طاقت کی تبدیلی میں دایود کے کام اور اہم خصوصیات کو سمجھنا

طاقت کے کنورٹرز میں دایود کا کام: ت rectification کی بنیاد

طاقت کی تبدیلی کے نظام میں ت rectification کے لیے دایود ضروری ہوتے ہیں، جو متبادل کرنٹ (ای سی) کو مستقیم کرنٹ (ڈی سی) میں تبدیل کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔ ان کا ایک سمتی کرنٹ روانی الٹ وولٹیج کو روکتا ہے جبکہ آگے کی موصلیت کی اجازت دیتا ہے، جو ای سی ڈی سی کنورٹرز، بیٹری چارجرز، اور صنعتی طاقت کی سپلائی کا بنیادی حصہ ہے جہاں مستحکم ڈی سی آؤٹ پٹ انتہائی اہم ہوتا ہے۔

اہم دایود خصوصیات: فارورڈ وولٹیج ڈراپ، الٹ وولٹیج برداشت، اور کرنٹ ہینڈلنگ

تین بنیادی پیرامیٹرز دایود کی کارکردگی کا تعین کرتے ہیں:

• عکس وولٹیج کی برداشت (50V سے 10kV+): براہ راست توانائی کے نقصان اور نظام کی کارکردگی کو متاثر کرتا ہے
• عکس وولٹیج کی برداشت (50V سے 10kV+): زیادہ سے زیادہ بلاکنگ صلاحیت کو متعین کرتا ہے
• کرنٹ برداشت کی صلاحیت (1A سے 500A): حرارتی ڈیزائن اور جزو کے انتخاب کو متاثر کرتا ہے

سیلیکون کاربائیڈ (SiC) ڈائیوڈز کے لیے فارورڈ ڈراپ تقریباً 1.2V ہوتا ہے لیکن یہ زیادہ درجہ حرارت (زیادہ سے زیادہ 175°C تک) پر موثر انداز میں کام کرتے ہیں، جو انہیں زیادہ طاقت اور زیادہ کارکردگی والی درخواستوں کے لیے مناسب بناتا ہے۔

ایک سمتی کرنٹ کا بہاؤ اور نظام کی استحکام پر اس کا اثر

ڈائیوڈز اس طرح کام کرتے ہیں کہ وہ صرف ایک سمت میں کرنٹ کے بہاؤ کی اجازت دیتے ہیں، جو ولٹیج کی سطح کو متاثر کرنے یا سرکٹ کے دیگر اجزاء کو نقصان پہنچانے والے غیر مطلوبہ ریورس فلو کو روکتا ہے۔ جب سورجی انورٹرز بجلی کے نقصان سے خود کو محفوظ بنانے کی ضرورت ہوتی ہے، تو وہ فوٹوولٹائک پینلز کو محفوظ طریقے سے منقطع کرنے کے لیے اس خصوصیت پر بھروسہ کرتے ہیں۔ اسی طرح، جدید USB-C چارجرز تصادفی ریورس چارجنگ کی صورتحال کو روکنے کے لیے ڈائیوڈز شامل کرتے ہیں جو آلات کو نقصان پہنچا سکتی ہے۔ قابل اعتمادی کا عنصر ہی وہ چیز ہے جو ڈائیوڈز کو انتہائی اہمیت کے حامل نظاموں میں اتنے اہم بنا دیتا ہے جہاں ناکامی کی کوئی گنجائش نہیں ہوتی۔ غور کریں ڈیٹا سینٹرز پر جو مسلسل چل رہے ہوں یا ہسپتالوں میں زندگی کی حمایت کرنے والی مشینوں پر—ان درخواستوں کے لیے برقی عدم استحکام کی کوئی قیمت ادا کرنا ممکن نہیں ہوتا۔

معیاری ریکٹیفائر ڈائیوڈز بمقابلہ فاسٹ ریکوری ڈائیوڈز: سوئچنگ کی رفتار اور کارآمدی کا موازنہ

