AYARLI GÜÇ KAYNAĞI

AYARLI GÜÇ KAYNAĞI DEVRESİ

  GÜÇ KAYNAĞI TASARIMI

Bütün elektronik devreler sağlıklı çalışma için güç kaynaklarına ihtiyaç duyarlar. Taşınabilir elektronik cihazlarda gerilim kaynağı olarak pil ve akümülatörler tercih edilir. Ancak pil değişimi ve akümülatör şarjı, zor ve pahalı olduğundan taşınabilirliğin gerekli olmadığı durumlarda AC yi DC ye çeviren güç kaynakları daha çok kullanılır.

Bu güç kaynaklarının kullanılacağı devre, gerilim değişmelerinden etkilenmiyorsa, ekonomikliği ve yapım kolaylığı bakımından “adaptör” olarak bilinen regülesiz güç kaynakları tercih edilir. Gerilim değişmelerinin önemli olduğu yerlerde yük veya kaynak gerilimi değişmelerine rağmen, belirlenen çıkış gerilimini aynı veya çok küçük değişikliklerle kararlı tutan regüleli devreler tercih edilir.

Regüle devresi, geri besleme yoluyla çıkış gerilimini izler ve belirlenen değerde değişik yükler için otomatik olarak düzenler. Regüle için zener diyotlu transistorlü devreler veya regüle entegreleri kullanılır. Devremizde bu amaçla LM338 entegre devresi kullanılmıştır.

GÜÇ KAYNAĞI DEVRESİNİN İNCELENMESİ

        

         Devremiz maksimum 12 Volt 5Amper çıkış verebilecek şekilde tasarlanmıştır. Devrede kullanılan elemanlar çıkış değerleri gözetilerek belirlenmiştir. Her türlü güvenlik ve koruma önlemi ayrıca gözetilmiştir. Aşağıda gerçekleştirmiş olduğumuz devrenin açık devre şeması yer almaktadır.

Şekil 1.  12V-5A Regüleli güç kaynağı devresi

 DEVRE ELEMANLARININ İNCELENMESİ

Devrede kullanılan elemanların listesi aşağıda verilmiştir.

KULLANILAN MALZEME	ADETİ	DEĞERİ / ÖZELLİKLERİ
Güç kablosu	1	-
Işıklı on/off anahtar	1	250V/6A
Sigorta	1	5A
Sigorta yuvası	1	-
Transformatör	1	2x12V
Klemens	1	İkili
Plaket	1	6x10cm2
Soğutucu	1	Petekli
Port	2	1Kırmızı-1Siyah
Potansiyometre kafası	1	-
Kutu	1	Devreyi koymak için
Köprü diyot	1	5A
Entegre	1	LM338-Regülatör
Diyot	2	1N4007
Potansiyometre	1	2K5 ***
Direnç	1	270-300 Ohm arasında bir değer ***
Kondansatör	1	4700u-C1 Elektrolitik
	1	100n-C2
	2	10u-C4 Tantal-C3 Elektrolitik
	1	100u-C5

***Yukarıda tabloda (***) ile gösterilen değerler daha sonra belirtilecek olan formüle göre hesaplanarak bulunan değerlerdir.

Tablo 1. Projede kullanılan malzemelerin listesi

Transformatör

         Alternatif akımı veya gerilimi, güç sabit kalacak şekilde istenilen değere dönüştüren cihazdır. Nüve üzerine sarılmış iki sargısı vardır. Bunlar, gerilimin uygulandığı primer ve istenilen gerilimin alındığı sekonder sargılardır. Güç kaynaklarında kullanılan transformatörler, gerilimi 3, 6, 12, 24 vb. değere düşürür. Transformatörlerde 220 voltun bağlandığı primer sargısı, ince telden çok sarımlı, düşürülmüş gerilimin alındığı sekonder sargısı ise daha kalın telden ve az sarımlıdır.

Aradaki bu ilişki  N1/Vin=N2/Vout şeklindedir.Burada;

N1=Primer sargısı

N2=Sekonder sargısı

Vin=Giriş gerilimi ve Vout=Çıkış gerilimidir.

Projede kullandığımız transformatör piyasada bulunan 2x12 Volt çıkış verebilen tarzdadır. Trafonun gücü ise; P_GÜÇ=IxV den P=5Ax12V=60W şeklinde hesaplanmış ve bu hesaba dayanarak 60W çıkış gücünde seçilmiştir.

Buradaki;

                   I=Çıkıştan çekilmek istenen maksimum akım

                               V=Maksimum çıkış gerilimi

şeklindedir.

Köprü Diyot

          Alternatif akımı, bir yönde geçirerek, dalgalı doru akıma çeviren diyotlara “doğrultmaç” denir. Diyot yapımında daha çok silisyum kullanılır. Diyotlar, geniş gerilim ve akım kapasitelerinde değişik paket şekillerinde yapılırlar. Üzerlerinde katot ucunu belirtecek bir işaret bulunur. Burada kullanılan diyot köprü olarak adlandırılır. İçerisinde köprü bağlantı olarak tabir edilen şekilde bağlanmış dört diyot bulundurur. Köprü diyot seçerken dikkat edilmesi gereken nokta taşıyabileceği akım değerinin devreden çekmek istediğimiz maksimum akım değerinden küçük olmamasıdır.

Şekil 2. Köprü diyot’un yapısı ve çıkış sinyali

Filtre

        Doğrultmaç çıkışındaki doğru akımın dalgalanmasını en aza indirmek için kullanılan kondansatör, bobin veya her ikisinden meydana gelen devredir. Doğrultma devresinin çıkışındaki gerilim, maksimum değere ulaşıncaya kadar yükü beslerken, enerjinin bir kısmı filtre elemanında depolanır. Bu enerji, iki alternans arasında yükü besleyerek, uçlarında filtreli gerilim olmasını sağlar.

