TEKNOHOL - Güç Kaynağı Yapımı Hakkında Herşey Bu Başlıkta.

Güç Kaynakları Nasıl Yapılır?

Sadece Kayıtlı Kullanıcılar Linkleri Görebilir!
[Linkleri Görmek İçin KAYIT veya GİRİŞ Yapmalısınız!]

Aşağıdaki ekli dosyada güç kaynaklarının nasıl yapıldığına dair tüm bilgilere ulaşabileceksiniz.Öğrenci arkadaşlar için güzel bir kaynak olduğunu düşündüğüm için sizinle paylaşmak istedim.

Buradan indirebilirsiniz.

Sadece Kayıtlı Kullanıcılar Linkleri Görebilir!
[Linkleri Görmek İçin KAYIT veya GİRİŞ Yapmalısınız!]

Güç Kaynağı Yapalım! Elektronik cihazlarımızı çalıştırmak için kullandığımız Adaptörler / güç kaynakları nasıl çalışır renelim kendimize çalışır güç kaynakları yapalım! GİRİŞ Bu yazı dizisinde güç kaynakları hakkında merak ettiklerinizi anlatmaya çalışacağım. I. DC ve AC Güçlerin Ana Kaynağı, II. Regülesiz güç kaynaklarını, III. Basit regüleli güç kaynaklarını, IV. 3 Adet şema ve güç kaynakları imal etmeyi, V. Switching güç kaynaklarını, VI. İki adet Switching güç kaynağı yapmayı, VII. Ayar, kalibrasyon ve sorunları gidermeyi... Haydi başlayalım: Bildiğimiz gibi tüm elektronik cihazlar bir güç kaynağına gerek duyarlar. Prize gelen gerilim (220V,110V) çoğunlukla “adaptör” diye tanımladığımız bu kutuların yardımıyla cihazlarımızın çalışacağı voltaja ve akıma uygun hale getirilir. Bazılarımızın masasının üzerinde gerilimi ayarlanabilen tipleri mevcuttur. Bu da istediğimiz cihaza uygun voltaj ve akım sınırı sağlayabilmemize yarar. Ayrıca daha bilmediğimiz (adaptörü dışarıda olmayan) birçok cihazın kendi içinde güç kaynakları mevcuttur. Ülkemizde giriş voltajı 220Volttur. Birçok cihaza yetecek çıkış voltajı ise mesela 1 Volt ile 40Volt arasında olabilir. Mesela sabit telsizler çoğunlukla 13.8V ile beslenirler. Birçok durumda, giriş voltajı ve/veya çıkış yükü değiştiğinde, çıkış voltajının veya voltajlarının (birden fazla voltaj çıkışı olan güç kaynakları) belli bir limitte kalması istenir. Bu bir regüleli güç kaynağıdır. Eğer çıkış regüleli olmazsa, çıkış voltajındaki değişmeler, beslenen sistem devrelerinin içinde hatalı, bozuk, ek sinyallere dönüşebilmektedir. Bu yazı dizisinde iki amacım var. Birincisi, bir güç kaynağının içindeki komponentlerin ana fonksiyonlarının neler olduğunu ve bir güç kaynağı olarak çalışmak için beraber nasıl çalıştıklarını anlatmak. İkincisi, çalışan işe yarar güç kaynaklarının nasıl yapıldığını anlatmak. Daha kolay anlamak için görsel örneklere yer verilecektir.
İlk kısım dc ve ac gerilim kaynaklarını baştan öğretme amacıyla hazırlandı. Bu kısım tamamen teoriktir, atlamak isterseniz bir sonraki konuya bakmanızı öneririm. İkinci kısım ac gerilimi bir dc gerilime çevirmek için kullanılan transfomatörlerin, doğrultucuların ve filitrelemenin fonksiyonları açıklanacaktır. Gerekli komponentler tanıtılacak ve önemli parametrik özellikleri anlatılacaktır. Sistem çıkışı regülesiz voltajdır. Üçten altıncı kısma kadar sistematik olarak dc voltajın regüle edilmesi için ana prensipler açıklanacak, işe yarar güç kaynakları imal etmeniz için bilgiler sunulacaktır. Üçüncü ve dördüncü kısımda sürekli olarak doğrusal bölgede çalışan güç kaynakları gösterilecek, 5 ve 6 switching güç kaynaklarını anlatacaktır. Tarifler, malzeme seçimi, parça listeleri, montaj planları, dizayn teknikleri ve çalıştırma prensipleri aktarılmıştır. Tüm malzemeler kolay bulunur cinstendir.
Her güç kaynağının performans ölçümleri, switching güç kaynaklarının kalibrasyon prosedürü ve sorunlara yönelik ipuçları yedinci kısımda bulunmaktadır. Bu yazı dizisinin tamamını okursanız, güç kaynağı sistemlerinin prensiplerini ve isterseniz bir güç kaynağı yapmayı öğrenebilirsiniz. I. DC ve AC Güçlerin Ana Kaynağı: GÜÇ Güç nedir? Güç enerjinin kullanılma derecesidir. Genel olarak elektriksel gücün birimi vattır. Bir vat bir jul (joule) enerjinin bir saniyedeki kullanımıdır. Bir vat-saat (şu elektrik faturalarımızın üzerinde yazandan) bir vatın bir saat için temin edilmesidir, veya 3600 saniye boyunca saniyede bir jul verilmesi. (Karıştı mı?) Peki bir jul nedir? Bir jul bir kilogramın 10.16cm taşınması için gerekli enerjidir. Elektronik cihazların güç kaynaklarının üzerinde genellikle verebilecekleri gücün ölçümü olarak bir güç derecesi bulunur. Teknisyenler ve mühendisler bilirler: V(volt) x I(amper) = P(vat) güç kaynağının voltajı X yüke (gücün sağlandığı devreye) verilen akım = sağlanan güç (vat) Örneğin, yüküne 10 amperde 5 volt veren bir güç kaynağı, 50 vatlık güç sağlar. DC GÜÇ Hepimizin tanıdığı en çok bilinen güç kaynağı pildir. Fenerinizi yaktığınızda, içindeki piller lambaya bağlı devre yardımı ile akımı sağlar. Lambanın filamanından geçen akım ise parlamasını sağlar. Güç pilden lambaya doğru akar. Eğer fener iki adet 1.5volt pil (toplam voltaj 3Volt) kullanıyorsa ve lambaya verilen akım 0.1 amper ise, verilen güç 0.3 vattır. Bu basit devre aşağıdadır (Şekil 1.1a). Şekil 1.1b ise bu devredeki pilin verdiği akımın grafiksel çizimidir. Akım zamana karşı sabittir ve daima pozitif yöndedir. Bu tip akıma doğru akım (dc-direct current) denir, çünkü akım hep tek bir yönde akar. a. Devre b. Akım – Zaman Grafiği Şekil 1.1 Basit DC Devre PİL Pil kimyasal bir güç kaynağıdır. Pili oluşturan ana kısım elektrokimyasal hücredir. Piller seri bağlanarak daha yüksek voltajlar elde edilir. Şekil 1.2a‘da gösterilen hücre kesiti ve Şekil1.2b’de gösterilen şema, birbirine seri olarak bağlanmış dirençlere akım sağlayan bir pili göstermektedir. Şekil 1.2a’da gösterildiği gibi, bir elektrokimyasal hücrede nagatif ve pozitif elektrot olarak adlandırılan iki plaka ve aralarında elektrolit olarak adlandırılan sıvı veya yarı-sıvı mevcuttur. Elektrotların terminalleri arasına bir devre bağlanırsa, pozitif elektrot ile elektrolit arasında, elektronları devreden pozitif terminale doğru ve elektrodun içine “çeken” bir kimyasal reaksiyon oluşur. Negatif elektrotta ise ters bir reaksiyon oluşur, negatif uçtan devreye doğru elektronlar “itilir”. Kimyasal reaksiyonu dengeleyebilmek için elektronlar ve pozitif iyonlar elektrolite akar.
a. Pil Hücresi Kesiti b. Şema Şekil 1.2 Akımı yüke piller sağlar Şekil 1.2a’da, pilin karşısındaki devredeki akım için iki yön gösterilmiştir. Birisi elektron akımı; diğeri ise geleneksel akım. Elektronlar negatif yüklüdür ve negatif voltajlı bir noktadan voltaj olarak daha pozitif olana doğru akarlar. Elektriği keşfeden eski bilim adamları geleneksel akımı, pozitif yüklerin (elektronların tersine) hareketi olarak varsaydıklarından, geleneksel devre akım yönü elektron akım yönünün tersinedir. Elektrik ve elektronik endüstriler tarafından sıkça kullanılan standart geleneksel akım yönüdür, bu durumda bu yazı dizisinde de kullanılacaktır. Şunu unutmamak gerekir ki, elektron akım yönü, gösterilen geleneksel akım yönünün tersi olacaktır. Kimyasal reaksiyon pozitif ve negatif terminaller arasında, voltaj diye adlandırılan bir potansiyel fark yaratır. Voltajın birimi volttur. Voltajın yarattığı basınca elektromotif güç denir. Bir iletkenden gerçekte her saniyede akan elektron sayısına akım denir ve birimi amperdir. Pil yüküne akım sağlarken pilin voltajı düşer, bu yüzden piller genellikle “amper-saat” olarak sınıflandırılır. Bu sınıflandırmanın anlamı: Pilin voltajı belirlenmiş bir minimum değere inene kadar, pilin bir amper akımı sağlayabileceği saat sayısıdır. Bir amperden daha az akım sağlamak için tasarlanmış piller için bu sınıflandırma “miliamper-saat” olarak tanımlanır; burada bir miliamper, 0.001 ampere eşittir. Birincil ve İkincil Piller: Piller birçok kullanım için, pek çok tipte ve voltajda üretilir. Bazıları şarj edilebilir (ikincil hücreler) ve bazıları şarj edilemez (birincil hücreler). Birincil pillere örnek, fenerlerden kameralara, taşınabilir radyolara kadar kullanılan alkali pillerdir. İkincil pillere örnek nikel-kadmiyum (Ni-Cd) piller telsiz telefonlarda, kurşun-asitli piller (aküler) ise taşıtlarda kullanılmaktadır. Verdiği gücü arttırmak veya aynı gücü verirken kapladığı fiziksel alanı azaltmak maksadıyla piller devamlı olarak geliştirilmektedir. Bu tip gelişmeler taşınabilir elektronik cihazların kullanımını arttırmaktadır.
