LM723 ile Yapılmış Ayarlı Regüle Güç Kaynağı Devresi

[guclusat]

LM723 entegresi kullanılarak tasarlanan ayarlı regüle güç kaynağı devresi. Gerilim ayarı, akım sınırlama, aşırı akım ve kısa devre koruması ile laboratuvar tipi güç kaynağı uygulamalarını inceleyin

 

[guclusat]

Stabilize Güç Kaynağının Yenilenmesi (4)​

Yük bağlandığında meydana gelen gerilim düşümü oldukça fazlaydı. Özellikle 30 V voltmetrede bile bu düşümün açıkça görülmesi uzun zamandır endişe vericiydi. Gerilimi yüksüz durumda ayarladıktan sonra 3–4 A yük uygulandığında gerilim 100–200 mV düşüyordu.

Özellikle PB 2400 c için hazırlanan, lityum iyon hücrelerin 6P4S yapılandırmasına sahip (10.800 mAh) harici bataryayı şarj ederken, gerilim üst sınıra (yaklaşık 16,8 V) ulaşmadan çok önce şarj akımı önemli ölçüde azalıyordu. Bunun nedeninin yaklaşık yarısının güç kaynağından bataryaya kadar olan kablo ve konnektör direncinden kaynaklandığı düşünülüyordu.

Yük uygulandığında dijital multimetre ile her bölümdeki gerilim kaybı incelendiğinde, gerilimin aşağıdaki noktalarda düştüğü görüldü.

• Kullanılan PS-0141 kitinin stabilize güç kaynağı devresinin kendi özellikleri. Kart üzerindeki bakır yolların direnci (yüksek akımın geçtiği yolların oldukça ince olması) veya LM723 ile çıkış geriliminin 0 V'a kadar düşürülebilmesini sağlayan devre yapısı bu durumla ilişkili olabilir. (Amatör kullanıcılar, devre şemasına baksalar bile bu bölümün çalışma mekanizmasını anlamakta zorlanabilir.)
• Kullanılan kablonun türüne ve uzunluğuna bağlı direnç. Ucuz hoparlör kablosuna benzer bir kablo kullanıyorum. Ancak 3,5 A akımda her 10 cm için yaklaşık 10 mV gerilim kaybı olduğu görülüyor.
• Pozitif (+) çıkış terminali tarafına takılmış anahtarın kontak direnci. Yeni olmasına rağmen 125 V AC, 6 A değerinde küçük bir anahtar kullanıyorum. Anahtarı açıp kapattığımda kayıp bir miktar değişiyor. En iyi durumda, 3,5 A akımda yaklaşık 1,5–2 mV gerilim kaybı olduğu görülüyor.
• Çıkış terminali (Johnson terminali) ile kablo arasındaki bağlantı noktasındaki kayıp.
• Yüksek yük altında kullanıldığında güç transistörünün, transformatörün ve akım algılama için kullanılan çimento dirençlerinin oluşturduğu ısı nedeniyle kasa içindeki sıcaklık önemli ölçüde yükseliyor. Bunun sonucunda gerilim zaman içerisinde daha fazla değişiyor.

Yapılan İyileştirmeler​

Elde bulunan parçaları kullanarak aşağıdaki iyileştirmeleri yaptım.

• LM723 kullanarak, veri sayfasında belirtilen temel devre yapısını denedim. LM723'ün yüke karşı gerilim kararlılığı oldukça yüksekti. 17 V ve 3 A yük altında gerilim düşümü 3–4 mV seviyesinde gerçekleşti.
  
  Bu nedenle regülasyon devresini aşağıdaki devre yapısıyla değiştirdim. Devrede pozitif (+) taraf için 0,2 mm kalınlığında ve 6 mm genişliğinde bakır şerit (devre şemasındaki kalın çizgili bölüm), negatif (-) taraf için ise ince çizgili bölüm kullanıldı.