معیاری ریکٹیفائر ڈائیوڈ سستے اور مضبوط ہوتے ہیں، جو کم فریکوئنسی اے سی/ڈی سی تبدیلی (1 کلو ہرٹز سے کم) کے لیے بہترین ہیں۔ یہ 1,000 ایمپیئر تک کرنٹ کی حمایت کرتے ہیں اور 5 کلو وولٹ سے زیادہ الٹ وولٹیج برداشت کر سکتے ہیں، جن کا استعمال عام طور پر بیٹری چارجرز اور ویلڈنگ سسٹمز میں کیا جاتا ہے۔ تاہم، ان کا لمبا ریورس ریکوری وقت (25–50 مائیکرو سیکنڈ) 10 کلو ہرٹز سے اوپر نمایاں سوئچنگ نقصان کا باعث بنتا ہے۔

تیز رفتار ریکوری ڈائیوڈ ریکوری وقت کو 2 مائیکرو سیکنڈ سے کم تک کم کر دیتے ہیں، جس سے سوئچ موڈ پاور سپلائی (SMPS) اور موٹر ڈرائیوز میں سوئچنگ نقصان کم ہوتا ہے۔ حالانکہ ان میں آگے کی سمت وولٹیج کا تنزل قدرے زیادہ ہوتا ہے (1.1–1.5 وولٹ)، تاہم زیادہ فریکوئنسی کے آپریشن میں ان کی کارکردگی کے فائدے جدید پاور الیکٹرانکس میں ان کے استعمال کو جائز ہراتے ہیں۔

کم وولٹیج، زیادہ فریکوئنسی پاور تبدیلی کے اطلاق میں شاٹکی ڈائیوڈ

شافٹکی ڈائیوڈز کم اگلے والٹیج ڈراپ (0.15–0.45 V) حاصل کرنے کے لیے دھات نیم موصل جنکشن کا استعمال کرتے ہیں، جو معیاری سلیکون ڈائیوڈز کے مقابلے میں تقریباً 70% تک موصلیت کے نقصان کو کم کر دیتا ہے۔ منفی بازیابی چارج کے تقریباً خاتمے کے ساتھ، یہ 1 MHz سے زائد فریکوئنسی پر قابل اعتماد کارکردگی فراہم کرتے ہیں—جو سورج مائیکرو انورٹرز اور سرور پاور سپلائیز میں DC/DC کنورٹرز کے لیے بہترین ہیں۔

ان کا توازن محدود منفی والٹیج صلاحیت (< 200 V) ہوتی ہے۔ 1N5819 شافٹکی ڈائیوڈ اس توازن کی مثال ہے، جو 40 V منفی والٹیج پر 1 A اگلا کرنٹ اور 0.6 V ڈراپ فراہم کرتا ہے، جو مختصر اور موثر USB-C چارجنگ کے ڈیزائن کی حمایت کرتا ہے۔

درست بجلی کی سپلائیز میں والٹیج ریگولیشن کے لیے زینر ڈائیوڈز

زینر ڈائیوڈس اس چیز کے ذریعے کام کرتے ہیں جسے ریورس بریک ڈاؤن موڈ کہا جاتا ہے، جو 2.4 وولٹ سے لے کر 200 وولٹ تک کے مستحکم حوالہ وولٹیج فراہم کرتا ہے، عام طور پر تقریباً ±5 فیصد رواداری کے ساتھ۔ ان اجزاء کو اتنا مفید بنانے والی بات ان کا نہایت تیز بریک ڈاؤن کریو ہے، جو انہیں اندراجی سپلائی میں تبدیلیوں کے باوجود بھی وولٹیج کو نہایت درستگی سے منظم کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک معیاری 12 وولٹ زینر اندراج 14 وولٹ سے 18 وولٹ تک بدل جانے کے باوجود بھی آؤٹ پٹ کو تقریباً 0.1 وولٹ کے فرق کے اندر قائم رکھ سکتا ہے۔ اس قابل اعتمادی کی وجہ سے، انجینئرز مختلف اینالاگ سرکٹ ڈیزائن کے ساتھ ساتھ ان تحفظاتی سرکٹس میں اکثر زینرز پر بھروسہ کرتے ہیں جنہیں حساس آلات میں غیر متوقع وولٹیج اسپائیکس سے حفاظت کرنی ہوتی ہے۔

