TL494 Kontrollü, Ayarlanabilir Anahtarlamalı Laboratuvar Güç Kaynağı – 200 W
Projenin amacı
Uzun zamandır çıkış gerilimi ve akımı ayarlanabilen, kullanışlı bir laboratuvar güç kaynağına ihtiyaç duyuyordum. Her iki çıkış değeri de minimumdan maksimuma kadar ayarlanabilecek şekilde tasarlanmış bir kaynak yapmak istedim.Piyasada ve internette çok sayıda klasik lineer güç kaynağı devresi bulunuyor. Bu nedenle, transformatör, doğrultucu ve filtre kondansatörlerinden oluşan geleneksel bir tasarım yerine anahtarlamalı güç kaynağı yapmayı tercih ettim.
Bu proje, özellikle güç transformatörünün ve diğer endüktif elemanların hazırlanması bakımından oldukça zordur. Bu nedenle elektronik devre yapımına yeni başlayanlar için uygun değildir. Daha önce anahtarlamalı güç kaynağı yapmış, bu devrelerin çalışma prensiplerini bilen ve gerekli ölçüm ekipmanlarına sahip kişilere tavsiye edilir.
Önemli: Devrenin girişinde doğrudan 230 V şebeke gerilimi bulunduğundan, yapım ve test aşamalarında ciddi elektrik çarpması ve yangın riski vardır.
Anahtarlamalı güç kaynağının çalışma prensibi
Devre, 230 V AC şebeke gerilimiyle çalışır. Şebekeden alınan gerilim önce elektromanyetik girişim (EMI) filtresinden geçirilir. Ardından doğrultularak yüksek gerilimli DC gerilime dönüştürülür ve kondansatörlerle filtrelenir.230 V AC şebeke geriliminin doğrultulması sonucunda, yüksüz durumda yaklaşık 325 V DC seviyesinde bir gerilim elde edilir. Bu gerilim, güç transistörleri aracılığıyla yüksek frekansta anahtarlanarak güç transformatörünün primer sargısına uygulanır.
Transformatörün sekonder sargısında elde edilen gerilim doğrultulur ve filtrelenerek çıkışa aktarılır. Geri besleme devresi, çıkış gerilimini ve akımını izleyerek anahtarlama kontrol devresine bilgi gönderir. Böylece çıkış değerleri, ayarlanan seviyelerde tutulmaya çalışılır.
Bu devrede ana kontrol elemanı olarak TL494 PWM kontrol entegresi kullanılmıştır.
Anahtarlamalı güç kaynağının avantajları
1. Yüksek verimlilikUygun bir tasarımla anahtarlamalı güç kaynaklarında yaklaşık %90 verimlilik elde edilebilir. Bu değer, tasarıma ve çalışma koşullarına bağlıdır. Lineer güç kaynaklarında ise verimlilik, giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki farka ve yük akımına göre önemli ölçüde değişir.
2. Ayarlanabilir çıkış gerilimi ve akımı
Geri besleme sistemi, çıkış gerilimi ve akımının kontrol edilmesini sağlar. PWM kontrolü sayesinde güç transistörlerinin iletim süresi değiştirilerek çıkışa aktarılan enerji düzenlenir.
3. Kararlı çıkış değerleri
Doğru tasarlanmış bir geri besleme devresi, giriş gerilimi veya yük değiştiğinde çıkış geriliminin ve akımının ayarlanan değerlere yakın kalmasına yardımcı olur.
4. Geniş giriş gerilimi aralığı
Anahtarlamalı güç kaynakları, tasarımlarına bağlı olarak geniş bir giriş gerilimi aralığında çalışabilir. Örneğin bazı güç kaynakları yaklaşık 100–250 V AC aralığını destekleyebilir. Ancak bu aralık, her anahtarlamalı güç kaynağı için geçerli değildir.
5. Düşük bekleme tüketimi
Uygun bir yardımcı besleme ve bekleme modu tasarımıyla, cihazın ana çıkışı devre dışıyken tükettiği güç azaltılabilir. Bu projede bekleme modundaki tüketimin yaklaşık 2 W olduğu belirtilmiştir.