DC Jeneratör Bir başka doğru akım güç kaynağı ise dc jeneratördür. Bir jeneratörün çalışmasını anlamak için bir telin manyetik alanda hareket ettirilmesi işleminin ana prensiplerini anlamanız şarttır. Jeneratör Prensipleri Şekil 1.3’e bakınız. Burada sarılı kablo bir şafta yerleştirilmiş ve bir manyetik alanın ortasına sabitlenmiştir. Manyetik alan, Şekil 1.3’de çizgilerle gösterilmiştir, mıknatısın kuzey kutbundan güney kutbuna doğru akar. Bu alan görülemez fakat orada mevcuttur. Bunun böyle olduğunu bir çiviyi mıknatısa yaklaştırdığımızda mıknatıs tarafından çekildiğinden bilmekteyiz. Bu prensibi açıklamak için çizgiler Şekil 1.3’de görünür yapılmıştır. Sarılı kablonun uçlarına bir voltmetrenin bağlı olduğuna dikkat edin. Sarımın 90 derece pozisyonu gösterilmiştir – sarımın kenarları kutuplara en fazla yaklaştırılmış ve sarımın yüzü manyetik alana paraleldir.
Şekil 1.3 Basit JeneratörŞimdi, sarım 0 derecede başlarsa ve saat yönünde 180 derece hızlıca çevrilirse, voltmetrenin iğnesi sapıp anlık bir voltaj gösterecek ve sonra sıfıra düşecektir. Sarım manyetik alan çizgilerini kesince, tel sarımın her tarafında oluşan elektromotif güç, metre devresine giden aynı yönde bir akım yaratır ve metre sapar. Oluşan voltajın genliği üç faktöre bağlıdır: Manyetik alanın gücü, dönen sarımın hızı ve tel sarımın tur sayısı. Herhangi bir faktör arttırıldığında oluşan voltaj artar.
Eğer sarım saatin ters yönünde 180 derece yine çevrilirse, voltmetrenin iğnesi ters yönde sapacaktır. Ancak, ikinci 180 derece çevirmeden önce metrenin uçları ters çevrilirse, metrenin iğnesi ilk çevirmedeki yönde sapacaktır. Böylece, sarım sürekli çevrilirken her 180 derece noktasında uçlar ters çevrilirse, oluşan voltajın zamana karşı çizimi Şekil 1.4a gösterilen dalga şekline benzeyecektir. Bu doğru akım jeneratörün temelidir. a. Basit Jeneratör b. Ticari DC Jeneratör Şekil 1.4 DC Jeneratör – Zaman Grafiği Ticari Jeneratör Ticari bir dc jeneratörün birçok sarımı vardır, her biri çok tur sarımlı ve metal bir çekirdek üzerindedir. Buna armatür denir. Sarımların uçları jeneratör şaftındaki ayrı kayar halkalara – komutatör – bağlıdır. Çıkış uçları bu kayar konnektörlere bağlıdır – fırçalar – bunlar da komutatöre bağlantılıdır. Armatür dönerken bu kombinasyon çıkış uçlarına sarım bağlantılarını ters çevirir, böylece oluşan voltaj herzaman aynı polaritededir. Jeneratör şaftındaki sarımlar öyle yerleştirilmiştir ki, çıkış voltaj dalga şekli zamana karşı çizildiğinde Şekil 1.4b’deki gibi gözükür. Çıkış voltajı neredeyse sabittir ve bir yük devresine bağlandığında, devredeki akım sadece bir yönde akacaktır. Bu bir dc jeneratörden gelen doğru akımdır – bir dc güç kaynağı. Yukarıda sözedildiği gibi, bir jeneratörün ürettiği voltaj seviyesi jeneratör sarımlarının tur sayısına, jeneratör şaftının çevrilme hızına ve manyetik alanın gücüne bağlıdır. Bir dc jeneratörün üretebileceği en fazla akım, jeneratör sarımlarlarındaki tellerin çapına, komutatör ve fırçaların tasarımına ve jeneratörün soğutulma şekline bağlıdır.
Endüksiyon Devredeki metrede bir akıma yol açan voltaja, manyetik alanın neden olduğu (endüklediği) söylenir. Endüksiyon ya sarımın manyetik alanın içinde hareketiyle ya da manyetik alanın sarımın içinde hareketiyle oluşabilir. Endüksiyon prensibi dc jeneratör, bir sonraki kısımda anlatılacak ac jeneratör, bobinler ve transformatörler (Kısım 2) için çok önemlidir.
AC GÜÇ Devre akımının sadece tek yönde akmamasından dolayı alternatif akım (ac) dc’den farklıdır; ters dönüp , karşı yönde de akar. Düzgün zaman aralıklarında yön değiştirir. Akımın yön değiştirdiği bu düzgün peryodik orana frekans denir. AC ile çalışan cihazlar alternatif akımın üretildiği frekansta çalışmalıdırlar. AC güç trenleri, fabrikaları ve evlerimizdeki aletleri çalıştırır. Onu özellikle kullanışlı yapan, ac’yi değişik voltajlara çevirmek için transformatörlerin (2. Kısımda göreceğiz) kullanılabilmesidir. AC Jeneratör Ac gücün ana kaynağı ac jeneratördür, genellikle alternatör diye adlandırılır. Dc jeneratöre çok benzer. Şekil 1.3’e tekrar bakınız. Hatırlarsak sarım ilk 180 derece döndürüldüğünde metre bir yöne sapmıştı; ve uçları ters çevirmeden bir ikinci 180 derece daha devam edilirse, metre ters yönde sapacaktır. Metrenin sapma yönünün değişmesi metredeki akımın yön değiştirdiğini gösterir. Sarımda endüklenen voltaj ters yöndeydi böylece devredeki akım yön değiştirdi.
Şekil 1-5a’ya bakınız. Şekil 1-3’teki tel sarımın bağlı olduğu şaft şimdi bir motor tarafından sarımı saniyede 60 tam dönüş yapacak şekilde döndürülüyor. Sarımın uçları kayar halkalara bağlanmıştır, böylece sarım dönerken metre her zaman devreye kayar halkaların üzerindeki fırçalarla bağlıdır. Sarım dönerken metrenin gösterdiği voltaj Şekil 1-5b’de gösterilmiştir. İlk 180 derecede, voltajın pozitif ve sonraki 180 derecede voltajın negatif olduğuna dikkat ediniz.
Sarım döndükçe, voltaj her 360 derecede veya her devirde kendini tekrar eder. Eğer sarım saniyenin 1/50’sinde bir 360 derece dönüş yaparsa, o zaman saniyede 50 devirlik voltaj endüklenmiş veya üretilmiş olacaktır ve ac voltajın frekansı 50 devir saniyedir. ”Devir saniyenin” literatürdeki adı “hertz”dir, o zaman üretilen enerjinin frekansı 50 hertz’dir. Üretilen voltaj 220V olana kadar sarımdaki tur sayısı arttırılırsa, o zaman bir 220V, 50 hertz ac jeneratör imal edilmiş olur. Bu ac jeneratörün temelidir – ana ac güç kaynağı. Kolay imalatından dolayı (ayrı komutatör yerine sürekli kayar halkalı) ve ac’den dc üretmenin kolaylığından (2. Kısımda göreceğiz), ac jeneratör veya alternatör dc jeneratörden daha fazla yaygın olarak kullanılmaktadır. Endüktans Bu noktaya kadar tekrar bir gözden geçirelim. Bir manyetik alanın içinden geçen tel voltaj endüklenecek ve bu tel tamamlanmış bir devreye bağlandığında içerisinde akım olacaktır.
Şekil 1-6a’da gösterildiği gibi buna karşı bir prensip vardır. Bir telde akım olduğunda, telin etrafında gösterildiği gibi bir manyetik alan oluşacaktır. Teldeki akım arttıkça, telin etrafındaki manyetik alan da artar; teldeki akım azaldıkça, telin etrafındaki manyetik alan da azalır. Şekil 1-6b’de gösterildiği gibi değişen akımı taşıyan telin yanında başka teller de varsa, değişen manyetik alan tellerin içinden geçer ve onlara bir voltaj endükler. Yakındaki tellerin etrafındaki genişleyen ve azalan bu değişken manyetik alan, sanki manyetik alan sabit kalmış ve yakındaki teller manyetik alanın içinden geçiyorlarmış gibi aynıdır. Bu ikinci kısımda ele alacağımız transformatör prensibidir. Endüktörler de bir elekriksel alan üretmek için bu endüktans denilen prensibi kullanırlar. Endüktif Reaktans Bir bobinin etrafına sarılı telin içinden akım geçerken, bobinin her tur telindeki manyetik alanların etkileşiminin sonucunda bobinin etrafında bir manyetik alan oluşacaktır. Bobinden geçen alternatif akım ile bobinin etrafındaki alan genişler ve azalır. Genişleyen ve azalan alan, esas alanı yaratan bu değişen akıma karşı koyan ters bir voltaj bobinin içine endüklenir. Bu ac’ye karşı koyma ve direnmeye endüktif reaktans adı verilir. Sembolu XL ve aşağıdaki formül ile hesaplanır, burada f hertz olarak frekans, L henri olarak endüktans; Pi de sabit 3.1416dır: XL = 2Pi fL Endüktans bobinin boyutlarına (alan ve uzunluk), tur sayısına ve bobinin sarılı olduğu maddenin sızdırmazlığına bağlıdır. Sızdırmazlık bir maddenin ne kadar kolay manyetize edilebilirliğinin ölçüsüdür. Dikkat ediniz ki, değişen akımın frekansı arttıkça, endüktif reaktans armaktadır. Güç kaynakları filtrelerinde endüktörlerin kullanılışı anlatıldığında bu önemli olacaktır. Endüktif reaktansın birimi om’dur, bu da aynı zamanda bir resistansın direnci için kullanılan birim ile aynıdır. Bir ac devrede bir endüktörün toplam karşı koyması (empedans), endüktörün kablosundaki endüktif reaktans ile dc direncin toplamına eşittir. Bir endüktörden dc veya çok düşük frekansta ac akıyorsa, empedansı onun sarıldığı telin dc direncine yakındır. Frekans arttıkça, empedans etkili bir şekilde artar çünkü endüktif reaktans etkili bir şekilde artar. II. REGÜLESİZ GÜÇ KAYNAĞI SİSTEMLERİ GİRİŞ Birçok elektronik cihaz devresi belli bir dc voltajda en fazla dc akım verebilen bir güç kaynağına gerek duyar. Düşük güce gereksinimi olan veya normalde ara sıra kullanılan bir cihaz için bu enerji pillerle sağlanabilir. Diğer bir güç kaynağı da dc jeneratördür, ancak ne piller ne de dc jeneratörler çeşitli elektronik cihazlar için ne pratik ne de ekonomiktir. 220V, 50Hz gücün elektrik dağıtım firması tarafından sürekli dağıtılmasından dolayı birçok elektronik cihaz ac hat gerilimini dc gerilime çeviren güç kaynaklarıyla çalışmaktadır.