سیلیکون کاربائیڈ ڈائیوڈ (SiC-SBD اور سوپر جنکشن SBD): اگلی نسل کی کارکردگی

سیلیکان کاربائیڈ (SiC) ڈایودز کی حرارتی کارکردگی واقعی متاثر کن ہے، جو 175 درجہ سیلسیس تک جنکشن کے درجہ حرارت کو برداشت کرتی ہے اور عام سیلیکان اجزاء کے مقابلے میں تین گنا بہتر طریقے سے حرارت کا انتقال کرتی ہے۔ سپر جنکشن شاٹکی بیرئر ڈایودز (SJ-SBDs) کی بات کی جائے تو، ان میں بھی کافی طاقت ہوتی ہے۔ یہ چھوٹے طاقتور اجزاء دس نینو سیکنڈ سے کم ریکوری ٹائم کا انتظام کرتے ہیں اور 1200 وولٹ تک وولٹیج روک سکتے ہیں۔ اس قسم کی خصوصیات کا مطلب ہے تقریباً 99 فیصد کارکردگی جب انہیں 5 کلو واٹ الیکٹرک وہیکل چارجنگ اسٹیشنز میں استعمال کیا جاتا ہے جو ہر جگہ نظر آتے ہیں۔ اس ٹیکنالوجی کو اتنی قدر کیوں دی جاتی ہے؟ اچھا، صنعتی موٹر ڈرائیوز کو اب ان اجزاء کی بدولت حرارت کی پیداوار میں تقریباً چالیس فیصد کمی کی وجہ سے کہیں کم تبرید کی ضرورت ہوتی ہے۔ نیز، یہ 100 کلو ہرٹز سے زیادہ سوئچنگ کی شرح کی اجازت دیتے ہیں جو تجدیدی توانائی کے نظاموں میں چھوٹے اور زیادہ موثر انورٹرز بنانے کے لحاظ سے بہت اہم ہے۔

اہم خصوصیت کا موازنہ

ڈایود کی قسم	فورورڈ وولٹیج	سوئچنگ سپیڈ	ولٹیج رینج	بہترین درخواستیں
معیاری ریکٹیفائر	0.7–1.1 V	<3 kHz	50 V–5 kV	لائن فریکوئنسی پاور سپلائیز
تیز بحالی	1.1–1.5 V	10–100 kHz	200 V–1.2 kV	SMPS، UPS سسٹمز
شافٹی	0.15–0.45 V	>1 MHz	<200 V	DC/DC کنورٹرز، RF سرکٹس
SiC-SBD	1.2–1.8 وولٹ	50–500 کلوہرٹز	600 وولٹ–1.7 کلووولٹ	برقی گاڑیوں کے چارجر، سورجی انورٹرز

جدول 1: طاقت کی تبدیلی کے نظام میں ڈائیوڈ کی اقسام کی کارکردگی کی خصوصیات (ماخذ: صنعتی معیاری تفصیلات 2023)

اعلیٰ درجے کی ڈائیوڈ ٹیکنالوجیز کے ساتھ پاور کنورژن کی مؤثریت میں بہتری

کارکردگی بڑھانے کے لیے شاٹکی اور SiC ڈائیوڈ کے ساتھ فارورڈ وولٹیج نقصان کو کم کرنا

عوامی وولٹیج میں کمی بجلی کے نظام کے اندر موصلیت کے نقصانات پر براہ راست اثر ڈالتی ہے۔ عام سلیکون ڈائیوڈز تقریباً 0.7 سے 1.1 وولٹ تک ضائع کر دیتے ہیں، لیکن شاٹکی ورژن کے ساتھ حالات بہتر ہوتے ہیں جو ان نقصانات کو صرف 0.3 سے 0.5 وولٹ تک کم کر دیتے ہیں۔ اور اگر ہم SiC شاٹکی بیرئیر ڈائیوڈز (SBDs) کے ساتھ ایک قدم آگے بڑھیں، تو کارکردگی اس سے بھی بہتر ہو جاتی ہے۔ جہاں بہت زیادہ کرنٹ بہہ رہا ہو، مثلاً سرور پاور سپلائیز میں، ایسی چھوٹی وولٹیج بچت بہت زیادہ اہمیت اختیار کر لیتی ہے۔ ہم فی فرد ڈائیوڈ 15 سے 30 واٹ تک بچت کرنے کی بات کر رہے ہیں، جو وقت کے ساتھ مجموعی نظام کی کارکردگی کو دیکھتے ہوئے بہت بڑا فرق پیدا کرتی ہے۔

بہتر شدہ ریورس ریکوری خصوصیات کے ذریعے سوئچنگ نقصانات کو کم کرنا

جب تعدد بڑھتا ہے، تو سوئچنگ نقصانات بھی بڑھ جاتے ہیں، جس کی وجہ ریورس ریکوری کرنٹ کہلاتی ہے، جو دراصل ایک مختصر وقفے کے دوران ذخیرہ شدہ چارج کے غائب ہونے کی وجہ سے ہوتی ہے۔ فاسٹ ریکوری ڈائیوڈز اس مسئلے پر قابو پانے میں مدد کرتے ہیں کیونکہ وہ تقریباً 50 سے 100 نینو سیکنڈ کے اندر اندر ریکور ہو سکتے ہیں۔ لیکن SiC-SBDs کے ساتھ ایک بالکل مختلف آپشن موجود ہے جو ان کی یونی پولر کنڈکشن خصوصیات کی بدولت اس مسئلے کو مکمل طور پر ختم کر دیتی ہے۔ جب ہم نے 500 کلو ہرٹز DC-DC کنورٹر سیٹ اپ میں عام سلیکان فاسٹ ریکوری ڈائیوڈز کی جگہ SiC-SBDs لگا کر اس کا تجربہ کیا، تو نتائج قابلِ ذکر تھے۔ سوئچنگ نقصانات تقریباً 60 فیصد تک کم ہو گئے، جس کا مطلب ہے کہ مجموعی طور پر کارکردگی بہتر ہوئی اور نظام کے اجزاء میں حرارت کا اِکٹھا ہونا بہت کم ہو گیا۔

کیس اسٹڈی: SiC-SBDs کے استعمال سے 500 واٹ سرور پاور سپلائی میں کارکردگی میں بہتری

سرورز کے لیے 500 واٹ کے اے سی سے ڈی سی پاور سپلائی یونٹ کے پی ایف سی اور آؤٹ پٹ دونوں حصوں میں روایتی سلیکون ڈائیودس کی جگہ سلیکون کاربائیڈ (SiC-SBDs) کے ڈائیودس استعمال کرنے سے مجموعی کارکردگی تقریباً 90.5 فیصد سے بڑھ کر 92 فیصد تک پہنچ گئی۔ یہ بہتر کارکردگی کیسے حاصل ہوتی ہے؟ اس کی وجہ یہ ہے کہ ان نئی اجزاء میں آپریشن کے دوران فارورڈ وولٹیج ڈراپ بہت کم ہوتا ہے اور ریکوری کرنٹ تقریباً نا قابلِ لحاظ ہوتا ہے۔ اس ترکیب کی وجہ سے کل طور پر تقریباً 23 واٹ توانائی کے ضیاع میں کمی آتی ہے، اور نظام کے مختلف اجزا میں تقریباً 15 درجہ سیلسیس حرارت کی تجمع ختم ہو جاتی ہے۔ اس بہتری کی بدولت اب وہ پرلوب 80 پلس ٹائیٹینیم سرٹیفکیشن جو اب تک دستیاب نہیں تھا، اب دستیاب ہونے کے قریب آ گیا ہے۔ یاد رکھیں، ڈیٹا سینٹرز کو ان معیارات کے مطابق کم از کم 94 فیصد کارکردگی والی پاور سپلائی کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے آنے والی کمپیوٹنگ بنیادی ڈھانچے کی ضروریات کے لیے ڈیزائن کرتے وقت ہر ایک فیصد اہمیت کا حامل ہوتا ہے۔