Anahtarlamalı güç kaynaklarının dezavantajları
Anahtarlamalı güç kaynakları, lineer güç kaynaklarına göre daha karmaşık bir yapıya sahiptir. Güç transformatörü, bobinler, anahtarlama elemanları, sürücü devreleri ve geri besleme bölümü dikkatli şekilde tasarlanmalıdır.Bir diğer önemli konu elektromanyetik girişimdir. Yüksek frekansta anahtarlama yapılması, hem şebekeye hem de çevredeki elektronik devrelere parazit yayılmasına neden olabilir. Bu nedenle giriş EMI filtresi, uygun PCB yerleşimi, doğru topraklama ve yeterli filtreleme büyük önem taşır.
Endüktif elemanların yanlış sarılması veya uygun olmayan çekirdeklerin kullanılması; aşırı ısınma, kararsız çalışma ve güç elemanlarının hasar görmesi gibi sorunlara yol açabilir.
Devrenin teknik özellikleri
Projede kullanılan temel elemanlar ve tasarım özellikleri şöyledir:- Ana PWM kontrol entegresi: TL494
- Yardımcı güç kaynağı entegresi: TNY267
- Güç transistörleri: 2SC3039 bipolar transistörler
- Devre topolojisi: Yarım köprü (half-bridge)
- Anahtarlama frekansı: Yaklaşık 50 kHz
- Belirtilen güç sınıfı: Yaklaşık 200 W
- Akım algılama: Şönt direnç üzerinden
- Çıkış kontrolü: Gerilim ve akım geri beslemesi
- Bekleme modu: Mevcut
- Soğutma: Fan ve elektronik fan hız kontrolü
TL494 kontrol devresi ve akım sınırlama
TL494, anahtarlamalı güç kaynaklarında kullanılan bir PWM kontrol entegresidir. Güç transistörlerinin anahtarlama darbelerini kontrol ederek güç aktarımının düzenlenmesine yardımcı olur.Çıkış akımı, şönt direnç üzerinden algılanır. Şönt direncin üzerinden akım geçtiğinde oluşan gerilim düşümü, kontrol devresine geri besleme sinyali olarak iletilir. Böylece akım sınırlandırılabilir.
Çıkış gerilimi de ayrı bir geri besleme yolu üzerinden izlenir. Bu iki kontrol işlevi sayesinde güç kaynağı, uygun tasarım ve ayarlama koşullarında hem sabit gerilim (CV) hem de sabit akım (CC) modunda çalışabilir.
Güç transformatörü ve bobinler
Bu projenin en zahmetli bölümlerinden biri uygun endüktif elemanların temin edilmesi ve hazırlanmasıdır.Tasarımda ana güç transformatörü, yardımcı besleme transformatörü, sürücü transformatörü ve çıkış bobini kullanılmaktadır. Bazı elemanlar uygun bir bilgisayar güç kaynağından temin edilebilir. Ancak parçaların fiziksel olarak benzemesi, elektriksel özelliklerinin de uygun olduğu anlamına gelmez.
Ana güç transformatörü: Bilgisayar güç kaynağından alınan uygun bir çekirdek kullanılabilir. Ancak transformatörün yeniden sarılması gerekir. Sargı sayıları devre şemasındaki değerlere göre belirlenmelidir. Örnek uygulamada primer sargı için 0,8 mm çapında tel, sekonder sargı için ise paralel sarılmış dört adet 0,4 mm çapında tel kullanılmıştır. Primer sargının iki bölüme ayrılması, sargılar arasındaki kaçak endüktansın azaltılmasına yardımcı olabilir.
Yardımcı transformatör: Bilgisayar güç kaynaklarında bulunan uygun bir çekirdek kullanılabilir. Bununla birlikte sargılar, bu devrenin gereksinimlerine göre yeniden hazırlanmalıdır.
Sürücü transformatörü: Kullanılan sürücü transformatörünün bipolar transistörlere uygun olması gerekir. MOSFET sürmek için tasarlanmış bir transformatörün doğrudan aynı işlevi göreceği varsayılmamalıdır. Uygunluk, yalnızca bacak sayısına bakılarak değil, sargı bağlantıları ve elektriksel özellikler incelenerek doğrulanmalıdır.
Çıkış bobini: Örnek tasarımda sarı renkli demir tozu çekirdek üzerinde yaklaşık 30 tur sarımlı bir bobin kullanılmıştır. Ancak çekirdeğin malzemesi, boyutları, tel çapı ve endüktans değeri doğrulanmadan bu sarım bilgisi başka bir tasarıma doğrudan uygulanmamalıdır.