• Kablo direncinin etkisini azaltmak için yukarıdaki devre şemasında görüldüğü gibi çıkış gerilimi algılama bölümünün negatif (-) tarafı ile kart arasındaki bağlantıyı çıkış terminaline mümkün olduğunca yakın yaptım. Böylece yüksek akımın geçtiği kalın kablolardaki gerilim kaybının çıkış gerilimini etkilemesi önlendi. Ayrıca pozitif (+) taraftaki anahtar ile çıkış terminali arasındaki kabloyu (yaklaşık 6 cm) iki katına çıkardım. Bunun sonucunda 3,5 A akımda 2,5–3 mV gerilim kaybı oluştu.
• Çıkış tarafındaki anahtarın kaybını azaltmak için daha yüksek akıma uygun bir anahtar kullanmak veya birden fazla anahtarı paralel bağlamak daha iyi olabilir. Ancak bu kez mevcut anahtarı değiştirmedim.
• Johnson terminali ile kablo arasındaki bağlantıda, kabloyu 0,2 mm kalınlığındaki bakır plakaya lehimledikten sonra vidalarla sabitlemiştim. Ancak negatif (-) taraftaki kayıp biraz yüksek olduğundan bağlantıyı yeniden yaptım. Yeniden düzenlemeden sonra 3,5 A akımda hem pozitif (+) hem de negatif (-) taraftaki bağlantı kaybı yaklaşık 1,2 mV oldu.
• Isıyı dağıtmak için kasanın altına 60 mm çapında, 12 V ve 0,14 A değerinde bir fan taktım. Kartı bu fanın üzerine dikey olarak yerleştirdim. Devre ve transformatörün soğutulmasına ek olarak, soğutucunun yan tarafındaki delik sayesinde soğutucu da daha iyi havalandırıldı. Sonuç olarak, 20 V ve 3,5 A yük altında 30 dakika içerisinde gerilim değişiminin 4–5 mV artış seviyesinde kaldığı görüldü. Fanın beslemesi için küçük bir kart üzerinde başka bir LM338 kullanılarak kitin parçalarıyla bir devre hazırlandı. Fan, AC tarafındaki anahtar açıldığında çalışacak şekilde bağlandı.
• Ana güç kaynağının filtre devresindeki kondansatörleri, yer sıkıntısı nedeniyle 6800 µF + 2700 µF + 2200 µF = 11.700 µF yerine 6800 µF + 4700 µF = 11.500 µF olacak şekilde değiştirdim.
• Transformatörün çıkış gerilimini seçmek için kullanılan döner anahtar bir süre önce kontak arızası yapmaya başlamıştı. Düşük akım uygulamaları için tasarlanmış gibi görünen bu anahtarı, ayrıca satın aldığım daha sağlam bir modelle değiştirdim. Bu kez 2 hat × 6 kademe yapısındaki bir anahtar kullandım. Ancak anahtar, geçiş sırasında kontakları kısa devre etmeyen türden olmadığı için birer kademe atlayarak 12 V, 18 V ve 24 V kademelerini kullandım.
• Akım sınırlama bölümündeki ayarlı direnci yukarıdaki devre şemasında gösterildiği gibi ayarlayarak çıkış akımının neredeyse sıfıra kadar düşürülebilmesini sağladım. Böylece akım algılama için kullanılan çimento dirençlerinden yalnızca düşük direnç değerine sahip bir tanesi yeterli oldu.

İyileştirme Sonrası Sonuçlar​

İyileştirmelerden sonra, yüksüz durumda 20 V'a ayarlanan çıkışa 3,5 A yük bağlandığında gerilim düşümü yaklaşık 13 mV seviyesine indirildi. Bu değer, çıkış tarafındaki anahtarın gerilim kaybının en düşük olduğu durumda elde edildi.

Voltmetre de çıkış terminaline mümkün olduğunca yakın bağlandı. Ancak voltmetre üzerinde, yükün bağlı olup olmamasından kaynaklanan gerilim değişimi artık fark edilmesi zor bir seviyeye düşmüştü.

LM723'ün çevresindeki devre değiştirilerek gerilim ayar aralığı önceki 0 V (gerçekte 60 mV)–21,5 V aralığından 2,6–25 V aralığına dönüştürüldü.