پاور سپلائی اور چارجنگ سسٹمز میں ڈائیودس کے اہم کاربران

ای سی ڈی سی کنورٹرز میں صاف ڈی سی آؤٹ پٹ کے لیے آؤٹ پٹ ریکٹیفکیشن اور فلٹرنگ

ای سی سے ڈی سی تبدیلی کا عمل اس طرح کام کرتا ہے کہ ڈائیوڈز متبادل کرنٹ لیتے ہیں اور اسے دار ڈائریکٹ کرنٹ میں تبدیل کر دیتے ہیں۔ پھر کیپسیٹرز اور انڈکٹرز اس دار کو ہموار کر کے مستحکم ڈی سی حاصل کرنے کا کام کرتے ہیں۔ جدید فاسٹ ری کوری ڈائیوڈز اس عمل کے دوران توانائی کے نقصان کو کم کرتے ہیں۔ ٹیسٹس سے پتہ چلتا ہے کہ عام ڈیوائسز کے مقابلے میں 1 کلو واٹ پاور سپلائی میں تقریباً 22 فیصد کارکردگی میں بہتری آتی ہے۔ یہ بات بہت اہم ہے کیونکہ حساس آلات جیسے میڈیکل آلات اور انٹرنیٹ سے منسلک آلات کو بغیر رُکاوٹ یا نقصان کے مناسب طریقے سے کام کرنے کے لیے واقعی صاف بجلی کی ضرورت ہوتی ہے۔

موبائل ڈیوائس چارجرز میں ڈائیوڈ کا استعمال: سائز، قیمت اور کارکردگی کا توازن

شافٹکی ڈائیوڈز کمپیکٹ موبائل چارجرز میں واقعی اچھی کارکردگی دکھاتے ہیں کیونکہ ان کا فارورڈ وولٹیج ڈراپ تقریباً 0.3 وولٹ ہوتا ہے جو دیگر قسم کے ڈائیوڈز کے عام 0.7 وولٹ سے کم ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ان چھوٹے چھوٹے آلات کے اندر حرارت کم پیدا ہوتی ہے جہاں ہر ملی میٹر کی اہمیت ہوتی ہے۔ کارکردگی کی شرح بھی قابلِ ذکر ہے، موجودہ مارکیٹ میں دستیاب 20 واٹ USB C چارجرز کے لیے کچھ ٹیسٹ نتائج تقریباً 95 فیصد کارکردگی ظاہر کرتے ہیں۔ اور پرنٹڈ سرکٹ بورڈز کے حوالے سے، پرانے بریج ریکٹیفائر سسٹمز کے مقابلے میں تقریباً 30 فیصد جگہ کم استعمال ہونے کی بات ہوتی ہے۔ ان ڈیزائنز پر کام کرنے والے انجینئرز کے لیے، حرارت کے انتظام کے مقابلے میں ڈائنامک رزلسٹنس جیسے عوامل کا توازن بنانا نہایت اہم ہوتا ہے۔ انہیں یقینی بنانا ہوتا ہے کہ تمام چیزیں قابلِ بھروسہ رہیں بغیر لاگت بڑھائے، کیونکہ صارفین تکنالوجی کے ترقی کے باوجود بھی مناسب قیمت کی توقع کرتے ہیں۔