Transformatör ve bobinlerin doğru hazırlanması, güç kaynağının verimli, kararlı ve güvenli çalışması açısından kritik öneme sahiptir.
Çıkış doğrultma ve filtreleme
Transformatörün sekonderinden alınan yüksek frekanslı gerilim, hızlı doğrultucu diyotlar kullanılarak DC gerilime dönüştürülür. Ardından çıkış bobini ve kondansatörler yardımıyla filtrelenir.Devrede sekonder sargının bağlantı şekline uygun bir doğrultma düzeni kullanılmıştır. Orta uçlu veya orta ucu olmayan sargılarda gereken diyot bağlantıları farklı olabilir.
Çıkış diyotları seçilirken yalnızca ters gerilim değeri değil; ileri akım kapasitesi, anahtarlama hızı, kayıplar ve soğutma gereksinimleri de dikkate alınmalıdır. Tasarım açıklamasında diyotlar için en az 200 V ters gerilim dayanımı belirtilmektedir. Bu değer, devrenin gerçek gerilim darbeleri ve çalışma koşulları açısından ayrıca doğrulanmalıdır.
Fan kontrolü ve soğutma
Kart üzerinde elektronik fan hız kontrol devresi bulunmaktadır. R33 olarak belirtilen eleman, 25 °C'de 47 kΩ değerinde bir NTC termistördür. Termistör, çıkış doğrultucu diyotlarının bulunduğu soğutucuya yerleştirilerek sıcaklığın izlenmesinde kullanılır.Sıcaklık arttıkça fan hızının yükseltilmesi, güç elemanlarının aşırı ısınmasını önlemeye yardımcı olur. Bununla birlikte fan kontrol devresinin çalışma aralığı, termistör bağlantısı ve fanın yeterli hava akışı sağladığı doğrulanmalıdır.
Stand-by (bekleme) modu
Güç kaynağı bekleme modu özelliğine sahiptir. Açıklamaya göre bu mod, X4 konektörü üzerinden etkinleştirilmektedir. Bekleme modunda yaklaşık 2 W güç tüketimi belirtilmiştir.X4 konektörünün bağlantı biçimi ve bekleme modunun nasıl etkinleştirildiği, devre şeması üzerinden kontrol edilmelidir. Aynı işlevin farklı bağlantılarla denenmesi, devrenin zarar görmesine neden olabilir.
Montaj ve kullanım hakkında önemli notlar
Bu devrenin montajına başlamadan önce devre şeması, PCB çizimi, parça listesi ve transformatör sarım bilgileri birlikte incelenmelidir. Özellikle primer ve sekonder bölümleri arasındaki yalıtım mesafeleri, uygun kablo ve yalıtım malzemeleri, soğutma ve sigorta seçimi dikkatle değerlendirilmelidir.Bilgisayar güç kaynağından sökülen parçaların tamamı bu devrede doğrudan kullanılamaz. Her parçanın elektriksel özellikleri ve bağlantıları kontrol edilmelidir.
ÖLÜMCÜL ELEKTRİK ÇARPMA TEHLİKESİ!
Devrenin girişinde 230 V AC şebeke gerilimi ve doğrultma sonrasında yaklaşık 325 V DC gerilim bulunur. Yüksek gerilimli kondansatörler, cihazın fişi çekildikten sonra bile tehlikeli seviyede enerji depolayabilir.
- Enerjili devrede kesinlikle çalışma yapmayın.
- Kondansatörlerin boşaldığını uygun ölçüm ekipmanıyla doğrulamadan devreye dokunmayın.
- Yüksek gerilim bölümünde uygun sigorta, yalıtım, muhafaza ve güvenli PCB mesafeleri kullanın.
- İlk çalıştırma ve test işlemlerini, bu konuda deneyimli kişiler uygun koruyucu ekipman ve güvenli test düzenekleriyle gerçekleştirmelidir.
- Şebeke gerilimini doğrudan breadboard veya korumasız bağlantılar üzerinden uygulamayın.
Not: Bu açıklama, proje hakkında bilgilendirme amacı taşır. Devrenin tüm elektriksel değerleri, kararlılığı ve güvenliği şema ve PCB üzerinden ayrıca doğrulanmalıdır.
Eklentiler
Son düzenleme:
