بنیادی برقی درجہ بندیاں: VRMS، VRRM، IF(AV)، اور IO کی وضاحت

کیوں پیک انورس وولٹیج (VRRM) اے سی ان پٹ کی اعلیٰ حدود سے زیادہ ہونا ضروری ہے، نہ کہ صرف VRMS سے

صرف ایم ایس (RMS) وولٹیج (VRMS) کو دیکھ کر برج ریکٹیفائر کا انتخاب کرنا مستقبل میں پریشانی کا باعث بن سکتا ہے۔ حقیقت یہ ہے کہ اے سی (AC) بجلی کی لائنز واقعی اُن وولٹیجز تک پہنچ جاتی ہیں جو ایم ایس (RMS) کے طور پر ماپے گئے وولٹیجز سے کہیں زیادہ ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، معیاری 120V بجلی کی فراہمی کی بات کریں تو اس کا اعلیٰ ترین (پیک) وولٹیج تقریباً 170V تک پہنچ جاتا ہے، کیونکہ اے سی (AC) کا ریاضیاتی طریقہ کار اسے ایم ایس (RMS) وولٹیج کے √2 گنا تک پہنچنے کی اجازت دیتا ہے۔ اس معاملے میں سب سے اہم چیز VRRM کہلاتی ہے، جو ہمیں بتاتی ہے کہ ان چھوٹے سے ڈایوڈز کے اندر کتنی الٹی (ریورس) وولٹیج برداشت کرنے کی صلاحیت ہے، جس کے بعد وہ مکمل طور پر خراب ہو جاتے ہیں۔ جب یہ درجہ بندی (ریٹنگ) واقعی داخل ہونے والی وولٹیج کی اعلیٰ ترین حد سے کم ہو جاتی ہے تو غیر متوقع بجلی کے جھٹکوں یا سرکٹ کے ذریعے واپس لوٹنے والی برقی شور (الیکٹریکل نوائز) جیسے مختلف مسائل پیدا ہو سکتے ہیں۔ زیادہ تر تجربہ کار انجینئرز آپ کو مشورہ دیں گے کہ آپ ایسے اجزاء کا انتخاب کریں جن کی درجہ بندی (ریٹنگ) ان اعلیٰ ترین وولٹیجز سے کم از کم 1.5 گنا زیادہ ہو، تاکہ غیر متوقع حالات کے لیے کچھ گنجائش موجود رہے۔ عام گھریلو 120V سیٹ اپس کے لیے، بین الاقوامی حفاظتی معیارات جیسے IEC 62368-1 کے مطابق، اس کا مطلب ہے کہ 255 وولٹ سے زیادہ کی درجہ بندی (ریٹنگ) کا ہدف رکھنا چاہیے۔

کام کے دورانیے، ماحولیاتی درجہ حرارت اور عارضی لوڈ کے لیے IF(AV) اور IO کی درجہ بندی میں کمی

اوسط فارورڈ کرنٹ (IF(AV)) اور سرج کرنٹ (IO) کی درجہ بندی آزمائشی لیب کی مثالی حالتوں پر مبنی ہوتی ہے: 25°C ماحولیاتی درجہ حرارت اور مستقل حالت کے لوڈ۔ حقیقی دنیا میں کام کرتے وقت سخت درجہ بندی کی کمی کی ضرورت ہوتی ہے:

• درجہ حرارت : جنکشن کا درجہ حرارت بڑھنے سے براہ راست کرنٹ کی گنجائش کم ہو جاتی ہے؛ 100°C ماحولیاتی درجہ حرارت پر، IF(AV) ڈیٹا شیٹ کی خصوصیات کے مقابلے میں 40% تک کم ہو سکتی ہے۔
• داری چار : موٹر کی شروعات جیسے متقطع بلند کرنٹ کے واقعات کو IO کی پلس چوڑائی اور دہراؤ کی شرح کی حدود کے خلاف تصدیق کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔
• عارضی کرنٹ : کیپیسیٹر کے داخلی کرنٹ کی وجہ سے اکثر IO سے زیادہ کرنٹ گزرتا ہے؛ اسے NTC تھرماسٹرز یا سیریز کرنٹ محدود کرنے والے ریزسٹرز کے ذریعے کم کیا جا سکتا ہے۔
  موثر عمل کے تمام دائرۂ کار کو یقینی بنانے کے لیے ہمیشہ حرارتی درجہ بندی کی منحنیوں اور عارضی پلس کی درجہ بندیوں کا باہمی حوالہ دیں—صرف سرخیوں والی اقدار کا نہیں۔