بلاکنگ ڈائیوڈز کے ساتھ بیٹری چارجنگ سرکٹس میں واپسی کرنٹ کو روکنا

بلاکنگ ڈائیوڈز بیٹریز کو صرف ایک سمت میں کرنٹ کے بہاؤ کو برقرار رکھ کر پیچھے کی طرف طاقت کھونے سے روکتے ہیں۔ لیتھیم آئن پیکس کے لحاظ سے مخصوص طور پر، یہ اجزاء غیر استعمال شدہ کنکشنز سے ناپسندیدہ ڈرین کو روک کر ذخیرہ شدہ توانائی کا تقریباً 8 فیصد بچا سکتے ہیں۔ جب MOSFETs کے ساتھ جوڑا جاتا ہے جسے OR کنفیگریشن کہا جاتا ہے، تو آپریشن کے دوران سسٹم صرف تقریباً 0.1 وولٹ کھوتا ہے۔ یہ بیک اپ پاور سپلائیز کے لیے بہت اہم ہے جہاں پاور ذرائع کے درمیان ہموار منتقلیاں نہایت ضروری ہوتی ہیں۔ یہ سیٹ اپ IEC 62133 معیار میں بیان کردہ اہم حفاظتی تقاضوں کو بھی پورا کرتا ہے جو روزمرہ کے بہت سے الیکٹرانک آلات پر لاگو ہوتا ہے جن پر ہم روزانہ انحصار کرتے ہیں۔

اکثر پوچھے جانے والے سوالات کا سیکشن

پاور کنورٹرز میں ڈائیوڈ کا بنیادی کام کیا ہے؟

پاور کنورٹرز میں ڈائیوڈز کا بنیادی طور پر ریکٹیفکیشن کے لیے استعمال ہوتا ہے، جو مستقیم کرنٹ (DC) میں تبدیلی کے لیے متبادل کرنٹ (AC) کو ایک سمت میں کرنٹ کے بہاؤ کی اجازت دیتا ہے، جو ای سی ڈی سی کنورٹرز اور بیٹری چارجرز جیسی درخواستوں میں مستحکم ڈی سی آؤٹ پٹ کے لیے نہایت ضروری ہے۔

ڈائیوڈز کی بنیادی خصوصیات کیا ہیں؟

ڈائیودس کی بنیادی خصوصیات میں فارورڈ وولٹیج ڈراپ، ریورس وولٹیج برداشت اور کرنٹ سنبھالنے کی صلاحیت شامل ہیں، جو طاقت کی تبدیلی کے نظاموں میں ان کی کارکردگی کو نمایاں طور پر متاثر کرتی ہیں۔

شافٹی ڈائیودس معیاری سلیکان ڈائیودس کے مقابلے میں کیسے ہوتے ہیں؟

شافٹی ڈائیودس معیاری سلیکان ڈائیودس کے مقابلے میں کم فارورڈ وولٹیج ڈراپ رکھتے ہیں، جس سے موصلیت کے نقصان میں 70% تک کمی آتی ہے، لیکن عام طور پر ان کی ریورس وولٹیج برداشت کی صلاحیت محدود ہوتی ہے۔

سلیکون کاربائیڈ (SiC) ڈائیودس کیوں فائدہ مند ہیں؟

سلیکون کاربائیڈ ڈائیودس زیادہ حرارتی کارآمدی فراہم کرتے ہیں، زیادہ وولٹیج سنبھال سکتے ہیں، اور سوئچنگ کے نقصانات کو نمایاں طور پر کم کرتے ہیں، جس کی وجہ سے یہ زیادہ طاقت اور زیادہ کارآمدی والی درخواستوں کے لیے بہترین ہیں۔