Filtrelemede hafif, ucuz ve az yer kapladığı için kondansatör tercih edilir. Kullanılacak kondansatör kapasitesi, devreden çekilen akıma göre belirlenir.

        Ripple voltajı genelde V_o DC çıkış voltajının bir yüzdesi olarak gösterilir ve aşağıdaki formüller yardımıyla hesaplanır.

% v_{r (rms)} = v_{r (rms)} / V_o x 100

C_Filtre= 2.4 I_yük / v_{r (rms)} 

Regülâtör entegresi

        Yük veya kaynak gerilimi değişmelerine rağmen, belirlenen çıkış gerilimini aynı veya çok küçük değişikliklerle kararlı tutan devrelerdir. Regüle devresi, geri besleme yoluyla çıkış gerilimini izler ve belirlenen değerde değişik yükler için otomatik olarak düzenler.

Ayarlı gerilim regülatörü, çıkış geriliminin istenilen değerde regüleli olarak elde edilmesini sağlar.

        Entegre gerilim regülatörü, kullanım ve yapım kolaylığı, çıkış geriliminin kararlı oluşu, içerisinde kısa devre koruma ünitesi bulundurması vb. üstünlüklerinden dolayı güç kaynaklarında çok kullanılmaktadır.

Entegre gerilim regülatörleri pozitif ve negatif gerilim verebilecek şekilde sabit ve ayarlanabilir olarak yapılırlar. Akım değerleri 100mA’den 5 ampere kadar yapılır. Bu regülatörün kullanıldığı devrede, giriş gerilimi, çıkış geriliminden en az 2-3V büyük olmalıdır. Bu fark çok büyürse entegrenin soğutucu ile kullanılması gerekir.

Şekil 3. LM338 in devrede kullanım şekli

      

        Devrede kullanılan regülatör entegresi LM338 dir. Yüksek çıkış kararlılığı, çıkış kısa devre koruması, aşırı sıcaklık koruması gibi birçok özelliğe sahip olduğundan tercih edilmiştir. Çıkış gerilimi 5Amper için 0Volt ile 32Volt arasında ayarlanabilmektedir. Adjustable yani ayarlanabilir özelliktedir. Çıkış gerilimi entegrenin ADJ ucu ve Vout ucu arasına bağlanan dirençlerin(R1 ve R2) değerleri hesaplanarak belirlenebilir.(Bkz.Şekil3.)

Devrenin çıkış gerilimine uygun direnç değerleri aşağıdaki formüle göre yada internet üzerinde bulunan hazır hesaplama programları kullanılarak bulunabilir.

Vout=1.25x(1+(R1/R2)) + I_ADJR2

         Formülden de anlaşılacağı üzere bu entegre devresi kullanılarak yapılan güç kaynağının çıkışında görülen minimum çıkış voltajı 1.25Volt civarındadır.

Devrede kullanılan diyotlar regülatör entegresinin korunması içindir. Bu diyotların devrede kullanım şekli aşağıda verilmiştir.(Bkz.Şekil4.)

Şekil 4. Koruma diyotlarının kullanımı

DEVRENİN ÇALIŞMASI VE GÜVENLİK ÖNLEMLERİ

           Yukarıda verilen bilgiler ışığında devrenin çalışmasını incelersek devreye gelen 220VAC şehir şebeke gerilimi trafo kullanılarak 12VAC değerine düşürülür. Bu gerilim değeri 5A sigorta üzerinden köprü diyota uygulanır. Köprü diyot çıkışında bu değer DC ye dönüştürülür. Ripple olarak adlandırılan dalgalanmalar girişteki 4700u değerindeki kondansatör yardımıyla yok edilmektedir yani filtrelenmektedir. Böylece doğru akımı elde etmiş bulunmaktayız. Elde edilen sinyal daha sonra regülatör entegresine uygulanarak çıkıştan istenen akım ve gerilim değerlerinin yüksek kararlılıkla elde edilmesi sağlanmaktadır. Devrede kullanılan dirençler çıkış gerilimini istediğimiz aralıkta ayarlamamızı sağlamaktadır. Çıkış 100u lık kondansatör üzerinden düzgün şekilde alınabilmektedir. Devrede kullanılan diğer kondansatör ve diyotlar regülâtörün korunması amacıyla eklenmiştir.

           Devrede kullanılan LM338 kısa devre korumalı olduğundan haricen kısa devre korumasına ihtiyaç duyulmamıştır.

LM338 aşırı sıcaklık korumasına sahiptir. Bunun yanında ek olarak entegre devreye ve köprü diyota petekli alüminyum soğutucu bağlanmıştır.Böylece ısı daha geniş yüzeye dağıtılarak uzun süreli kullanımlarda çıkıştan istenilen gerilim ve akım değerlerinin sorunsuzca alınması hedeflenmiştir.Soğutucunun metal kutuyla teması engellenerek kaçak durumlarının önüne geçilmiştir.

           Devre girişine yerleştirilen 5A değerindeki sigorta da bir diğer koruma önlemi olarak yer almaktır. Çekilmek istenen aşırı akıma ya da ani dalgalanmalara karşı devreyi koruması amaçlanmıştır.Devreye uygulanan şehir şebeke gerilimi girişte kullanılan ışıklı on/off anahtar sayesinde istenildiği şekilde kontrol edilebilmektedir.

           Montaj esnasında dikkat edilen bir diğer husus açıkta kablo yada tehlikeli olabilecek bağlantının kalmaması,bu nedenle izolasyon ön planda tutulmuştur.

 GÜÇ KAYNAĞI DEVRESİNİN BASKI DEVRE ŞEMASI