حرارتی کارکردگی اور حقیقی دنیا کی ٹھنڈا کرنے کی ضروریات

جنکشن سے ماحولیاتی مقاومت (R _θJA ) اور اصل پی سی بی کے لی آؤٹ لے: تانبا کا رقبہ، ٹریس کی چوڑائی، اور حرارتی وائیاز

ڈیٹا شیٹ R _θJA کے اقدار مثالی ٹیسٹ کی صورتحال پر مبنی ہیں—عام طور پر ایک واحد لیئر والے بورڈ پر بڑے تانبا پیڈ اور جبری ہوا کے بہاؤ کے ساتھ۔ عملی طور پر، حرارتی کارکردگی پی سی بی کے نفاذ پر منحصر ہوتی ہے:

• ریکٹیفائر کے نیچے تانبا کے رقبے کو دوگنا کرنا جنکشن درجہ حرارت کو 15–20°C تک کم کر سکتا ہے۔
• تنگ ٹریسیں حرارتی رکاوٹ کا کام کرتی ہیں؛ زیادہ کرنٹ والے راستوں کے لیے کم از کم 1.5 ملی میٹر ٹریس کی چوڑائی کی سفارش کی جاتی ہے۔
• پیکیج کے نیچے لگائے گئے حرارتی وائیاز (کم از کم 8 وائیاز فی سینٹی میٹر مربع، بھرے ہوئے یا پلیٹڈ) حرارت کو اندرونی لیئرز یا گراؤنڈ پلینز تک منتقل کرکے حرارتی مزاحمت کو 40% تک کم کر دیتے ہیں۔
  50°C سے زیادہ کے ماحولیاتی درجہ حرارت پر، فورسڈ ائیر کولنگ ضروری ہو جاتی ہے، کیونکہ درجہ حرارت کے ریٹڈ حدود سے آگے ہر 10°C کا اضافہ اجزاء کی عمر کو آدھا کر دیتا ہے (آرہینیس ماڈل کے مطابق)۔ بند کیسز یا بلندیوں پر نصب کردہ نظاموں کے لیے، حرارتی تبادلے کی کارکردگی میں کمی کی وجہ سے طاقت کو 30–50% تک کم کرنا ضروری ہوتا ہے۔ غلطیوں سے بچنے کے لیے ڈیزائنز کی تصدیق تھرمل سیمولیشن ٹولز کے ذریعے کریں— جس میں کم از کم 2 آؤنسل کا کانسٹر کا وزن، گھنیت کے ذریعے بہتر بنایا گیا، اور کم تھرمل ریزسٹنس والے ہیٹ سنک انٹرفیسز کو ترجیح دی جائے— تاکہ بہت زیادہ مقداری R کی بنا پر پیشگی ناکامی کو روکا جا سکے، جو حقیقی صورتحال کو چھپا سکتی ہے۔ _θJA اعداد و شمار۔

بریج ریکٹیفائر کے ڈیٹا شیٹ میں سے بچنے والی غلطیاں

'معمولی' فارورڈ وولٹیج کا غلط تصور: وی _ت زیادہ آئی _ت غیر متوقع نقصانات اور گرمی کا باعث بنتی ہے