6 Ω'dan düşük yük direnciyle yaklaşık 23 V ve 4 A seviyesine kadar, dijital multimetrenin 10 µV ölçüm sınırının altında kaldığı için dalgalanma gözlenmedi. Gerilim daha fazla artırıldığında ise tam dalga doğrultmadan kaynaklanan 100 Hz frekanslı dalgalanma ortaya çıktı.

 

[guclusat]

LM723 ve 7812 Kullanılarak Yapılmış 5 V, 5 A Lineer Güç Kaynağı​

Bu proje, çıkış katında akımı karşılamak için iki veya daha fazla transistör kullanan modüler bir regülatör devresi prensibiyle tasarlanmıştır. Kontrol bölümü, gürültüden fazla etkilenmeyecek şekilde LM723 entegresiyle oluşturulmuştur.

Günümüzde bu entegre, üç bacaklı regülatör entegrelerinin gölgesinde kalmış olabilir. Ancak iyi karakteristikleri nedeniyle, 2–7 V aralığında çıkış gerilimi sağlamak amacıyla tercih edilmiştir.

IC1-LM723 entegresinin besleme gerilimi, yükseltilip filtrelenerek düzgün hâle getirilir. Ardından, üç bacaklı regülatör kullanılarak gerilim kontrolü yapılır. Bu yöntem güç transistörleri açısından avantajlıdır; çünkü çıkış gerilimi ile transistörlerin girişindeki gerilim arasındaki fark mümkün olduğunca küçük tutulur ve entegre besleme gerilimi olumsuz etkilenmez.

• T2 ve T3 transistörleri çalışırken ısınabilir. Bu nedenle uygun boyutta soğutucu kullanılmalıdır.
• Güç dağılımını azaltıp dirençler arasında paylaştırmak için R4–R6 dirençleri, istenen değere ulaşacak şekilde paralel bağlanabilir.
• R4 ve R5 için 0,33 ohm, 5 W değerinde ikişer direnç kullanılır.
• R6 için 6 A çıkış akımında 0,22 ohm, 5 W değerinde iki direnç; 8 A çıkış akımında ise 0,33 ohm, 5 W değerinde iki direnç kullanılır.
• Soğutmayı kolaylaştırmak için dirençler arasında ve dirençlerle PCB arasında yeterli boşluk bırakılmalıdır.

Bu devrenin çıkış gerilimi, transformatör, R1 ve R2 dirençleri ile C5 ve C6 kondansatörleri değiştirilerek 14 V'a kadar ayarlanabilir. Ancak yükseltici gerilim devresi olan C1, C2, D1 ve D2 kullanılmamalıdır. D3 diyodunun anot ucu, doğrultucu ve filtre devresine bağlanmalıdır.

TIP142 transistörü görünüş olarak sıradan bir transistöre benzese de içinde Darlington yapısı bulunur. Bu nedenle normal güç transistörleriyle doğrudan değiştirilemez.

Elektronik Malzeme Listesi​

Dirençler​

Belirtilmediği sürece 1/4 W, ±%5 toleranslı dirençler.

• R1, R2: 3,3 kΩ
• R3: 100 Ω, 1 W
• R4, R5: 0,15 Ω, 5 W
• R6: 0,1 Ω, 10 W
• P1: 5 kΩ potansiyometre

Kondansatörler​

• C1, C2: 470 µF, 50 V
• C3: 220 µF, 50 V
• C4: 1 µF, 16 V
• C5, C6: 1000 µF, 25 V
• C7: 10 µF, 16 V
• C8: 470 pF

Yarı İletken Elemanlar​

• BD1: 10 A, 40 V köprü doğrultucu
• D1–D3: 1N4001 diyot
• T1: BD139, orta güç transistörü
• T2, T3: TIP142, Darlington transistörü
• IC1: 7812, sabit 12 V gerilim regülatörü
• IC2: LM723, ayarlanabilir gerilim regülatörü

Diğer Malzemeler​

• Tr: 10 V, 10 A toroidal transformatör
• S1: Açma/kapama anahtarı, 2 adet

Test ve Uygulama​

Test sırasında çıkışa 0,68 Ω direnç bağlanmış ve çıkış gerilimi 5,5 V'a ayarlanmıştır. Bu durumda yaklaşık 8 A akım elde edilmiştir.

