نصف لہر ریکٹیفیکیشن: کارکردگی اور کارآمدی

مکمل لہر کی تناسب نصف لہر کے ڈیزائن کے مقابلے میں کارکردگی اور آؤٹ پٹ مسلسل ہونے میں کافی بہتر ہے۔ ذیل کی میز اہم فرق کو ظاہر کرتی ہے:

پیرامیٹر	نصف لہر سُیدھ کرنے والا	مکمل لہر پلٹ کر سُیدھ کرنے والا
استعمال ہونے والے سائیکلز	صرف مثبت نصف سائیکل	پوری ای سی لہر
معمولی کارکردگی	تقریباً 40%	>81%
ٹرانسفارمر کا استعمال	جزوی	کامل ڈیوٹی سائیکل

ای سی سائیکل کے تمام حصے کو استعمال کرتے ہوئے، مکمل لہر ریکٹیفائرز نصف لہر ورژن کے مقابلے میں ایک ہی ان پٹ کے لیے دوگنا آؤٹ پٹ طاقت فراہم کرتے ہیں۔ وہ کم ریپل وولٹیج بھی پیدا کرتے ہیں، جس سے اجزاء پر دباؤ کم ہوتا ہے اور سسٹم کی عمر میں اضافہ ہوتا ہے۔

مثبت اور منفی نصف سائیکلز کے دوران ڈایڈ کنڈکشن

جب ای سی ان پٹ مثبت ہوتی ہے، ڈائیوڈ D1 اور D3 بجلی کی کنڈکٹنگ شروع کر دیتے ہیں اور لوڈ کے ذریعے ایک خاص سمت میں بجلی بھیجتے ہیں۔ پھر منفی نصف چکر آتا ہے جہاں ڈائیوڈز D2 اور D4 کام سنبھال لیتے ہیں اور آؤٹ پٹ اینڈ پر اسی قطبیت کو برقرار رکھتے ہیں۔ یہ آگے پیچھے سوئچنگ کسی بھی الٹے وولٹیج کو ہمارے ذریعہ چلائے جانے والے ڈیوائس کے خلاف ظاہر ہونے سے روکتی ہے۔ ان سرکٹس پر کیے گئے کچھ حرارتی ٹیسٹس کے مطابق، دو راستوں سے کرنٹ چلانے سے حرارتی نقصان میں 28 فیصد کمی ہوتی ہے جب اسے پرانے ڈیزائنوں کے ساتھ مقابلہ کیا جاتا ہے جن میں الگ الگ ڈائیوڈز تھے۔ نتیجہ؟ بہتر کارکردگی کے ساتھ ساتھ صاف DC پاور جس میں اب بھی وہ خصوصی لہریں موجود ہیں لیکن اتنی مستحکم ہوتی ہے کہ فلٹرز بعد میں اپنا کام مناسب طریقے سے کر سکتے ہیں۔

بریج ریکٹیفائرز کا سرکٹ ڈیزائن اور آپریشنل اصول

چار ڈائیوڈ بریج کی ترتیب اور کرنٹ راستے کا تجزیہ

ایک برج ریکٹیفائر اس لیے کام کرتا ہے کیونکہ اس میں یہ چار ڈائیڈس ایک لوپ میں ترتیب دیے گئے ہیں جو بنیادی طور پر ای سی لہر کے دونوں حصوں کو پکڑنے دیتے ہیں۔ جب مثبت طرف ولٹیج بڑھتا ہے، ڈائیڈس D1 اور D3 بجلی کی حوصلہ افزائی شروع کر دیتے ہیں۔ پھر جب چیزیں منفی طرف الٹ جاتی ہیں، تو D2 اور D4 کے بجائے کنٹرول سنبھال لیتے ہیں۔ الیکٹرانکس کے ساتھ کام کرنے والے کسی بھی شخص کے لیے اس کا مطلب کافی واضح ہے: سرکٹ کے ذریے کرنٹ کسی بھی سمت میں بہہ رہا ہو، یہ ہمیشہ لوڈ کمپونینٹ سے ایک ہی سمت میں گزرتا ہے۔ یہ سیٹ اپ ان تکلیف دہ وقفے کو ختم کر دیتا ہے جہاں نصف لہر ریکٹیفائرز میں کچھ بھی نہیں ہوتا۔ نتیجہ؟ پورا ای سی سگنل ڈی سی پاور میں تبدیل ہو جاتا ہے جو اب بھی دل کی دھڑکن کی طرح ہوتی ہے لیکن اصل لہر کے کسی حصے کو ضائع نہیں کرتی، لہذا ہم اپنے سسٹم سے زیادہ سے زیادہ ممکنہ توانائی حاصل کر رہے ہیں بغیر کہیں کارکردگی کھوئے۔