Basit regülesiz dc güç kaynağı fonksiyonları transformasyon, doğrultmaç ve filtrelemedir.Bu fonksiyonlar Şekil 2.1'de gösterilmiştir.
Şekil 2-1 Regülesiz DC Güç KaynağıTransformasyon fonksiyonunda giriş şebeke hattındaki 220VACdir.Bu AC çıkış gerilimi, ki giriş voltajından düşük veya yüksek olabilir, doğrultmaç fonksiyonuna giriştir. Doğrultmaç fonksiyonunun çıkışı dc voltajdır, ancak genlik değişme miktarının fazla olmasından dolayı "darbeli dc" adı verilir.Filtreleme fonksiyonu yüksek genlik değişimlerini azaltır, öyle ki çıkış, üzerinde sadece biraz "ripple" voltajı kalan bir dc voltajdır. Bu basit güç kaynağına regülesiz dc güç kaynağı denir çünkü ac giriş voltajındaki değişmelerle veya güç kaynağının çıkışındaki yükün değişmesiyle birlikte çıkış değişir. Bu güç kaynağının çalışmasını anlamak için her fonksiyonu detaylı olarak inceleyelim. TRANSFORMASYON Transformasyonun iki ana özelliği vardır:
 Hat voltaj değerini doğru dc çıkış voltajını sağlamak için, gerekli voltaj değerine dönüştürür.  Elektriksel olarak elektronik cihazı şebeke hattından izole eder. Transformatörler Transformasyon fonksiyonunu yerine getiren parça transformatördür. Şekil 2.2'de gösterildiği gibi aynı demir göbeğe (nüve) sarılmış en az iki ayrı sarım telden oluşur. Giriş voltajını alan tel sarıma primer; çıkış voltajını sağlayan sarıma sekonder denir. Çoğu zaman iki yada daha fazla sekonder vardır. Transformatörün ana çalışma prensibinin endüksiyon olduğunu 1. Kısımda anlatmıştık. Primere verilen değişken akımlı ac voltaj, demir nüvede değişen bir manyetik alan yaratır. Kor tarafından sekondere kupleli bu manyetik alan, sekonder sarımlarını keser ve sekonderin her turuna bir ac gerilim endükler. Böylece aralarında herhangi bir elektriksel bağlantı olmadan değişen manyetik alan ile enerji primerden sekondere transfer olur. Şekil 2.2 Transformatör İmalatıİzolasyon Sekonder ile primer arasındaki enerji transferinin sadece manyetik kuplaj ile gerçekleşmesinden dolayı, sekonder ve bağlı olan devreleri ile primer ve bağlı olan devreleri izole edilmiştir. Bu güvenlik için önemlidir, çünkü primer şebekenin yüksek akım kaynağına bağlıdır. Böyle bir izolasyon olmasaydı, ciddi şok tehlikeleri olabilirdi. (Örneğin TA2R'nin trafosuz pil şarj cihazında olduğu gibi, kulakları çınlasın!) Diğer bir avantaj da primer devresindeki devre toprağı ile sekonder devresindeki devre toprağı arasında dc bağlantı bulunmamasıdır.
Tur oranı Regüleiz bir güç kaynağında düzgün dc çıkış voltajını üretmek için gerekli olan ac çıkış voltaj değerini transformasyon fonksiyonu sağlamalıdır. Bu iş transformatörlerde sekonder tur sayısının (Ns), primer sayısına (Np) oranının değiştirilmesiyle kolaylıkla yapılabilmektedir. Bu oran Ns nin Np ye bölünmesiyle, yani Ns / Np ile oluşmaktadır. Ns / Np tur oranı değiştirilerek sekonder voltajı primer voltajından daha az veya fazla olabilmektedir. Bir tur sekonder sarımına endüklenen voltaj miktarı, bir tur primere endüklenen voltaj ile aynıdır. Primerin her turuna endüklenen voltaj ep, primer voltajı Vp nin primer turuna Np bölünmesidir. Formül olarak yazarsak: ep = Vp / Np Eğer aynı voltaj sekonder sarımının her turunda endüklenirse, o zaman sekonder voltajı Vs, sekonder tur sayısı Ns çarpı endüklenen voltaj ep olur. Formül olarak yazarsak: Vs = Ns x epep değerini ilk formülden ikinciye işlersek, Vs eşittir tur oranı çarpı Vp olur. Formül olarak yazarsak: Vs = Ns / Np x VpSekonder voltajının primer voltajı çarpı tur oranı olduğunu bilirsek, regülesiz güç kaynaklarında transformatörün ac voltaj ac voltaj seviyesini değiştirmek için nasıl kullanılabildiğini kolaylıkla görebiliriz. Şimdi Şekil 2.3a daki gibi bir transformatör için kullanılan şema sembollerinin örneklerine bakalım. Şekil 2.3 TransformatörlerVoltaj düşüren (Step-Down) Transformatörler Eğer sekonder turu primer turundan az ise, sekonder voltajı primer voltajından az olur. Bu bir voltaj düşüren (Step-down) transformatördür. Şekil 2.3b deki örnekte gösterildiği gibi tur oranı 0,5 ve primer voltajı 110VACdir, böylece sekonder voltajı 110VAC x 0,5 = 55VAC olur.
Voltaj yükselten (Step-Up) Transformatörler Eğer sekonder turu primer turundan fazla ise, sekonder voltajı primer voltajından fazla lur. Bu bir voltaj yükselten (Step-up) transformatördür. Şekil 2.3c de gösterilen örnekte tur oranı 3.18dir ve primer voltajı 110VAC, böylece sekonder voltajı 110VAC x 3.18 = 350VAC dir Güç transferi ve Verimlilik Sekonderden çıkıp akan güç ile primere akan güç ilişkisi: Vp x Ip = Vs x Is x nBurada n: transformatör verimidir. Verim %100 ise veya n=1 ise, çıkış gücü, giriş gücüne eşit lacaktır. Böylece, eğer Vs Vp den küçük ise, Is Ip den büyük olmalıdır, ve eğer Vs Vp den büyük ise Is Ip den küçük olmalıdır. Bir güç trafosunun verimliliği genellikle %85 ile %95 arasındadır. AC VOLTAJ DEĞERLERİ Bir dc voltajın genelde sadece bir ölçülen değeri vardır. Ac voltaj, ki sürekli değişir, nasıl ölçüldüğüne bağlı olarak birçok değişik ölçülmüş değerlere sahip olabilir. Bu voltaj değerlerini iyi öğrenmek gerekir çünkü güç kaynağı tasarımında önemlidirler. Dha sonraki kısımlarda proje tasarımında kullanılacaklar. Şekil 2.4, bilinen ac şebeke voltaj şeklinin zamana karşı çizilmesini gösteriyor. Zaman ekseni de ac devrinin (cycle) dönme derecesine göre ayarlanmıştır. İlk 180 derece için, voltaj pozitif, sonraki 180 derece negatiftir. Şebeke frekansı 60Hz (BD'ye göre) olursa, bir 360 derecelik tur dönüşü, bir saniyenin 60da birinde oluşur. Şekil 2.4 AC Voltaj değerleriVrms Şebeke voltajının değeri tipik olarak 110VAC (ABD'ye göre) olarak belirtilir, fakat gerçekte bu değer 110Vrms dir. Vrms Şekil 2.4'de gösterildiği gibi normalde bir ac voltmetrede ölçülen değerdir. Vrms genellikle ac voltajın kullanılan değeridir, çünkü o, eşiti bir dc voltaj gibi bir rezistif yüke aynı enerjiyi sağlayan bir ac voltajdır. Vpk ve Vpp Şekil 2.4'e baktığımızda ac voltajı tanımlayan başka değerlerin de olduğunu görürüz. Tepe voltajı (peak) Vpk, bir devirdeki en fazla voltaj değeridir. Tepeden tepeye voltaj (peak to peak) Vpp, en fazla pozitif tepeden, en fazla negatif tepeye oplam voltaj değeridir. Bir sinüs dalga voltajı için (ki bu matematiksel sinüs fonksiyonunun dönme açısı gibi değişen bir voltajdır) Şekil 2.4'de gösterildiği gibi, Vrms tepe voltajının %70.7sine eşittir. (Vrms= 0.707 x Vpk) Tersine Vpk, Vrms voltajın %141.4üdür. (Vpk= 1.414 x Vrms) Bir sinüs dalgası için tepeden tepeye voltaj, tepe voltajının iki mislidir. (Vpp= 2 x Vpk) DOĞRUTMAÇ Doğrultmaç bir ac voltajı dc voltaja çevirir. Bu doğrultma fonksiyonunu yerine getiren parçaya, doğrultucu denir. Doğrultucu Doğrultucu bir tip diyottur. Basit olarak, elektriğin tek yönlü vanasıdır. Şekil 2.5'de gösterildiği gibi, elektronların sadece ileri biaslı yön denilen tek bir yönde serbestçe akmasına izin verilir, bu rada anot voltajı, katot voltajından daha pozitiftir. Ters yönde, ters biased yön denilir, elektronlar kolaylıkla akamazlar. Bu yönde anot voltajı, katot voltajından daha negatiftir. Şekil 2.5 Diyot: Akım için tek yönlü vanaVF Bir ileri biaslı diyot, bir parça tel gibi değildir, çünkü uçları arasında ciddi bir voltaj düşüşü üretmek için yeterli direnci vardır. İleri-biaslı (ileri meyilli) voltaj düşüşü, Şekil 2.5a'da VF olarak gösterilmiştir, diyotta kullanılan malzemenin tipine göre değişir. Çoğunlukla kullanılan silikon diyotun VF si 0,5 - 0,7 V ve bir germanyum diyotun VF si 0,2 - 0,3V'tur. VR ve PIV Bir diyota verilebilen maksimum ters-bias (meyilli) voltajı, Şekil 2.5b'de VR larak gösterilmiştir, (Peak Inverse Voltage) tepe ters voltajı (PIV) olarak adlandırılır. Bu voltaj aşılırsa, anot katot bağlantısı bozulma noktasına gelir ve ters yönde yüksek bir akım akmasına izin verilir. Bu nokta aşılırsa, genelde diyot kalıcı olarak hasar görür. Şekil 2.6a Doğrultucu Devreleri Yarım Dalga Doğrultucu Basit bir yarım dalga doğrultucu devresinde, Şekil 2.6a'daki gibi, bir diyot seri olarak bir transformatörün sekonder çıkışına bağlanır. Giriş primer voltajı, şebeke hattı, 60Hertz (ABD'de, Türkiye'de 50Hertz) sinüs dalga voltajdır.Pozitif devir değişimi A ile, negatif olanı B ile işaretlenmiştir. Her değişim için primer ve sekonderin polariteleri yazılmıştır. A değişiminde, D1 diyotu iletime geçer, çünkü anotu, katotuna göre daha pozitiftir. Sekonder voltajına (eksi diyotun VFsi) eişt bir voltaj yükün RL etrafında oluşur. B değişiminde, D1 akımı bloke eder, böylece, RL nin etrafında voltaj oluşmaz. Sekonder voltajı, diyotun etrafında ters voltaj VR olarak görülür. Bu voltaja dayanabilmesi için, D1'in PIV'si sekonder voltajının Vpk sından daha büyük olmalıdır. Çıkış voltajı (Şekil 2.6a) sekonder voltajının yarım dalga değişimi, 60Hertz serilerdir. Voltaj daima tek yöndedir ve "darbeli dc" olarak bilinir. Tam bir tur için, pozitif darbelerin altındaki alanın ortalaması alınırsa, dc voltaj, 0,318 çarpı sekonderin Vpk 'sı olur. Yarım dalga doğrultucular düşük akım uygulamalarda kullanılır, örneğin, pil şarj cihazları, hesap makinaları için ac-dc adaptörler. Eğer dc çıkışa bir pil yük olarak yerleştirilirse, sekonderin tepe voltajı eksi, diyotun VF sine kadar şarj edilebilir. Şekil 2.6b Doğrultucu Devreleri Tam Dalga Doğrultucu Şekil 2.6b'deki doğrultucu devre, sekonder voltajının her iki değişimini de bir dc voltaja çevirmektedir, bu tam dalga doğrultucu olarak bilinir. her sekonder çıkışında seri olarak bir diyot vardır ve orta çıkış topraklanmıştır. Orta çıkış ile (Şekil 2.3a) her sekonderin çıkışı arasındaki voltaj aynı değerde fakat ters yöndedir. VS1 pozitif iken VS2 negatiftir. A değişiminde D1 iletime geçer, B değişiminde D2 iletir. Orta çıkış her iki diyotun akımının bir ortak dönüşüdür. Her diyotun yüke akımı aynı yönde iletmesinden dolayı sekonder voltajının her değişiminde darbeli dc'nin pozitif yarım dalgaları vardır. Çıkış 0,636Vpk ortalama dc voltajlı, 120Hertz darbeli dc'dir.
Her seferinde sadece sekonderin yarısı kullanılır; bu yüzden düzgün dc voltajı oluşturmak için transformatör sekonder çıkış voltajı gerekenin iki misli olmalıdır. Aynı zamanda her diyotun PIV'si en az tam sekonder VSpp si olmalıdır. Şekil 2.6c Doğrultucu Devreleri
Köprü Doğrultucu Şekil 2.6c'deki doğrultma devresine tam-dalga köprü doğrultucu denir. Bir köprü ağında dört diyot kullanılır. Köprü ağının çıkış uclarından birisi, yük akımının dönüşü için ortak topraktır. Diğer çıkış ucu yüke bağlanır. D1 ve D2 A değişiminde iletir, D2 ve D4 B değişiminde iletir.Her iletim yolu, yüke akımı aynı yönde iletir. Darbeli dc çıkışı tam dalga doğrultucu ile aynıdır. Çıkış dc voltajı sekonder voltajı eksi iki ileri-bias diyot düşümüdür. Diyotlrın PIV'si sekonder tepe voltajından VSpk büyük olmalıdır. FİLTRELEME Birçok elekronik devre için transformasyon ve doğrutmaçtan sonraki darbeli dc çıkışı tatmin edici güç çıkışı değildir. Filtreleme fonksiyonu yük neredeyse sabit dc olabilmesi için çıkışı yumuşatır. Doğrultucudan gelen darbeli dc çıkışı ortalama bir dc değere ve ripple voltayı denilen bir ac kısma sahiptir. Bu filtre devresi ripple voltajını kabul edilebilir bir değere indirir. Dirençler, bobinler ve kondansatörler, filtre yapmak için kullanılır. Bu parçalardan hiçbirisi yükseltme görevi yapmaz. Dirençler akıma karşı koyarlar ve normal olarak frekans ile değişmeden dc ve ac devrelerde aynı şekilde çalışırlar. Bobinler akım değişimlerine karşı koyarlar ve endüktif reaktansları frekans ile değişir. Kondansatörler voltaj değişimine karşı koyarlar ve kapasitif reaktansları frekans ile azalır. Şimdi kondansatörlere yakından bakalım ve ne yaptıklarını anlayalım. Kondansatör
Bir kondansatör (Şekil 2.7a) iki iletken plaka ve onları ayıran dielektrik denilen bir yalıtkandan oluşmaktadır. Plakalar arasına bir dc voltaj verildiğinde, elektronlar bir plakada birikir ve pozitif iyonlar diğer taraftadır. Plakalar arasındaki elektriksel yüklenme farkı, verilen voltaja eşittir. Voltaj kesilince, elektriksel yükleme yerinde kalır ve plakalar arasındaki voltaj farkını korur. Diğer bir değişle, yükleme kondansatör tarafından saklanır. Yüklemeyi saklama karakteri bir devredeki kondansatöre voltaj değişimlerine karşı koyma etkisi verir. Bu etki dc güç kaynaklarındaki filtreleme fonksiyonunda çok önemlidir. Kapasitansın elektrik birimi faraddır. Farad çok büyük bir değer olduğundan, gerçek kondansatörler mikrofarad olarak değerlendirilir. 1 mikrofarad 0,000001 (1x10-6) faraddır. Şekil 2.7 Kondansatörler Kondansatörü Deşarj Etme Bir kondansatörü filitrelemede nasıl kullanıldığını anlamak için bir kondansatörün deşarj özelliklerini inceleyelim. Şekil 2.7c'de, bir kondansatör Vc voltajına zaten şarj edilmiştir. S anahtarı daha önce açıktı, şimdi kapatılıyor ve kondansatör R direnci üzerinden deşarj oluyor. Şekil 2.7d'deki tahmin edilebilen eğriye göre kondansatör üzerindeki voltaj zaman geçtikçe azalır. Bu bir RC deşarj eğrisi olarak bilinir, çünkü skalası RC zaman sabiti birimindendir. Deşarj eğrisi için RC zaman sabitini (asniye cinsinden) bulmak için, kondansatörü deşarj eden direnç (ohm) ile kondansatör (farad) birimi ile çarpın. Eğer kondansatör 10 mikrofarad (0,00001 farad) ve direnç de 100ohm ise, bu RC zaman sabiti 0,001 saniyedir (100 x 0,00001=0,001) Bir güç kaynağı filtre kondansatörünü deşarj eden dirence, güç kaynağı yükü denir.
Şekil 2.7'deki deşarj eğrisi, 1 RC zaman sabitinde, Vc'nin orijinal şarjlı değerinin %37 sine düşeceğini gösterir. 5 RC zaman sabitinde kondansatör tamamen deşarj olacaktır. Deşarj eğrisinin incelenmesi iki önemli sonucu çıkartır: Kapasite arttıkça, RC zaman sabiti büyür ve deşarj yavaşlar Direnç küçüldükçe, RC zaman sabiti küçülür ve deşarj hızlanır. Kapasitif Filtre En basit filtre, doğrultucunun çıkışına paralel olan tek bir kondansatördür. Şekil 2.8a'da, CF1 filtre kondansatörünü ve RL güç kaynağı yükünü ifade eder. IL eşittir Vo bölü RL (Ohm kanunu). Vo dalga şeklinin zamana karşı çizimine bakın. İlk değişen yarım devirde CF1'i şarj ederken, Vo hızla doğrultucunun tepe voltaj çıkışına yükselir. Eğer yük yoksa (RL =sonsuz), Vo tepe voltajında kalırdı ve CF1'in tekrar şarj edilmesi gerekmezdi; ancak RL yükü ile ve IL akımı ile, doğrultulan darbe sıfıra inerken CF1 deşarj olmaya başlar. Deşarj Şekil 2.7d'ye göre olur ve RC zaman sabiti CF1 çarpı RL dir. CF1 Vo dalga şeklinde gösterildiği gibi A noktasına kadar deşarj olur. A noktasından sonraki değişim darbe voltajı Vo'ın üzerine çıkar ve CF1'i tepe voltajına tekrar şarj eder. Bir filtre ndansatörünün yüke sürekli bir akım sağlayabilmesi ve yeterli miktarda enerji depolaması için yeterince büyük olmalıdır. Kondansatör yeterince büyük değilse veya yeterli hızda şarj edilemiyorsa, yük daha fazla akım çektikçe voltaj düşecektir.
Şekil 2.8 FiltrelemeÇıkış dc değerinin altında ve üzerinde Vo'daki RMS voltaj değişimi, Şekil 2.8a'da ripple voltajı vr, olarak gösterilmiştir. Tam bir dalga için, 60Hertz ac girişte, vr (rms) : vr (rms) = 2.4 IL / CF1burada IL miliamper, CF1 mikrofarad ve bir RC deşarj olduğu kabul edilmiştir. Formül CF1'i bulmak için IL miliamper akımını sağlayacak ve vr (rms) ripple voltajı olacak bir güç kaynağı için tekrar düzenlenirse, CF1= 2.4 IL / vr (rms) olur. Ripple Voltajı Ripple voltajı genelde Vo dc çıkış voltajının bir yüzdesi olarak gösterilir: % vr (rms) = vr (rms) / Vo x 100 Örneğin, diyelim ki bir güç kaynağı 10V dc, 200mA'de ve %1 ripple voltajı verecek. Yukarıdaki formülü kullanarak, 1 çarpı 10 bölü 100 ile ripple voltajının 0,1 voltu geçmemesi gerektiği bulunur. Buradan CF1 formülü kullanılarak, bu ripple gereksinimi için CF1'in 4800 mfarad olması gerektiği bulunur. Ripple voltajını daha fazla azaltmak için, Şekil 2.8b'deki ek filtre elemanları eklenebilir. LF1- henry, CF2 mikrofarad ve kaynak 60Hz ise, tam dalga doğrultucu ile, vr2 (rms) (Şekil 2.8b) vr2 (rms) =vr1 (rms) x 1.77 / LF1CF2 olur.VOLTAJ KATLAMA Bir trafo ac voltaj seviyesini arttırabilir, ancak trafolar göreceli olarak pahalıdır ve bir güç kaynağının ağırlığını arttırır ve ısı yayarlar. Bazı durumlarda, voltaj katlama olarak bilinen özel bir tip doğrultucu devresi, daha büyük ve ağır voltaj arttıran (Step-up) transformatör kullanmadan daha yüksek voltaj çıkışı elde etmek için kullanılır. Şekil 2.9 Voltaj Katlama Operasyon Şekil 2.9a şemayı ve Şekil 2.9b çıkış dalga şeklini göstermektedir. İlk İlk değişimi D1'i ileri meyiller ve C1'i Vpk'ya şarj eder. İlk B değişimi D2'yi ileri meyiller ve C2'yi Vpk'ya şarj eder. C1 ve C2'nin polaritelerinin toplanarak seri bağlanmış olmasından dolayı çıkış voltajı Vo, iki kondansatör voltajının toplamı, 2xVpk dır. Ek devre parçaları kullanılarak voltaj üçleyici ve dörtleyiciler oluşturulabilir. Bu tip devreler, yüksek voltajlı kısa süreli yüksek akım darbesi gerektiren ve yeni bir darbe için göreceli daha uzun zamana gerek duyan fotograf flaş güç kaynakları uygulamalarında faydalıdır. III. BASİT REGÜLELİ GÜÇ KAYNAĞI SİSTEMLERİ GİRİŞ Bugünlerde yararlandığımız birçok kolaylığı modern dijital entegre devreler (IC) saylamaktalar. Bu IC'lerin çoğu, voltaj seviyesini dar limitlerin içinde kontrol edebilen hassas bir güç kaynağına gerek duyarlar. Güç kaynağının yük gereksinimindeki yükselme ve düşmelere çok hızlı cevap vermesi gerekmektedir, çünkü eğer bazı voltaj değişmleri oluşursa IC'ler ters etkilenebilmektedir. Bu yazıda güç kaynağının çıkışını kontrol etmek için basit metodlar anlatılacaktır, öyle ki yük akımındaki ve şebeke voltajındaki deşikliklerin çıkış voltajına etkisi az veya hiç olmasın. Çıkışı bu şekilde kontrol edilen güç kaynaklarına regüleli güç kaynağı denir. Regüleli bir güç kaynağı tasarlamak için, geçen yazıda anlatıldığı gibi bir regülesiz güç kaynağı çıkışına bir regüle devresi eklenerek kullanılır. Bu yazı bir regülatörün güç kaynağının çıkışını nasıl izleyebildiğini ve çıkış voltajının tanımlanan limitlerde kalması için nasıl otomatik ayarlamalar yaptığını gösterecek. Bir regülatörün esas fonksiyonel bölümleri, bu fonksiyonları yerine getiren çeşitli entegre devreler açıklanacaktır. Bu IC'ler regüleli güç kaynağı tasarımını ve üretimini kolaylaştırmaktadır. NEDEN BİR VOLTAJ REGÜLATÖRÜ GEREKLİDİR?