زیادہ تر ڈیٹا شیٹس 'معمولی' فارورڈ وولٹیج (وی _ت ) کے اعداد و شمار کو اُجاگر کرتی ہیں جو 25°C پر بہت کم ٹیسٹ کرنٹ کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیے گئے ہیں۔ اس طریقہ کار کے پیچھے چھپا ہوا حقیقت یہ ہے کہ وی _ت کا عملی طور پر مختلف لوڈ کرنٹس اور درجہ حرارت کے ساتھ کتنا شدید تبدیلی ہوتی ہے۔ جب اجزاء اپنے زیادہ سے زیادہ ریٹڈ کرنٹ (آئی _ت ، اگلی طرف کا وولٹیج اکثر وہاں تک چھلانگ لگا سکتا ہے جو خصوصیات کی فہرست میں درج وولٹیج سے 0.2 سے 0.4 وولٹ زیادہ ہو۔ اس چھوٹی سی اضافی بڑھوتری کی وجہ سے موصلیت کے نقصانات کافی حد تک بڑھ جاتے ہیں، جو کبھی کبھار 20% سے 30% تک بھی ہو سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، 5 ایمپئیر کے بہاؤ میں 0.2 وولٹ کا اضافہ ایک اضافی واٹ حرارت پیدا کرتا ہے جو ڈیزائن کے حساب کتابوں میں شامل نہیں تھا۔ اس کے بعد ڈیزائنرز کو یا تو اجزاء کی درجہ بندی کم کرنی پڑتی ہے یا پھر اضافی ٹھنڈا کرنے کے حل نافذ کرنے ہوتے ہیں۔ جبکہ بڑے بڑے سازندہ کمپنیاں V کو ان پلس شرائط میں ٹیسٹ کرتی ہیں جو حقیقی دنیا کے سوئچنگ مندرجات کے زیادہ قریب ہوتے ہیں، بہت سے انجینئرز اب بھی صرف کمرے کے درجہ حرارت پر ماپی گئی ان سٹیٹک خصوصیات کی فہرستوں پر ہی انحصار کرتے ہیں۔ اس عدم مطابقت کی وجہ سے بعد میں سنگین مسائل پیدا ہو جاتے ہیں، خاص طور پر جب ہیٹ سنکس اعلیٰ لوڈ کے دوران اصل طور پر پیدا ہونے والی طاقت کے استعمال کے لیے ناکافی ثابت ہو جاتے ہیں۔ _ت جبکہ بڑے بڑے سازندہ کمپنیاں V کو ان پلس شرائط میں ٹیسٹ کرتی ہیں جو حقیقی دنیا کے سوئچنگ مندرجات کے زیادہ قریب ہوتے ہیں، بہت سے انجینئرز اب بھی صرف کمرے کے درجہ حرارت پر ماپی گئی ان سٹیٹک خصوصیات کی فہرستوں پر ہی انحصار کرتے ہیں۔ اس عدم مطابقت کی وجہ سے بعد میں سنگین مسائل پیدا ہو جاتے ہیں، خاص طور پر جب ہیٹ سنکس اعلیٰ لوڈ کے دوران اصل طور پر پیدا ہونے والی طاقت کے استعمال کے لیے ناکافی ثابت ہو جاتے ہیں۔

الٹی ری کوری ٹائم (t _rr ) ہائی فریکوئنسی SMPS میں نظرانداز کرنا اور EMI اور کارکردگی پر اس کے اثرات

الٹی ری کوری ٹائم (t _rr کا سوئچنگ نقصانات اور سوئچ موڈ پاور سپلائیز (SMPS) میں الیکٹرو میگنیٹک تداخل (EMI) دونوں پر بڑا اثر پڑتا ہے۔ جب معیاری ریکٹیفائرز کا t _rr 500 نینو سیکنڈز سے زیادہ ہوتا ہے، تو ان میں آف ہونے کے وقت قابلِ ذکر کرنٹ رنگنگ پیدا ہوتی ہے۔ یہ رنگنگ غیر مطلوبہ LC سرکٹس کو فعال کرتی ہے اور بنیادی سوئچنگ فریکوئنسی کے مضرابوں پر وسیع طیف کا EMI پیدا کرتی ہے۔ گزشتہ سال امریکہ کے IEEE EMC سوسائٹی کی حالیہ تحقیق کے مطابق، یہ اثرات سسٹم کے شور کے سطح کو 12 سے تقریباً 18 ڈی سی بل تک بڑھا سکتے ہیں، جبکہ ری جنریشن کے دوران توانائی کے نقصانات کی وجہ سے کل کارکردگی تقریباً 3% سے 8% تک کم ہو جاتی ہے۔ جدید SMPS ڈیزائنز جو 100 کلو ہرٹز سے زیادہ پر کام کرتی ہیں، کے لیے انجینئرز کو t _rr 100 نینو سیکنڈز سے کم والے انتہائی تیز ڈایوڈز کی ضرورت ہوتی ہے۔ افسوس کی بات یہ ہے کہ بہت سے اجزاء کی خصوصیات میں اب بھی t _rr درجہ حرارت یا فارورڈ کرنٹ کے ساتھ تبدیل ہوتا ہے۔ یہ غائب ڈیٹا خاص طور پر چھوٹے سائز کے پاور سپلائیز کے لیے مسئلہ خیز ہے جہاں حرارت کی تراکم ایک مسئلہ بن جاتی ہے، کیونکہ زیادہ ڈائی کی درجہ حرارت عام طور پر ریکوری کی خصوصیات کو اور بھی خراب کر دیتی ہے۔

سیسٹم-لیول انٹیگریشن: فلٹرنگ، لی آؤٹ، اور قابل اعتمادی کا ہم آہنگی

بریج ریکٹیفائر کی کارکردگی اس کے ڈیٹا شیٹ کی خصوصیات سے کہیں زیادہ وسیع ہوتی ہے۔ موثر انٹیگریشن کا انحصار فلٹرنگ، جسمانی لی آؤٹ، اور حرارتی راستوں کو حقیقی دنیا کے دباؤ کے تحت استحکام یقینی بنانے کے لیے ہم آہنگ بنانے پر ہوتا ہے۔ اہم نکات درج ذیل ہیں:

• فلٹرنگ کی ہم آہنگی : اے سی رپل کی کمی صرف بڑی صلاحیت والے کیپیسیٹرز پر منحصر نہیں ہوتی، بلکہ کیپیسیٹر کی قسم (کم-ای ایس آر الیکٹرولائٹک یا پولیمر)، ریکٹیفائر کے قریب اس کی جگہ، اور ریکٹیفائر کے متحرک امپیڈنس پروفائل کے ساتھ امپیڈنس کے مطابقت پر بھی منحصر ہوتی ہے۔ ناقص فلٹرنگ کے نتیجے میں نیچے کی طرف ریگولیٹر پر دباؤ بڑھ جاتا ہے اور منتقل شدہ ای ایم آئی بڑھ جاتی ہے۔

• لی آؤٹ پر مبنی قابل اعتمادی ٹرانسفارمر کے ثانوی سرکٹ، ریکٹیفائر کے ان پٹس اور بِلک کیپاسیٹر کے درمیان تشکیل پانے والے AC لوپ کے رقبے کو کم کرنا وہ انڈکٹو وولٹیج اسپائکس کو دباتا ہے جو ڈایوڈ کی سالمیت کو خطرے میں ڈالتے ہیں۔ ریکٹیفائر کے نیچے حکمت عملی کے تحت تانبا کا ڈھالنا اور گہری حرارتی وائیاز (Thermal Vias) موثر θ کو کم کرتے ہیں، _JAجبکہ بلند dv/dt نوڈز کے درمیان مناسب فاصلہ کیپیسیٹو کپلنگ کے شور کو کم کرتا ہے۔

• حرارتی-برقی جوڑ بلند ڈائی کا درجہ حرارت V _ت کو بڑھاتا ہے، جس سے کنڈکشن نقصانات میں اضافہ ہوتا ہے— جو اپنے اندر مزید حرارت پیدا کرتے ہیں۔ یہ مثبت فید بیک لوپ تخریب کو تیز کرتا ہے اور حرارتی بے قابو ہونے (thermal runaway) کے خطرے کو جنم دیتا ہے۔ ٹھنڈا کرنے کے حل میں ماحولیاتی درجہ حرارت میں اضافہ، قریبی حرارتی ذرائع اور طویل المدتی عمر بڑھنے کے اثرات کو مدنظر رکھنا ضروری ہے— صرف لمحہ بہ لمحہ برقی طاقت کے استعمال کو نہیں۔

ان باہمی منافع کو نظرانداز کرنا، ایک مضبوط برج ریکٹیفائر کے باوجود، غیرمعمولی خرابی کا خطرہ پیدا کرتا ہے۔ فعال ڈیزائن— جو تصدیق شدہ فلٹرنگ کارکردگی، کم انڈکٹنس والے راستوں اور حرارتی طور پر درست ثابت شدہ ترتیب پر مبنی ہو— ایک الگ تھلگ اجزاء کو ایک مضبوط، میدان میں آزمودہ طاقت کے تبدیلی کے مرحلے میں تبدیل کر دیتا ہے۔