Ölçüm sonuçlarında gerilimin 5,32 V'a düştüğü görülmüştür. Bu değer, 7,8 A akımda yaklaşık %3,3 gerilim düşümüne karşılık gelmektedir. Ölçülen dalgalanma gerilimi (ripple) ise 25 mV RMS değerinden düşük bulunmuştur.

 

[guclusat]

LM723 Kullanılarak Yapılmış 30 V / 3 A Ayarlanabilir Regülatör Devresi​

Bu devre, National Semiconductor tarafından üretilen LM723 entegresi kullanılarak tasarlanmış, 30 V / 3 A ayarlanabilir bir gerilim regülatörüdür.

LM723, çıkış gerilimi 2 V ile 37 V arasında ayarlanabilen bir seri gerilim regülatörüdür. Entegre tek başına 150 mA çıkış akımı sağlayabilir ve maksimum giriş gerilimi 40 V'tur.

Devrede 3 A çıkış akımına ulaşmak için entegre çıkışına bir güç transistörü (Q1) eklenmiştir. Kullanılan Q1 transistörü, Darlington yapısına sahip MJ3001 modelidir.

LM723 entegresinin dahili referans gerilimi 7,15 V'tur ve 6 numaralı bacaktan alınabilir. Çıkış gerilimi, R1 potansiyometresi kullanılarak ayarlanır.

Devre Şeması​

Notlar​

• Devreyi kaliteli bir PCB üzerine kurun.
• T1 transformatörü, 230 V primer ve 25 V sekonder sargılı, 5 A akım kapasiteli bir düşürücü transformatör olabilir.
• Q1 güç transistörü uygun bir soğutucuya monte edilmelidir.
• Çıkış gerilimi R1 potansiyometresi kullanılarak ayarlanabilir.

 

[guclusat]

LM723 entegresini Mr. Al yöntemini kullanarak osilasyon açısından kontrol edeceğim. Ancak 723 entegresinin 10 numaralı bacağındaki çıkış gerilimi normal görünüyor: 5 numaralı bacaktaki potansiyelin kazançla çarpımına karşılık geliyor.

Kollektör ile emiter arasındaki gerilimi ölçtüm. Bu gerilim, neredeyse her zaman çıkışta bulunması gereken gerilimin yaklaşık yarısı kadar oluyor. Örneğin, emiter ile şase arasında 10 V olması gerekiyorsa ölçümde yalnızca 5 V görüyorum. Kalan 5 V, kollektör ile emiter arasındaki gerilim düşümünden kaynaklanıyor.

MJ transistörünü BD677 ile değiştirdim, ancak hiçbir şey değişmedi.

Devre Değerleri​

Çıkış Değerleri (Yaklaşık)​

• Minimum çıkış gerilimi:
  
  (V_{\min} = \dfrac{R4+R5}{R5 \times 1.3})
• Maksimum çıkış gerilimi:
  
  (V_{\max} = \dfrac{7.15}{R5}\times(R4+R5))
• Maksimum çıkış akımı:
  
  (I_{\max} = \dfrac{0.65}{R3})
• R3 üzerindeki maksimum güç:
  
  (P_{\max} = \dfrac{0.42}{R3})
• Minimum DC giriş gerilimi (12 numaralı bacak ile 7 numaralı bacak arasında):
  
  (V_{\text{giriş,min}} = V_{\max}+5)