İşlevsel diagramı Şekil 2-1'de (önceki yazı) gösterilen regülesiz güç kaynağının şematik diagramı Şekil 3-1a'dadır. Şekil 3-1b, Şekil 3-1a'da gösterilen devrenin basitleştirilmiş şematik halidir. Bir çeşit açık devre (yüksüz) dc voltajı vardır; kaynağı VDC ve seri direnç RZ çıkış empedansıdır. Her yük akımı IL, RZ içinden akar. İki ana faktör çıkış voltajı V0'ı değiştirmek için çalışır. İlki yük akımındaki değişim, diğeri VDC yi değiştiren şebeke hattındaki giriş voltajı VIN'in değişimi. Bazen bu iki faktör birbirinden bağımsız oluşabilmekte ve bazen birbirlerini etkileyebilmektedirler. Şekil 3-1. Regülesiz Güç Kaynağı Devresi Yük Akımındaki Değişmeler
Dc çıkış voltajı V0, yükün akım isteklerinin inip çıkması ile değişir. Şekil 3-2 bu değişimlerin çizimidir. Şekil 3-2. Regülesiz Güç Kaynağının Yük Çizgisi Eğer hiç yük akımı yoksa (IL=0), o zaman V0 güç trafosundaki en yüksek ac seviyeye VDC'ye eşittir. Yük daha fazla akım istediğinde, RZ'deki voltaj düşüşü, çıkış voltajının düşmesine sebep olur. Yük belli çıkış akımındayken ILR, V0, V0R'dedir, bu nokta transformatörün bilinen RMS voltajının yanındadır. Yük devresi azçok sabit bir akım çekerse veya yük devresi, V0 daki değişimleri tolore edebilirse, bu voltaj değişimi bir problem değildir. Örneğin, bir ses güç amfisi için güç kaynağı çıkışı, sinyal kesilmesi veya başka distorsiyon oluşan seviyenin altına inmediği sürece, amfinin çalışmasını etkilemeden geniş bir aralıkta değişiklik gösterebilir. Şebeke Voltajındaki Değişmeler Şekil 3-2'de gösterildiği gibi, şebeke voltajı VIN değiştikçe, V0 da değişir. Eğer VIN değişirse, zaten birçok yerde sık sık olur, güç trafosu çıkışı ve filitreli V0 çıkışı değişecektir. VOLTAJ REGÜLARÖRÜ PRENSİPLERİ Sabir bir V0 elde etmek için, Şekil 3-3'de gösterildiği gibi bir regülasyon devresi RZ ve RL'nin arasına eklenir. Regülatörün uları arasında bir voltaj düşüşü (VREG) mevcuttur; bu durumda giriş voltajı VDC , Şekil 3-1b'de gösterilen VDC den daha büyük olalıdır. Şekil 3-3'de, V0 = VDC - (RZ + VREG) dir. Şekil 3-3. Basitleştirilmiş Regülatör DevresiRegülatörün Çalışma Şekli Gerekli regülasyonu sağlamak için, IL ve VDC değiştikçe, V0 'ı sabit tutmak için regülatör devresi VREG 'i değiştirir. Eğer IL artarsa, VZ artar, bu da V0 'ın azalmasına yol açar; ancak regülatör VZ 'deki artışı dengelemek için VREG 'i azaltır, böylece V0 sabit kalır. Tersine, eğer IL azalırsa, ub da V0 'ı arttırmaya yönelir, regülatör V0 'ı sabit tutmak için VREG 'i arttırır. benzer şekilde, eğer VDC artar veya azalırsa, regülatör VREG 'i anılan sıraya göre arttırır veya azaltır. Örnekleme Devresi Örnekleme devresi çıkış voltajını izler ve hata amplifikatörüne bir çıkış voltaj örneği besler. Referans Voltajı Üreticisi Referans voltajı üreticisi, çıkış oltajındaki değişimlerden bağımsız olarak hata amplifikatörüne sabit bir referans voltajı sağlar. Hata Amplifikatörü Hata amplifikatörü, referans voltajını çıkış voltaj örneği ile kıyaslar ve eğer aralarında bir fark varsa bir hata voltajı üretir. Hata amplifikatörü çıkışı VREG değerini kontrol etmek için kontrol elemanını besler. Kontrol Elemanı Kontrol elemanı esasen VDC , RZ ve RL ile seri bağlı olan bir değişken dirençtir.VDC veya IL değişirse VO 'ı aynı tutmak için yukarıda açılandığı gibi, hata amplifikatöründen gelen giriş VREG 'i değiştirmek için bu değişken direnci ayarlar. Şimdi konu şekillendiğine göre, regülatör devresinin çalışma detaylarını öğrenelim. Önce devrelerde kullanılan basit tranzistör işlevi açıklanacaktır. TRANZİSTÖRÜN ÇALIŞMA ŞEKLİ Tranzistör yapısı Tranzistörün çalışma şeklini anlamak için Şekil 3-4'e bakın. Üç bölüme ayrılmıştır. Şekil 3-4a, bir tümlşik devre NPN tranzistörün yapısını gösterir. Tranzistör yarıiletken bir ince katmana yayılmış N, P ve N yarıiletken malzeme adalarından yapılmıştır. En yaygın kullanılan malzeme silikondur. Katmanın üzerinde, birbirine yan yana olan parçalar, bağımsız çalışabilmek için birbirlerinden izole edilmişlerdir. Küçük altın teller, tranzistörün üç terminalini, baz (B), emiter (E) ve kollektöre (C) dış elektriksel bağlantıları yapmak için, belirtilen metal bağlantılara, N, P ve N bölgelerine birleştirilmiştir. a. NPN IC Tranzistörün İmali b. Devresi c. Özellikleri Şekil 3-4 Tranzistör İmalatı ve Çalışması Tranzistör Devresi ve Karakteristik Eğrileri Şekil 3-4b bir tranzistörü bir devre içinde iken göstermekte ve Şekil 3-4c tranzistörün çalışma şeklini, kollektör akımı IC 'nin kollektör-emiter voltajına VCE karşı çizimi ile açıklamaktadır. Baz-emiter voltajı VBE 0,7Volttan daha büyük olarak baz emiterden daha pozitifse, baz akımı IB bazdan emitere akar.Verilen bir baz akımı ile VCE değişirken, kollektör akımının karakteristik bir eğrisi çizilebilir. Faklı baz akımları için farklı karakteristik eğriler Şekil 3-4c'de gösterilmiştir. Örneğin, eğer IB 0,1 miliampere eşitse, o zaman 2 Volttan - 20 Volta kadar her VCE için IC yaklaşık 10 miliamperdir. Tranzistörde bir akım kazancı olduğuna dikkat edin. IB 0,1 miliamper iken IC 10 miliamperdir, bu durumda baz akımı 100 kat büyük olan bir kollektör akımını kontrol eder. Akım kazancı, VCE 2 Volttan az veya kollektör emiter kesilme voltajından fazla olana kadar VCE den fazla etkilenmez. Yük Çizgisi Eğer RC , Şekil 3-4b'de, 200Ohm ise ve eğer kaynak voltajı 10V ise, o zaman her baz akımı IB için, tranzistörün VCE 'si Şekil 3-4c'de gösterilen karakteristik eğrilerin diyagonal kesik çizgisine düşecektir. Bu çizgiye bir yük çizgisi denir. Eğer IB=0 ise, IC=0 olur ve VCE 10 V iken, çalışma noktası yük çizgisinde B noktası olur. Eğer IB=0,5mA ise, o zaman IC=46mA; bu da yük çizgisindeki A noktasıdır. Eğer IB=0,3mA ise, o zaman VCE=4Volt, bu da yük çizgisindeki C noktasıdır. Böylece IB değiştikçe IC değişir ve VCE değişir.Bunun gibi tranzistör çalışma şekilleri, Şekil 3-5'deki regülatör devresi işlemlerin temelidir. SERİ GEÇİŞLİ GERİ BESLEME REGÜLATÖRÜ Bir regülatörün çalışmasını daha iyi kavramak için, Şekil 3-5'deki seri-geçişli geri besleme regülatörünü inceleyelim. Giriş voltajı VIN ve çıkış voltajı V0 arasında seri bağlı olan, seri geçişli olan, NPN tranzistör Q2 kontrol elemanıdır. Yük akımı IL, Q2'nin IC'si ile aynıdır, bu durumda tüm yük akımı Q2'nin üzerinden geçmelidir. Tranzistör çalışma şekli açıklamasından öğrendiğimiz kadarıyla, Q2 'ye bir IB akımı yoksa, IC akmaz, bu durumda IB, IC ve IL'yi kontrol eder. Bu durumun regülatör işlemini nasıl etkilediği şimdi açıklanacak.