کمپلیٹ ای سی ان پٹ سائیکلوں میں آپریشن

جب برج ریکٹیفائر تمام ای سی ان پٹ کو پروسیس کرتے ہیں، تو وہ اصل میں رِپل فریکوئنسی کو دوگنا کر دیتے ہیں۔ اس کا مطلب کیا ہے؟ اچھا، اگر ہم ایک معیاری 60 ہرٹز کی سپلائی سے شروع کریں، تو یہ بجائے 120 ہرٹز رِپل اثر پیدا کرتا ہے۔ اور ان لوگوں کے لیے جو 50 ہرٹز سسٹمز کے ساتھ کام کر رہے ہیں، نتیجے کے طور پر تقریباً 100 ہرٹز رِپل کی توقع کریں۔ یہاں فائدہ کافی سیدھا ہے - یہ زیادہ سے زیادہ فریکوئنسی فلٹرنگ کو بہت آسان بنا دیتی ہے اور مختلف لوڈز کے تحت زیادہ مستحکم طاقت کی فراہمی برقرار رکھنے میں مدد کرتی ہے۔ ایک اور اہم پہلو جس کا ذکر کرنا قابلِ قدر ہے وہ یہ ہے کہ متوازن کرنٹ راستے ٹرانسفارمر کورز کو اشباع پذیر ہونے سے روکتے ہیں۔ یہ خاص طور پر تب قیمتی ہوتا ہے جب سوئچڈ ماڈ پاور سپلائیز کے ساتھ کام کیا جا رہا ہو جن کا استعمال عام طور پر جدید الیکٹرانکس کی تیاری یا بھاری کام کے صنعتی اطلاقات میں کیا جاتا ہے جہاں قابلِ بھروسہ ہونا سب سے زیادہ اہمیت رکھتا ہے۔

ولٹیج ڈراپ، کنڈکشن لاسز، اور ریل ورلڈ ڈائیوڈ بیہیویئر

سیلیکون ڈائیوڈز عام طور پر ہر بار بجلی کی گزارش کے وقت 0.7 وولٹ کے مقدار میں ایک فارورڈ وولٹیج ڈراپ پیدا کرتے ہیں، لہذا جب دو کو اکٹھے استعمال کیا جاتا ہے تو ہمیں ہر سائیکل کے دوران تقریباً 1.4 وولٹ کا نقصان نظر آتا ہے، جیسا کہ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری رپورٹ 2023 میں بیان کیا گیا ہے۔ یہ تمام چھوٹے نقصانات جمع ہو کر حرارت پیدا کرتے ہیں، خصوصاً جب زیادہ مقدار میں کرنٹٹس سرکٹس کے ذریعے بہہ رہے ہوتے ہیں۔ پاور نقصان اور کرنٹ کے درمیان تعلق بنیادی فارمولے P = I²R کے مطابق ہوتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ زیادہ کرنٹس سے ناگزیر طور پر زیادہ نقصانات ہوتے ہیں۔ اس مسئلے کا مقابلہ کرنے کے لیے، بہت سے انجینئرز اس کی بجائے شاٹکی ڈائیوڈز کا رخ کرتے ہیں کیونکہ وہ صرف تقریباً 0.3 وولٹ ڈراپ کرتے ہیں، جو کم وولٹیجز پر کام کرنے والے سرکٹس کے لیے موزوں ہوتے ہیں۔ ان ماحول میں جہاں پاور لیولز بہت زیادہ ہوتے ہیں، اضافی اقدامات ضروری ہو جاتے ہیں، مثال کے طور پر دھاتی ہیٹ سنکس کا اضافہ یا پھر صنعتی سامان میں متحرک تالاب کے حل کے لیے فینز کو شامل کرنا۔

پیرامیٹر	نصف لہر سُیدھ کرنے والا	برج ریکٹیفائر	ترقی
کنڈکشن پیریڈ	سائیکل کا 50%	سائیکل کا 100%	2× استعمال
ریپل فریکوئنسی	60 ہرٹز	120 ہرٹز	2× ملائن نتيجو
ترانسفارمر ایه سترهس	اونچا	متوازن	كنتگو رو ساتورونو Ú©Ù… کرو

ترمل ایه منيجمنت کو رو زوری مندی: 15‌⁰ق تاغیری مندی دیاءدی لائو رو 40% چو کم کرو (مجله اليکترونيکس 2022). موجون دیزائن کو ایه مندی هیتسنک کلانو کورنت‌شیرينگ مندی موجونو مندی موحاقو.