Malzeme Listesi​

Eleman	Değer / Açıklama
B1	40 V / 2,5 A
C1	2200 µF (3300 µF daha iyi olabilir)
C2	4,7 µF
C3	100 nF
C4	1 nF
C5	330 nF
C6	100 µF
D1	Yeşil LED
D2	1N4003
F1	0,2 A hızlı sigorta (F)
F2	2 A orta gecikmeli sigorta (M)
IC1	LM723, DIL14 plastik kılıf
R1	1 kΩ
R2	5 kΩ potansiyometre
R3	0,56 Ω / 2 W
R4	3,3 kΩ
R5	4,7 kΩ
S1	250 V / 1 A
T1	2N3055, 5 K/W soğutucu üzerinde
TR1	220 V / 17 V / 1,5 A transformatör

 

[guclusat]

LM723 Entegreli 12 V / 25 A Güç Kaynağı​

Araç ses sistemlerini veya sabit konumda çalışan benzer cihazları beslemek için 12–14,5 V aralığında ayarlanabilen, yüksek akım sağlayan kararlı bir güç kaynağına ihtiyaç duyulur. Bu devre, 20 A seviyesine kadar yük akımı sağlamak amacıyla tasarlanmıştır.

Şebekeden gelen 220 V AC gerilim, F1 adlı 5 A sigorta üzerinden T1 güç transformatörünün primer sargısına uygulanır. Transformatörün sekonder çıkışı 20 V ve 25 A olarak belirtilmiştir. Gerekli güçte bir transformatör, uygun bir güç transformatöründen yararlanılarak da hazırlanabilir.

Doğrultucu ve Filtre Devresi​

Transformatörün 20 V AC sekonder gerilimi VD1 doğrultucu köprüsüne uygulanır. Devrede, maksimum 35 A doğru akım kapasitesine sahip hazır bir köprü doğrultucu kullanılır.

Doğrultulan gerilim, 22.000 µF kapasiteli C1 kondansatörüyle filtrelenir. Bu kapasitede kondansatör bulunamazsa, daha küçük kapasiteli birkaç kondansatör paralel bağlanabilir. Toplam kapasitenin en az 20.000 µF olması önerilir.

C1 kondansatöründeki yüksüz DC gerilim yaklaşık 26 V olarak belirtilmiştir.

Gerilim Regülatörü​

Gerilim regülatörü, A1 olarak gösterilen LM723 entegresi ve VT1–VT5 çıkış transistörlerinden oluşur. VT2–VT5 transistörleri paralel bağlanarak yük akımını karşılar.

R5–R8 dirençleri, paralel bağlı güç transistörlerinden geçen akımı dengelemek için kullanılır. Transistörlerin akım kazançları farklı olabileceğinden, aynı koşullarda farklı miktarlarda iletime geçmeleri mümkündür. Emiter devrelerine bağlanan dirençler, akım paylaşımının dengelenmesine yardımcı olur.

LM723, çıkış gerilimi ayarlanabilen ve aşırı yük koruması içeren monolitik bir entegredir. Çıkış gerilimi, R2 ve R4 dirençleriyle birlikte gerilim bölücü oluşturan R3 potansiyometresi üzerinden ayarlanır.

Entegrenin 4 numaralı bacağındaki gerilim, çıkış gerilimine bağlı olarak ayarlanır. LM723'ün 10 numaralı bacağındaki çıkış, 4 numaralı bacaktaki gerilimi sabit tutacak şekilde kontrol edilir. Entegrenin kendi çıkış akımı sınırlı olduğundan, yüksek yük akımını sağlamak için VT1–VT5 transistörlerinden oluşan bir akım yükseltici kat kullanılır.

Aşırı Akım Koruması​

Aşırı akım koruması, yüke seri bağlanan düşük değerli dirençler üzerindeki gerilimin ölçülmesiyle çalışır. Akım algılama girişleri, LM723 entegresinin 2 ve 3 numaralı bacaklarıdır. Bu girişler, yüke seri bağlı R9–R12 direnç grubuna bağlanır.

Ohm kanununa göre, dirençlerden geçen akım arttıkça bu dirençlerin üzerindeki gerilim de yükselir.