Şekil 3-5 bir geri besleme regülatör devresi olarak tanımlanır, çünkü çıkış voltajının bir kısmını geriye besleyen ve referans voltajı ile kıyaslayan kapalı bir döngüdür. İki voltaj arasındaki fark, çıkışı sabit tutmak için gerekli hareketi belirler. Şekil 3-5. Basit Geri Besleme Regülatörü Referans Voltajı Şekil 3-5'deki referans voltajı VREF, diyot D1'in üzerindeki voltajdır, ki bu diyot da özel bir diyot olan bir zener diyottur. İkinci kısımda kesim alanı olarak anlatılan, ters-biaslı yönde çalışır. Normal diyotlar bu alanda çalıştırılınca hasar görürler, ancak zener diyotlar bu alanda çalıştırılmak üzere tasarlanmıştır. Şekil 3-5'de regülatöre gelen giriş voltajı, R1 ile seri olan D1'e verilir. Zener diyotun kesim alanı voltajı aşılır aşılmaz, üzerinde geniş voltaj değişimleri olsa da D1'deki voltaj oldukça sabit kalır. VIN en düşük değerde iken, D1'den geçecek gerekli en düşük akım R1 değeri ile seçilir. Örnekleme Devresi Şekil 3-5'deki örnekleme devresiçıkış voltajı ucuna seri olarak bağlanmış iki adet dirençten R3 ve R4'ten oluşur. Çıkış voltajı örneği R4 'ün üzerindeki voltajdır. Bu voltaj, direnç değerlerinin oranına bağlıdır. R3 ve R4'ün değerleri, R4'ün üzerindeki voltajın D1'in üzerindeki referans voltajının 0,7Volt üzerinde olacak şekilde seçilir. Daha önce belirtildiği gibi, 0,7Volt bir silikon tranzistörün VBE voltajıdır. Hata Amplifikatörü Q1 hata yükselticisidir ve Q1'in VBE 'si hata voltajıdır. Sabit referans voltajı Q1'in emiterine verilir ve çıkış voltajı örneği Q1'in bazına verilir.Böylece, V0 'daki herhangi bir değişim, Q1'in VBE'sini değiştirir, bu da Q1'in IB baz akımını değiştirir. IB 'deki değişiklikler, Q1 'in IC kollektör akımının değişmesine sebep olur. Tranzistörün çalışma şeklinden dolayı Q1 akım kazancı sağlar. Q1 için kullanılan tranzistör tipine bağlı olarak, kollektör akımı baz akımındaki değişimin 50 ile 200 misline kadar değişir. R2 Q1'in kollektör devresini VIN besleme voltajına bağlayarak tamamlar.Kontrol Elemanı
Daha önce belirtildiği gibi, Q2 bir silikon NPN tranzistördür. VIN, V0'dan daha büyük olsun diye tasarlanmıştır, böylece Q2 güç kaynağının yük akımı aralığı için, daima yeterli VCE verecek ve Q2 'nin güç harcama ve ısı limitlerini geçmek için yinede çok büyük olmayacaktır. Herhangi bir çalışma noktasında Q2 'deki güç harcaması Q2 'deki VCE çarpı Q2 den geçen akımdır.
Q2 'nin emiteri regülatör çıkış terminaline bağlıdır. Q1'in kollektörüne bağlı olan Q2 'nin bazı, Q2 'nin emiterinin 0,7Volt üzerindedir.Q2 'nin baz-emiter devresi, Şekil 3-4b'ye benzemektedir. Baz akımı, Q2 'ye kaynak voltajı VIN 'den R2 tarafından sağlanır. IB en yüksek derecedeki güç kaynağı yük akımını sağlamak için yeterince büyük olmalıdır. Eğer Q2 'nin kazancı en az 50 ise, o zaman R2 üzerinden sağlanması şart olan en az baz akımı, geçen yük akımı bölü 50dir. Q1'nin kollektör akımı Q2'den baz akımını azalttığında Q1 Q2'yi kontrol eder. Regülatör Çalışma Şekli Şimdi hepsini birleştirelim ve geniş kapsamlı regülatör çalışma şekline bakalım. Devre kararlı bir çalışma durumunda ve sonra bir yük akımı düşüşü meydana geliyor. Yük akımındaki bir düşüş, V0 'ı arttırmağa eğilimlidir. V0 'daki artış, Q1 'in baz akımını arttırır, bu da Q1 'in kollektör akımını arttırır. Q1 'in artan IC 'si Q2 'den baz akımını şöntler (azaltır). Q2 'nin azalan baz akımı, kendi kollektör akımını azaltır. Bu da kendi kollektör-emiter voltajını arttırır. Q2 'deki artmış voltaj düşüşü V0 'ı azaltır. Yük akımındaki bir artış, ters işleme sebep olur. Eğer VIN artar veya azalırsa, benzer regülatör kontrol döngüsü işlevi V0 'ı sabit tutmak için meydana gelir.Okuyucu döngüyü takip edip, işlevin doğruluğunu kanıtlamalıdır. IC REGÜLATÖRLER Birçok kombinasyondaki, örnekleme elemanı, hata yükselteci ve kontrol elemanı entegre devre formunda mevcuttur. Bu devreler bir regüleli güç kaynağı imal etmek için birçok yıl öncesine göre işleri çok daha fazla kolaylaştırmaktadırlar. Bu kısımda bilinen üç voltaj regülatör entegre devresi tanıtılacaktır. 7800 Serisi Sabit Çıkışlı Voltaj Regülatörleri Şekil 3-6'da gösterildiği gibi LM-7800 serisi üç terminalli regülatör, bir VIN terminali (Giriş), bir VOUT terminali (Çıkış) ve bir toprak terminali olan bir seri-geçişli regülatördür. 7800 serisinde, 5 ile 24 Volt arasında sınıflandırılmış çıkış voltajları mevcuttur. Malzeme numarasındaki son iki rakam regülatörün çıkış voltajını gösterir. Örneğin 7805 bir 5 Volt regülatör, 7812 bir 12 Volt regülatörve 7815 bir 15 Volt regülatördür. Her regülatör için regüleli çıkış voltajı sabittir. Regülatör Şekil 3-3'de gösterilen tüm fonksiyonlara sahiptir. Buna ek olarak, en yüksek çıkış akımını güvenli bir değerde sabitlemek ve iç güç dağılımını güvenli bir limitte tutmak için koruyucu devrelere de sahiptir. Eğer iç güç dağılımı belirlenmiş bir değere geçerse, bir termal kesici devre devreye girmektedir. Uygun soğutucularla, 7800 serisi, 1,5Amper yük akımı sağlayabilir. Dikkat edilmelidir ki, çıkış voltajının belirlenmiş değerde kalabilmesi için, örnekleme elemanı yüke yakın iyi bir toprak noktasına bağlanmalıdır. Şekil 3-6. 7800-Seri RegülatörŞekil 3-6'da gösterildiği gibi regülatör toprağı, topraktan daha yüksek bir voltaja yükseltildiğinde, regülatörün çıkışı arttırılabilmektedir.Çizgilerle gösterilen hat, regülatörün toprak ucu ile iki IN4001 diyotun seri olarak bağlandığını göstermektedir. Silikon diyotlardaki ileri-bias voltaj düşümünden dolayı, regülatörün toprak ucu, toprak seviyesinin 1,3 ile 1,4 Volt üzerinde olacak, bu da çıkışın belirlenmiş sabit voltaj çıkışından 1,3 ile 1,4 Volt yukarıda olmasına sebep olacaktır. Regülasyonun kalitesi düşecektir, çünkü sadeve V0'ın bir bölümü örneklenmektedir. Daha fazla diyotla veya ters-biaslı, yüksek akımlı zener diyotlarla, daha yüksek farklar elde edilebilir. Bu teknikler, sabit çıkış voltajını 1 veya 2 Volt arttırmak için kullanışlıdır. Daha düşük akım (100mA) ve daha küçük malzeme boyutu için 78L00 serisi de kullanılmaktadır. LM317 Ayarlanabilir Voltaj Regülatörü LM317 üç bacaklı ayarlanabilir voltaj regülatörü, 7800 regülatöre benzer, ancak onun iç örnekleme elemanı bulunmamakta ve toprak ucu, bir ayarlanabilen (Adj) uç ile değiştirilmiştir. Bu uç, üç amacı olan bir dış voltaj bölücüsüne bağlanmıştır. Birincisi, içerisindeki hata yükselticisine bir rnekleme-elemanı voltajı sağlamaktır. İkincisi, devrenin içerisindeki voltaj referansını çalıştırmak için R1 üzerinden toprağa yeterli akımı sağlamaktır. Üçüncüsü, bir ayarlanabilir güç kaynağı yapmak için işleri daha kolaylaştırmaktır. İçerisindeki kontrol elemanı, bir NPN tranzistör, yeterli soğutucu kullanılırsa, LM317T'nin 1,5 Amper sağlaması için yeterince büyüktür. LM317T'nin içerisinde maksimum akım için ve belirli ısı aralığının üzerinde iç güç dağılımı aşıldığında deverye giren bir koruyucu bulunmaktadır.
LM317'nin çalışması 7800 serisinden biraz değişiktir, çünkü kendisi bir "yüzen regülatör" olarak bilinir. referans voltajını çıkış voltajı V0'a göre göreceli olarak korur. Bu yüzden çalışırken, çalışma noktasını öyle ayarlar ki, R1, R2 voltaj bölücüsündeki R1'in etrafındaki voltaj, daima VREF referans voltajına eşittir. Sonuş olarak, Şekil 3-7'de gösterildiği gibi, V0 eşittir VREF (LM317 kutusunda 1,25V) çarpı 1 artı R2 R1 oranıdır. Eğer R2, R1'den 9 kat fazla ise o zaman, bir LM317'de, V0 1,25Voltun 10 misli, veya 12,5Volt olur. Şekil 3-7. LM317T Regülatör Çok kolay görülebilir ki, eğer R2 bir ayarlanabilir direnç ise, VIN'in uygun sınırlar içerisinde olması sağlandığında, V0 geniş bir voltaj aralığında ayarlanabilmektedir. VIN en az, V0 + VREF den büyük olmalıdır. VIN en çok, V0 +40 Volttan fazla olamaz. Örneğin V0 = 12 Volt ise, VIN = 52 Volttan fazla olamaz. Tabii ki, VDIFF (VFARK) büyüdükçe iç ısı dağılımı da artacaktır. Uzaktan Algılama Dış örnekleme elemanının bir başka avantajı da, uzaktan algılamanın kolay yapılmasıdır. Birçok sistem tasarımında, uzun güç dağıtım hatları kaçınılmazdır. Yüksek akımı olan uzun bir güç kaynağı hattı, regülatör döngüsünün dışında kalan, önemli voltaj düşüşüne sahip olacaktır. Bu sorunu çözmek için uzaktan algılama kullanılır. Esas yük noktasına ayrı bir kablo bağlanır ve örnekleme devresine doğrudan yük voltajını geriye besler. Kabloda çok küçük bir akım olduğundan, voltaj düşüşü önemsenmez ve yük noktasındaki regülasyon daha iyiye gider. 723 Regülatör Entegre Devresi
Şekil 3-8'de bir 723 regülatörü gösterilmektedir. Bir referans voltaj kaynağı, bir hata yükselteci, bir düşük akım kontrol elemanı ve iki ekstra parça - bir zener diyot ve bir tranzistör vardır. Ekstra tranzistör bir akım limitleyicisi olarak kullanılır. Gösterildiği gibi bir güç kaynağı imal etmek için 723 kullanırken, 7800 ve 317 regülatörlerden daha fazla dış malzemeye gerek vardır. Ancak, dış bacaklarında ana fonksiyonların hazır olmasından, 723 çok yönlü bir regülatördür. Düşük-akımlı (150mA) tek başına güç kaynaklarında 723 kullanılabilir, fakat, en çok kullanılan yönü, daha yüksek akım verebilen kontrol elemanlarını sürmektir.