نتيجو کی غوایت: ریبل رو کم کرنا و ایه فلتری کو رو شوکتو

کندو رو ایه چو دی‌عو الائو کو رو دی‌سی نتيجو مندی ملائن کرو

برِج ریکٹیفائر کو فلٹرنگ کمپونینٹس کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ لہردار ڈی سی پاور کو اس قابل بنا دیا جائے جو زیادہ تر سرکٹس کے لیے مستحکم ہو۔ کیپسیٹرز درحقیقت ان وولٹیج اسپائیکس کو سونگھ لیتے ہیں جب وہ آتے ہیں اور پھر اسٹورڈ توانائی کو چھوڑ دیتے ہیں جب چیزوں میں کمی ہوتی ہے۔ انڈکٹرز مختلف انداز میں کام کرتے ہیں لیکن ویسے ہی اہم ہیں کیونکہ وہ کرنٹ فلو میں اچانک لہروں یا گراؤنڈ کے خلاف مزاحمت کرتے ہیں۔ 2021 کے لگ بگ کچھ ٹیسٹوں سے پتہ چلا کہ معیاری ایل سی فلٹرز بنیادی ترتیبات کے مقابلے میں تقریباً دو تہائی سے چار پانچویں تک تکلیف دہ لہروں کو کم کر سکتے ہیں۔ جب بہت زیادہ مانگ والے سامان کا سامنا کرنا پڑتا ہے جہاں استحکام بہت اہمیت رکھتا ہے، تو انجینئرز اکثر چوک ان پٹ فلٹرز کو ترجیح دیتے ہیں جو انڈکٹرز اور کیپسیٹرز دونوں کو ایک ساتھ ملاتے ہیں۔ یہ اقسام اکیلے کمپونینٹس کے مقابلے میں چیزوں کو بہت بہتر طریقے سے ہموار کرنے میں کامیاب رہتی ہیں۔

جزو	اولین کردار	لہروں پر اثر
کنڈیسیٹر	ولٹیج ثبات	40 تا 60 فیصد تک پیک سے پیک تبدیلی کو کم کر دیتا ہے
انڈکٹر	کرنٹ فلٹرنگ	30 تا 50 فیصد تک ہائی فریکوئنسی نویز کو کمزور کر دیتا ہے

ریپل فریکوئنسی، کمپونینٹ کا سائز اور سسٹم کی کارکردگی کا موازنہ کرنا

فول ویو ریکٹیفائرز میں ریپل فریکوئنسی ان کے ہاف ویو مقابلہ جات کے مقابلہ میں دوگنا ہوتی ہے، اس کا مطلب ہے کہ انجینئرز کو فلٹرز کی ڈیزائننگ کے دوران تقریباً نصف سائز کے کمپونینٹس کے ساتھ کام چلانے کا موقع ملتا ہے۔ زیادہ تر ماہرین بنیادی ریپل فارمولہ V_ripple = I_load / (2 × فریکوئنسی × کیپسیٹنس) پر بھروسہ کرتے ہیں تاکہ کیپسیٹر کے سائز، ESR ویلیوز، اور سسٹم کی حرارتی صلاحیت کے درمیان ایک متوازن مقام تلاش کیا جا سکے جس سے چیزوں کو گرم ہونے سے روکا جا سکے۔ آج کل سیرامک کیپسیٹرز بھی کافی متاثر کن ہیں، منفی 40 ڈگری سینٹی گریڈ سے لے کر 125 ڈگری سینٹی گریڈ تک کے درجہ حرارت میں کیپسیٹنس میں 5 فیصد سے کم تبدیلی برقرار رکھتے ہوئے۔ یہ استحکام انہیں سخت حالات میں بھی قابل اعتماد طور پر کام کرنے والی چھوٹی ڈیزائنوں کی تخلیق کے لیے موزوں بناتا ہے۔

کارکردگی کے چیلنجز: ہائی پاور ایپلی کیشنز میں حرارتی انتظام

500W سے زیادہ ریکٹیفائرز میں، ڈائیوڈ کنڈکشن نقصانات گرمی کے 70 تا 90 فیصد ضائع ہونے کا باعث بنتے ہیں۔ ہر 10°C درجہ حرارت میں اضافہ فارورڈ وولٹیج ڈراپ میں 2 تا 3 فیصد اضافہ کرتا ہے، جس سے تھرمل رن اواے کا خطرہ ہوتا ہے۔ مؤثر کمی کی حکمت عملی میں شامل ہیں:

• الومینیم ہیٹ سنک (≈3°C/W تھرمل مزاحمت)
• 1 kW سے زیادہ لوڈ کے لیے ایکٹیو کولنگ
• سويچنگ ٹرانزسٹس کو دبانے کے لیے سنبیر سرکٹس

مناسب تھرمل ڈیزائن سے مسلسل آپریشن کے دوران سسٹم کی کارکردگی میں 12 تا 15 فیصد بہتری آتی ہے (حالیہ مطالعات)۔

ہاف ویو ڈیزائنوں کے مقابلے میں فل ویو بریج ریکٹیفائرز کے فوائد

بہتر پاور استعمال اور آؤٹ پٹ وولٹیج میں استحکام

فل ویو بریج ریکٹیفائرز ای سی ویو فارم کے دونوں حصوں کا استعمال کرتے ہیں، جس سے ان پٹ استعمال 50% تک پہنچ جاتا ہے جو کہ ہاف ویو ڈیزائنوں میں ہوتا ہے۔ اس کے نتیجے میں ریپل فریکوئنسی دوگنی ہو جاتی ہے (100 تا 120 ہرٹز)، جس سے سادہ، چھوٹے فلٹرز کو ممکن بنایا جا سکے۔ آؤٹ پٹ وولٹیج تقریباً 0.637×V پر مستحکم رہتا ہے _پیک , لوڈ کے تحت گراؤنڈ میں کمی کے امکان کو کم کرنا۔

خصوصیت	فل ویو ریکٹیفائر	نصف لہر سُیدھ کرنے والا
ای سی استعمال	100%	50%
ریپل فریکوئنسی	2× ان پٹ فریکوئنسی	ان پٹ کے برابر
ڈی سی آؤٹ پٹ استحکام	اونچا	معتدل

ترانس فارمر استعمال اور سسٹم قابل بھروسہ پن میں بہتری

برڈج ریکٹیفائرز مرکزی ٹیپڈ ٹرانس فارمرز کی ضرورت کو ختم کر دیتے ہیں، جس سے لاگت اور پیچیدگی کم ہوتی ہے۔ متوازن کرنٹ فلو میگنیٹک عدم توازن کو روکتا ہے، جو ہائی-پاور نصف لہر سسٹمز میں ٹرانس فارمر کی خرابی کی ایک عام وجہ ہے۔ حرارتی طور پر متوازن آپریشن 25 سے 40 فیصد تک ڈائیوڈ کی عمر کو بڑھاتا ہے، جس سے طویل مدتی قابلیت پر زور دیا جاتا ہے۔

برڈج ریکٹیفائرز کے حقیقی دنیا کے استعمال جدید پاور سسٹمز میں

کنزیومر اور انڈسٹریل الیکٹرانکس کے لیے پاور سپلائیز

برidget ریکٹیفائرز آج کل لیپ ٹاپس، اسمارٹ فونس اور دیگر انٹرنیٹ سے منسلک گیجز کے لیے اے سی ایڈاپٹرز میں ہر جگہ نظر آتے ہیں۔ یہ دیوار کے ساکٹس سے نکلنے والی اے سی کو لیتے ہیں اور اسے مستحکم ڈی سی پاور میں تبدیل کر دیتے ہیں جس کی الیکٹرانکس کو مناسب طور پر کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ جب ہم صنعتی درخواستوں پر نظر ڈالتے ہیں تو یہ چھوٹے اجزاء مسلسل بجلی کے شور کے باوجود موٹرز کو ہموار رننگ پر رکھتے ہیں اور پی ایل سی سسٹمز کو صحیح طریقے سے کام کرتے رہتے ہیں۔ مکمل لہر کا ڈیزائن ورلڈ ویو نسخوں کے مقابلے میں واقعی چمک اٹھتا ہے۔ یہ ایک ہی فریکوئنسی پر وولٹیج کے غیر مستقل ہونے کو تقریباً نصف تک کم کر دیتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ پیدا کرنے والے چھوٹے پاور سپلائی بناسکتے ہیں جو توانائی ضائع کیے بغہ کام کو کارآمد انداز میں انجام دیتے ہیں۔

ای ڈی چارجنگ اسٹیشنز میں فرنٹ-اینڈ اے سی سے ڈی سی تبدیلی

EV چارجنگ اسٹیشنز پر، برج ریکٹیفائرز بیٹری چارجنگ کے لیے وولٹیج کو ایڈجسٹ کرنے سے پہلے ابتدائی AC-to-DC تبدیلی انجام دیتے ہیں۔ سلیکون کاربائیڈ ڈائیڈز کا استعمال کرتے ہوئے، جدید یونٹ Level 2 چارجنگ کے دوران 98% سے زیادہ کارکردگی حاصل کرتے ہیں، گرمی کو کم کرتے ہیں اور ٹرانسفارمر سیچوریشن کے بغیر قابل بھروسہ 50kW+ پاور ڈیلیوری کو یقینی بناتے ہیں۔