2 ve 3 numaralı bacaklar arasındaki gerilim yaklaşık 0,6 V'un altında kaldığı sürece korumanın devreye girmediği belirtilmiştir. Akım 23–24 A seviyesine yaklaştığında gerilim yaklaşık 0,6 V'a ulaşır ve koruma devresi çalışarak LM723'ün 10 numaralı bacağındaki çıkışı sıfıra düşürür. Böylece yükün beslemesi kesilir.

Maksimum çıkış akımı, R9–R12 direnç grubunun eşdeğer direnci değiştirilerek farklı bir değere ayarlanabilir. Bu devrede 23 A civarında bir akım sınırı için toplam direncin yaklaşık 0,025 Ω olması gerektiği belirtilmiştir.

Maksimum çıkış akımını ayarlanabilir hâle getirmek için düşük değerli direnç grubuna paralel olarak 10–100 Ω aralığında bir potansiyometre bağlanabileceği de ifade edilmiştir. Ancak bu değişiklikte direnç değerleri ve ayar aralığı yeniden hesaplanmalıdır.

Çıkış Gerilimi Kararlılığı​

Devrenin çıkış geriliminin yük altında kararlı kaldığı belirtilmiştir. Örneğin, 13 V çıkış geriliminde ve 22 A yük akımında gerilim düşümünün yalnızca 40–60 mV civarında olduğu ifade edilmektedir.

LED Göstergeleri​

• HL1: Güç kaynağının şebekeye bağlı olduğunu gösterir.
• HL2: Çıkışta gerilim bulunduğunu ve güç kaynağının normal çalıştığını gösterir.

HL1 yanarken HL2 yanmıyorsa kısa devre, aşırı yük veya doğrultucu çıkışındaki F2 sigortasının atması söz konusu olabilir.

Soğutma​

VT2–VT5 güç transistörleri, yüksek akım altında önemli miktarda ısı üretir. Bu nedenle yeterli büyüklükte soğutucular kullanılmalıdır. Fanla desteklenen alüminyum soğutucu uygun bir seçenektir.

Arızalı bir AT veya ATX bilgisayar güç kaynağından alınan soğutucu ve fan kullanılabilir. Fan motoru, devrede belirtilen C4 kondansatörüne paralel bağlanabilir.

Malzemeler ve Bileşenlerle İlgili Notlar​

• T1 transformatörü: Gerekli özellikleri açıklamanın başında belirtilmiştir.
• C1: 22.000 µF kapasiteli, uygun gerilim değerine sahip bir kondansatör kullanılmalıdır. Birden fazla küçük kondansatör paralel bağlanabilir.
• VD1 doğrultucu köprüsü: 30 A veya daha yüksek akım kapasitesine sahip uygun bir köprü doğrultucuyla değiştirilebilir. Aynı akım sınıfına uygun diyotlarla da oluşturulabilir.
• Güç transistörleri: Metinde 1N3055 olarak yazılan transistör kodu muhtemelen 2N3055'i ifade etmektedir. Değişim yapılmadan önce devre şeması ve transistör özellikleri kontrol edilmelidir. Paralel kullanılacak transistörlerin mümkün olduğunca yakın akım kazançlarına (hFE/h21e) sahip olması tercih edilir.
• LED'ler: Uygun özelliklere sahip standart LED'ler kullanılabilir. AL307 de örnek olarak verilmiştir. Parlaklık yetersizse R1 ve R13 direnç değerlerinin değiştirilmesi önerilmiştir.
• R5–R12: Metinde 0,1 Ω değerinde, tel sarımlı dirençler olarak belirtilmiştir.
• Akım göstergesi: R9–R12 direnç grubuna paralel bir milivoltmetre bağlanarak, uygun şekilde ölçeklendirilmiş bir akım göstergesi oluşturulabilir.

Güvenlik notu: Bu devre şebeke gerilimiyle çalışır ve yüksek akım sağlayabilir. Ayrıca transformatör, doğrultucu, sigortalar, güç transistörleri ve akım paylaşım dirençleri devrenin gerçek yüküne göre seçilmelidir. Devreyi kurmadan önce şemadaki bağlantılar ve belirtilen bileşen değerleri doğrulanmalıdır.