Örneğin, benim imal etmiş olduğum sürekli 50A 13.8 volt verebilen uzaktan algılamalı güç kaynağında 723 kullanılmış ve yıllardır sorunsuz olarak çalışmaktadır. Şu anda Sayın Bilal Ekmekçi'de bulunmaktadır. Şekil 3-8. 723 Regülatör Daha Yüksek Çıkış Akımı İçin Dış Tranzistör Ekleme Daha yüksek akımlı bir kontrol elemanı sağlamak için daha büyük akım sağlayabilen bir dış tranzistörün 723'e nasıl bağlandığını Şekil 3-8 göstermektedir. Dış tranzistörün kollektörü 723'ün VC'sine bağlanmıştır. Baz VOUT 'a bağlanmış ve emiter daha yüksek akımlı regülatörün yeni VOUT ucu olmaktadır. 723 dış kontrol eleman için bir sürücü olmaktadır. Dış tranzistörün güvenli çalışma alanını sağlamak için uygun bir soğutucu kullanılmalıdır. REGÜLATÖRÜ KORUMA Bir güç kaynağı regülatörü işini yerine getirirken önemli miktarda enerjiyi kontrol altında tutar. Eğer elektriksel ve termal güçler kontrol dışında kalırsa, devre kendisini bozabilir. Entegre devre ve dışarıdan bağlanabilen diğer entegre devre yarıiletken cihazların üreticileri geçilmemesi gereken voltaj, akım ve ısı limitlerini açıkça belirtirler. Bir devre tasarımı bu limitler içinde kalırsa, tüm malzemeler, güvenli çalışma alanlarında bulunurlar. Bu limitlerin dışındaki çalıştırma, cihazları bozabilmektedir. Bu limitler aşıldığında, regülatörlerin kendilerini bozmamalarını garanti etmek için, regülatörlere koruma devreleri eklenir. Kısa-Devre Koruma
Genel bir olay, regülatörün çıkış ucunun toprak ucuna kısa devre edilmesidir. Bu olduğunda, regülatör kendi belirli değerinin üzerinde yüksek bir akım sağlamak için uğraşır. Daha önce anlatıldığı gibi, kısa devre koruma devreleri, 7800 serileri ve LM17T regülatörlerde içlerine konulmuştur. 723 için, Şekil 3-8'de gösterildiği gibi, çıkış ucu ile seri bağlı olan düşük bir direncin uçlarındaki voltaj düşüşünü ölçmek için akım limitleyici tranzistör bağlanmıştır. Yük akımı arttıkça, dirençteki voltaj düşüşü artar. Eğer bu voltaj tranzistörün VBE 'sinin üzerine çıkarsa, bu, yük tarafından aşırı akım istendiğini gösterir. Akım limitleyici tranzistör iletime geçer ve kendi IC 'sini limitlemek için ki bu da yük akımıdır, kontrol elemanının baz akımını şöntler (azaltır). Bu kontrol elemanını kendi güvenli çalışma alanında tutar. Termal Kaçak Aşırı yüksek ısılar, entegre devre regülatörlerinin çalışmasında ve diğer tümleşik devrelerde ciddi problemlere sebep olur. Eğer bir malzemenin dökümanlarında (data-sheet) belirtilen maksimum bağlantı ısısı aşılırsa, malzeme genelde bozulur. Bağlantı ısısı güç dağılımından dolayı artar. Bir seri-geçişli regülatörün ürettiği olması gereken güç dağılımı, kontrol elemanının uçlarındaki voltaj düşüşü (VIN - VOUT) ile içinden geçen akımın çarpılması ile hesaplanır. Bu güç ısıya çevrilir, bu da bağlantı ısısını arttırır. Eğer bu ısı ürettiğinden daha çabuk uzaklaştırılmazsa, termal kaçak denilen bir durum oluşabilir. Isı malzemenin daha fazla akım iletmesine neden olur, daha fazla ısı doğar, sonuçta malzeme tam olarak kendini imha eder. Tüm malzemenin limitleri aşılmadığı sürece, malzeme kendi güvenli temel çalışma alanında kalacaktır. Termal İletim
Yarıiletkenlerin aralarındaki bağlantıları aşırı ısılardan korumak için, ısının üretildiği yerden, silikon malzemelerden dışarıya iletmek için bir yol sağlanmalıdır. Isının yolculuk etmesi için gereken doğal yol, silikondan entegre devre paketine veya kutusuna ve oradan da çevreyeki havayadır. Eğer malzeme maksimum değerinin çok altında çalıştırılırsa, bu genelde yeterli bir iletim yoludur, ancak güç arttıkça ısının daha hızlı çıkartılması gerekir. Soğutucu Soğutucu, cihazdan ısıyı dışarıya iletmesi amacıyla kullanılan, yarı iletken cihazlara veya entegre devre kutusuna bağlanan bir parça metaldir. Soğutucunun yüzey alanı arttıkça, iletme ile veya çevre havaya yayılmayla, ısı daha çabuk uzaklaştırılır. Şekil 3-9 bir metalin, ki bu daha çok etkili bir termal iletkendir, entegre devrenin çok ısınmasına nasıl mani olduğunu göstermektedir. Isı silikon çipten entegre devre kutusuna, oradan da bacaklar, baskılı devre ve soğutucu ile havaya geçer. Şekil 3-9 Entegre Devreden Soqutucuya Isı Akışı Entegre devre kutusundan soğutucuya ısı transferi verimini arttırmak için, sık sık aralarında bir temel iletken bileşim kullanılır. Eğer malzemeyi soğutucudan elektriksel olarak izole etmek gerekli ise, bir miktar mika izolatör kullanılır. Piyasada bu tip malzemeleri bulmak mümkündür. Bazen soğutucunun iletme ve soğutması, güç cihazını maksimum bağlantı ısısının altında tutmak için yeterli değildir. Bu durumda, ısı yayılım soğutumunu arttırmak için, soğutucudan havayı geçirmek için bir fan kullanılır. Örneğin, bilgisayarların güç kaynaklarında olduğu gibi. Her tasarımda, maksimum ısıların geçilmediğini garantiye almak için ısı ölçümleri yapılmalıdır. IV. LİNEER GÜÇ KAYNAĞI PROJELERİ Bu kısımda, önceki üç kısımda geliştirilen prensipleri kullanan üç güç kaynağı projesi bulunmaktadır. Bu projelerdeki malzemeler piyasada çok rahatlıkla bulunabilmektedir. +5 VOLT REGÜLELİ GÜÇ KAYNAĞI (+9,+12,+15'e önüştürebilirsiniz) İlk proje dijital devreleri beslemek için kullanılabilen bir regüleli +5 Volt güç kaynağı. Entegre devreleri test masasında denerken bu güç kaynağı ideal olmaktadır. Ne lazım Dijital entegre devreler, geniş bir yelpazede neredeyse her türlü amaç için imal edilmekteler. Bu kadar çeşitli olsalar da, geniş çoğunluğu %10 oranın regüleli, 5 Volt kaynak voltajına gereksinim duyarlar, ancak bazı daha karmaşık entegre devreler örneğin, mikroişlemciler için %5 regülasyon gerekir. Regülasyon Yük regülasyonunun oranı şöyle tanımlanır: YükReg% = ( VNL - VL ) / VL x 100 Yükün yüksüz (NL) durumdan yüklü (L) duruma değişmesi ve yük voltajına bölünmesi ile oluşan yüzde ile ifade edilen, voltajdaki değişmedir. Bu, yükün akım gereksinimindeki ani değişimlere tepki olarak, çıkış voltajının ne kadar fazla değişeceğini gösteren bir ölçüdür. Yük regülasyon denklemi ile %5 regülasyonlu bir 5 Volt kaynağın çıkış voltajını doğrulayalım. Aşağıdaki hesaplarda, VV, yukarıdaki denklemdeki VNL - VL'dir:
±%5 = VV / 5 x 100 ±0.05 = VV / 5 +VV = 5(+0.05) = +0.25 -VV = 5(-0.05) = -0.25 Böylece, ±%5 regülasyonla, 5Voltluk kaynak, akım gereksinimindeki ani yükseliş ve inişlerden bağımsız olarak 5.25 ile 4.75 volt arasında değişecektir. Bu regülasyon giriş voltaj değişimini de kapsamaktadır. Yük Akımı Dijital ICler için yük gereksinimi mantık devreleri için birkaç miliamperden, karmaşık ICler için birkaç yüz miliampere kadar değişmektedir. Güç anahtarlaması yapan cihazlar; ki bunlar motorları, kontaktörleri, lambaları, röleleri sürerler, sık sık 100mA veya daha fazla yük akımlarını kontrol ederler. Bu akım, mantık devresinin kendi iç devre akımına ek olarak gelir. Sonuçta, bir +5Vlık kaynak - en fazla 1A(1000mA) sağlayabilen - veya mümkün ise 1.5Alik (1500mA) bir akım, 10 adet IC ve bazı güç devrelerinden oluşan küçük projeleri ve denemeleri başarabilmek için yeterli olabilmektedir. Ripple Ripple özellikleri giriş kondansatörü filitresi formülü (2. Kısım) ve girişteki ripple voltajı değişimlerini regülatörün karşılaması sebebi kullanılarak çıkartılır. Bu regülatör karakteristiğine ripple engellemesi denir. Dijital mantık devreleri sistem tasarımlarında, kritik mantık seviyelerinde genellikle en az 200 milivoltluk bir gürültü marjına sahiptir. Her güç kaynağı ripple'ı bu tasarım marjındaki tolerans miktarını azaltır. Böylece eğer ripple voltajı, mantık seviyelerinin 20 milivolt değişmesine sebep olursa, gürültü marjını da %10 düşürmüş olur. 4700 uF'lık bir kapasitesi olan bir giriş filitre kondanstörü CF1, bir proje için seçilmiştir.1500mA'lık bir yükte, ripple voltajı: Vr(rms)=2.4 x 1500/4700 Vr(rms)=0.76 veya 760 milivolttur.Tasarımda 7805 regülatör kullanılacaktır. Onun ripple engelleme karakteristiği 60 desibeldir. Desibel, dB olarak kısaltılır, girişte belli bir voltaj olduğunda regülatörün çıkışında ortaya çıkan ripple voltajını ifade etmek içindir. Bu bağlantı (bir düşüş) şu şekilde gösterilir:
-60dB = 20 log10 V0/VIN -3 = log10 V0/VIN 10-3 = V0/VIN Anlamı, giriş voltajı VIN ne ise V0 çıkış ripple voltajı ondan 1000 kat daha az olacaktır. Giriş ripple voltajı 760 milivolt ise, regülatör çıkışında bu 0.76 milivolt olacaktır. Gürültü saviyesi göz önüne alındığında bu bir problem yaratmayacak kadar küçüktür. Tüm güç kaynağının devre şeması Şekil 4-1 dedir. Şekil 4-1 Regüleli +5Volt Güç Kaynağı Şeması Korumalar Tasarıma eklenmiş birkaç koruma mevcuttur: 1. Güç anahtarı S1, çift kontaklı anahtardır. ebeke canlı ucunun dış bağlantı tarafına gelmesine çalışın. Böylece şebeke voltajını anahtar kapalı durumda iken izole edebilirsiniz.