DC فاسٹ چارجنگ اور تجدید پذیر توانائی کے نظام میں انضمام

350 کلو واٹ الٹرا فاسٹ الیکٹرک گاڑیوں کے تیز ترین چارجرز کی موجودہ نسل میں پیرالل برج ریکٹیفائر بینکس شامل ہیں جو 800V DC بس کو مستحکم رکھنے میں مدد کرتے ہیں، حتیٰ کہ جب بجلی کی سپلائی میں اتار چڑھاؤ ہو۔ سورجی تنصیبات کے معاملے میں، مائیکرو انورٹرز بھی درحقیقت برج ریکٹیفائرز کے ساتھ کام کرتے ہیں۔ یہ اجزاء فوٹوولٹائک پینلز کی جانب سے مختلف AC پیداوار کو لیتے ہیں اور اسے زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ ٹریکنگ کے لیے مستقل کرنٹ میں تبدیل کر دیتے ہیں۔ NREL کے 2023 کے میدانی ڈیٹا کے مطابق، روایتی طریقوں کے مقابلے میں اس طریقہ کار سے توانائی کے نقصان میں تقریباً 12 فیصد کمی واقع ہوتی ہے۔ ان نظاموں کو بہت دلچسپ بنانے والی بات ان کی اسکیل اپ کرنے کی صلاحیت ہے، جو گاڑی سے جالا (ویہیکل ٹو گرڈ) کی صورتحال اور مختلف صنعتوں میں مختلف تجدید پذیر اسٹوریج اطلاقات میں دوطرفہ بجلی کے بہاؤ کا سامنا کرنے کے وقت خاص طور پر قیمتی ثابت ہوتی ہے۔

فیک کی بات

برج ریکٹیفائرز کا نصف لہر ریکٹیفائرز پر کیا بنیادی فائدہ ہے؟

پل ریکٹیفائر ای سی ویو فارم کے دونوں حصوں کا استعمال کرتے ہیں، جس کے نتیجے میں زیادہ کارکردگی اور آؤٹ پٹ پاور حاصل ہوتی ہے۔ وہ زیادہ مستحکم ڈی سی آؤٹ پٹ بھی فراہم کرتے ہیں، جس سے اجزاء پر دباؤ کم ہوتا ہے اور سسٹم کی عمر میں اضافہ ہوتا ہے۔

پل ریکٹیفائر ای سی سے ڈی سی تبدیلی کی کارکردگی میں کس طرح اضافہ کرتے ہیں؟

پل ریکٹیفائر برقی لہر کے دونوں اطراف کو حاصل کرتے ہیں اور پورے ای سی چکر کا استعمال کرتے ہوئے تقریباً 80 فیصد یا اس سے زیادہ کارکردگی حاصل کرتے ہیں۔ اس سے توانائی کے ضیاع کو کم کیا جاتا ہے اور تبدیلی کے عمل کے دوران گرمی کے نقصان میں کمی واقع ہوتی ہے۔

ریپل حرت کی اہمیت ریکٹیفائر میں کیا ہے؟

زیادہ ریپل حرت فلٹرنگ کو آسان بنا دیتی ہے اور مختلف لوڈز کے ذریعے مستحکم طاقت کی فراہمی برقرار رکھنے میں مدد کرتی ہے۔ یہ ریپل کو ہموار کرنے کے لیے ضروری فلٹرنگ اجزاء کے سائز کو بھی کم کرتی ہے اور طاقت کے نظام کی مجموعی کارکردگی میں اضافہ کرتی ہے۔

کیپسیٹرز اور انڈکٹرز ڈی سی آؤٹ پٹ کو ہموار کرنے میں کیا کردار ادا کرتے ہیں؟

کیپیسیٹرز وولٹیج اسپائیکس کو کم کرتے ہیں اور وولٹیج ویری ایشن کو مستحکم کرتے ہیں، جبکہ انڈکٹرز ہائی فریکوئنسی نویز کو فلٹر کرتے ہیں اور کرنٹ سرج کا انتظام کرتے ہیں۔ دونوں مل کر رِپل کو کافی حد تک کم کرتے ہیں اور ڈی سی پاور کی کوالٹی میں بہتری لاتے ہیں۔