2. Transformatör kısa devrelere karşı korunmak için bir giriş sigortası transformatörün primer uçlarından birisine seri olarak bağlanmıştır. 3. Bir LED gösterge, pilot ışığı olarak çıkış uçlarına bağlanmıştır ve aynı zamanda filitre kondansatörünün ne zaman deşarj olduğunu anlamaya yardımcı olacaktır. 4. Çıkıştaki bir seri sigorta bir çalışmanın "dumanlı olarak sonuçlanmasına" engel olmaya yardımcı olur.Tasarımdaki kullanım şeklini tanıtmak maksadıyla eklenmiştir. Gerçekte gerekli değildir, çünkü 7805 regülatörün akım limitleyicisi vardır. Kullanılan regülatörün kısa devre koruması yoksa, bu gibi bir deney güç kaynakları için sigorta kesinlikle gereklidir. 5. Bu güç kaynağı değişik yüklerle kullanılabildiğinden, normal kullanımda ters biaslı olması için girişten çıkışa bir diyot bağlanmıştır. Eğer çıkışa büyük bir kondansatör bağlanırsa, bu koruma sağlayacaktır. Giriş voltajı kesildiğinde, çıkıştaki büyük kondansatör girişteki kondansatörden daha yavaş deşarj olabilir. Bu, regülatörü ters biaslayabilir ve bozabilir. Diyot, deşarj akımı için "güvenli bi yol" sağlamaktadır. Regülatör Seçimi Bu +5V güç kaynağı projesinin gereksinimlere, sabit voltajlı 7805 entegre devre regülatörünün özellikleri uymaktadır. 5 Volt çıkış voltajı ve en fazla 1.5 Amper yük akımı, içindeki ısı kesicisi ve akım limitleme özelliği, test devrelerini çalıştırırken ek güvenlik sağlamak için özellikle kullanışlıdır. 7805 entegre devresi güç kaynağı akımı olarak 1 Amper ve belki en fazla 1.5 Amper akım verebileceğinden ve en düşük 8 Volt (8-5=3Volt) giriş gerektiğinden, en fazla yükte (3x1.5) en az 4.5 Wattlık ısı yayacaktır. Yüksek ısıdan etkilenmemesi için bir soğutucunun bulunması ve bağlı olması ve cihaz kutusunun da delikleri olması şarttır. Transformatör ve doğrultucu seçimi 7805 entegre devre regülatörü giriş ve çıkışındaki en az voltaj farkı olarak 3 Volta gerek duyar. Böylece, 5 Voltluk bir çıkış için, regülatöre giriş en az 8 Volt olmalıdır. Transformatörün orta bağlantısı (OB) sekonderi 3Amperde 12.6 Volt verebilmektedir. İki diyotlu tam dalga doğrultucu şeması kullanılarak 3 Amperde 8.9 tepe (6.3 x 1.414) voltajı sağlar. Doğrultucu diyotlarının ters tepe voltajı (PIV) (Ters voltaja dayanma) 17.8 volt ve regülatörün bacaklarına bağlı olan koruma diyotu 3A, 50V PIV olmalıdır. Ortadan bağlantılı 18V transformatör seçilirse, tepe voltajı arttırıldığından güç kaynağı sürekli 1.5A de çalışabilir.Ancak regülatörün güç dağılımını ve kutunun ısı limitlerini aşmaması için 7805 regülatörünün soğutucusu daha geniş olmalıdır. Filitreler Filitreleme ve toplam ripple voltajı daha önce 7805 regülatörü için açıklanmıştı. Yük tarafından gelebilecek yüksek frekanslı gürültüyü yok etmek için regülatörün çıkış uçları arasına küçük bir kondansatör (0.1uF) bağlanmıştır. Montaj Detayları Bu proje için gerekli parça listesi aşağıdadır: Tablo 4-1. Regüleli +5V Güç Kaynağı Parça Listesi Açıklama Adet Şemadaki adı 12.6V Transformatör 1T1Diyot, 3A,50VPIV, 1N5400 3CR1-CR3IC, 7805 oltaj Regülatörü 1U1LED gösterge1CR4Kondansatör, 4700uF, 35V elektrolitik 1C1Kondansatör, 0.1uF, 50V seramik1C2Direnç, hm, 1/4Watt1R1Soğutucu1Soğutucu bağlama malzemeleri1Isı yayıcı malzeme - Silikon1Çift kontaklı Çift pozisyonlu anahtar1S1Baskılı evre (7cm x 9.5cm)1Kutu (6 x 11 x 20)1Sigorta yuvası - Şase tipi21.5A cam sigorta2Fişli Elektrik Kablosu1Bağlantı uçları (siyah ve ırmızı)2TP1,TP2Lastik ayak seti1Baskılı devre kutu yerleştirme ayakları4Isı ile daralan boruŞekil 4-2 Regüleli +5V G.K. Baskılı devre Elemanları Yerleşimi (Alttan görünüş)Şekil 4.2 deki bağlantı şekline ve şekil 4-4deki fotografa göre devreyi baskılı devre üzerine monte edin. Şekil 4-2 baskılı devrenin alıtını göstermektedir. Malzemelerin bacaklarını baskılı devreye gösterilen yerlerden yerleştirin ve malzemelerin yerinde durması için baskılı devrenin arkasında gösterildiği gibi bacakları bükün. Bağlantıları yapmak için bacakların yanında ek teller veya izoleli kablolar kullanılmıştır. Regülatör IC'yi monte ederken soğutucu ile IC arasına ısı transferi sağlayan malzemeden kullanın. (Piyasada beyaz renkte krem gibi olan (silikon) bir malzemedir) kullanılmazsa soğutucu ile IC arasındaki ısı transferi yeterli olmayabilir. Bir vida ve izoleli somunu ile IC'yi yerine yerleştirin.Baskılı devre (delikli pertnax) deki deliklere regülatörün bacaklarını yerleştirin. Eleman bacaklarını kıvırın ve bacaklara olan bağlantıları hazırlayın ve sonra IC'yi çok fazla ısıtmadan bağlantıları hızlıca lehimleyin. Unutmayın, parlak lehim bağlantıları doğru bağlantılardır, delikli ve gri olanlar değil. IC'nin bacaklarındaki lehim IC'yi yerinde tutmak için pertnaxdaki kontaklara bağlayacaktır, ancak bacakların birbirine kısa devre olmamasından emin olun. Kutu ve Montaj Yandaki resimdeki gibi kutunun alt kapağını ayırın. Şekil 4-3'de gösterilen yerlerden kutu ayaklarının yerlerini ve kutu soğutucu deliklerini delin. 3mm olan delikler baskılı devre ve fransformatör içindir. Ön panel delikleri sigortalar, bağlantı uçları, gösterge ve güç anahtarı içindir. 1cm olan yan delik şebeke kablosu içindir. Baskılı devre monte edilmeden önce, iki sekonder trafo ucunu baskılı devreden geçirin ve her ikisini de bir diyotun bacağına devrenin altında lehimleyin. Aynı şeyi orta bağlantı ucu için de yapın, ancak onu C1 kondansatörünün eksi ucuna lehimleyin. (Kondansatörü ters monte etmeyin, aksi halde patlayacaktır) Bir kırmızı kabloyu CR3 ve C2 nin birleştirildiği yerden 7805'in çıkış ucuna lehimeyin. Bu F2'ye pozitif çıkış voltaj ucudur. C1'in eksi ucuna siyah bir kablo lehimleyin. Bu TP2 terminalinine negatif çıkış voltaj ucudur. Bir başka siyah teli R1'e bağlayın. Bu tel LED'e bağlanacaktır. Baskılı devreyi vidalarla ve lastik ayakları ile kutuya vidalayın. Şekil 4-3 +5V Güç Kaynağı için Kutu Yerleşimi Montaj Sırası 1. Şekil 4-4'deki gibi transformatörü kutunun içine yerleştirip vidalayın.
2. Sigorta yuvalarını, bağlantı uçlarını, LED'i ve güç anahtarını ön panele Şekil 4-3 ve 4-4'deki gibi monte edin. bağlantı için gerekenler malzemelerin üzerindedir. 3. Şekil 4-3'de gösterildiği gibi baskılı devreyi plastik ayakları ile kutuya vidalarla bağlayın.
4. Şebeke hattı kablosunu yandaki delikten geçirip düğümleyin, kutu içinde yaklaşık 5cm kablo bırakın. 5. Güç anahtarının orta uçlarına trafonun primer uçlarını lehimleyin. Anahtarın yukarı pozisyonu güç kaynağının çalıştığını gösterir ve alt uçları orta uçlara bağlar. 6. Şebeke kablosunun bir ucu sigorta yuvası F1'e lehimleyin. Sigorta

Mesajınızı Hızlı Düzenleyin!

En son ferdabal tarafından Pts Mar 03, 2008 12:41 am tarihinde değiştirildi, toplam 2 kere değiştirildi