Güç Kaynağı Tasarımında Temel İlkeler

WEBINAR Serisi - 1

Webinar' ın Konusu:

GÜÇ KAYNAKLARI TASARIMINDA GENEL İLKELER:

Webinar' ın Tarihi:

16/03/2021 Saat 19:00-21:30

Webinar' ın Durumu:

Gerçekleştirildi.

Webinar İçin Teşekkür İçeriği:

EMO Trabzon şube tarafından 16/03/2021' tarihinde saat 19:00' da düzenlenen webinara katılım üst düzeyde sağlanmıştır.

Değerli hocamız Prof. Dr. İsmail Hakkı Çavdar' ın ısrarı ve isteği doğrultusunda düzenlenen ve tarafımdan verilen webinar içeriği aşağıda verilmiştir.

Değerli Hocamıza webinarın düzenlenmesinde ve webinar öncesi ve sonrasında yaptığı değerli yorumlar ve yine Webinar' ın kesintisiz yapılmasında emeği geçen Trabzon EMO çalışanlarından Zeynep Sena Meydan Hanım' a teşekkür etmek istiyorum.

Webinar; 1 (Bir) saat olarak planlanmış ama 2.5 (İki buçuk) saat sürmüştür.

Webinar ile ilgili orjinal içeriğe "LINK" e tıklayarak EMO Trabzon Şube' nin web adresinden ulaşabilirsiniz.

Webinar' ın Amacı:

Bu Webinar’ ın sonunda katılımcıların genel anlamda güç kaynağı kavramını anlaması beklenmektedir. Burada; geniş bir katılımcı seviyesi ele alındığından, temel kavramlar ele alınacaktır.

Güç kaynağı konusunda bilgisi olan meslektaşlarıma bu sunum biraz sıkıcı gelebilir. Yine de temel bilgilerin anlaşılmasında önemli bilgiler verileceğini söyleyebilirim.

Sonuç olarak; bu seminerden sonra “Güç bende artık!” diyebileceksiniz!☺

Giriş:

Güç kaynağı hemen hemen hayatın her alanındaki elektronik cihaz ve sistemlerde kullanılmaktadır.

Bir donanım mühendisi; mutlaka ve mutlaka bir kart tasarımında en azından bir DC-DC güç kaynağı tasarlamak zorunda kalacaktır. Bundan kaçış olamayacaktır.

İndeks:

Ahmet Turan Algın kimdir?
Güç kaynağı nedir?
Genel anlamda güç kaynağı tipleri
AC voltaj nedir? DC voltaj nedir?
Ülkeler neden değişik voltaj tipleri kullanır?
Doğrusal (Regüle edilmiş) DC güç kaynağı nedir?
Anahtarlamalı güç kaynağı nedir?
Doğrusal ve anahtarlamalı güç kaynağı arasındaki farklar nelerdir?
Anahtarlamalı güç kaynağının tarihi
AC voltaj kullanımına göre güç kaynağı çevirici tipleri nelerdir?
İzolasyon nedir? Gerekli mi?
PFC nedir? Neden kullanılır? Ne zaman kullanılmaz?
Anahtarlamalı güç kaynağının avantajları ve dezavantajları
Anahtarlamalı güç kaynağı topolojileri
Topolojilerin güç aralıkları
Topolojilerin genel tablosu
DC-DC topolojilerinde en çok kullanılan voltaj dönüşümleri
Güç kaynağında gürültü faktörleri
Güç kaynağında güvenlik faktörleri
Kısaca güç kaynağı ve EMC
Askeri ve sivil standartlar kısaca
Meslekte yeni ve ilerlemek isteyenlere tavsiyeler
Webinar sonu

Ahmet Turan Algın kimdir?

KTÜ mezunudur. 25 yıldır askeri ve sivil alanlarda elektronik tasarım yapmaktadır.

Son olarak; 13 yıl Karel Elektronik A.Ş.’ nin AR&GE biriminde Tasarım Lideri olarak görev yaptı.

2017 yılının sonundan bu yana, tasarım ve danışmanlık hizmeti vermektedir.

Kendi işini kurmak için, uzun süre maaşlı çalışmanın ardından çalıştığı kurumsal firmadan ayrılmıştır. Ticaretin her türlü iyi ve kötü yönleriyle karşılaştığı söylenebilir.

2021 yılının başında www.ahmetturanalgin.com web sitesini gençlere ve meslekte ilerlemek isteyenlere yardımcı olmak için kurmuştur. Bilgi paylaştıkça zirveye çıkar prensibini benimseyen birisi olarak meslektaşlarıyla bilgi paylaşımına devam etmektedir.

En yetkin olduğu alanlar; Güç elektroniği, Switch Mode Power Supply (SMPS), Askeri ve sivil EMC Mühendisliği, Telekom Haberleşme Donanım, Yüksek Hızlı Empedans uyumlu Sert (Rigit) / Esnek (Flex) 1-20 Katman PCB tasarımı, Sistem ve Alt sistem tasarımı, Analog/Dijital devre tasarımı, PSPICE, LTSpice Devre Analizi, Prototip Üretim, Entegrasyon, Dokümantasyon, İç ve dış kablaj tasarım vb.

Askeri ve Sivil alanda birçok projede, 2000’ den fazla askeri ve sivil EMC test deneyimine sahiptir.

İrili ufaklı 100’ e yakın askeri ve sivil proje deneyimi bulunmaktadır.

Güç kaynağı nedir?

Güç kaynağı, güç şebekesi gibi bir güç kaynağından gelen elektrik akımını, motor veya elektronik cihaz gibi bir yüke güç sağlamak için gerekli voltaj ve akım değerlerine dönüştüren elektrikli bir cihazdır.

Bir güç kaynağının amacı, yüke uygun voltaj ve akımla güç sağlamaktır. Akım, giriş voltajındaki veya diğer bağlı cihazlardaki değişikliklerin çıkışı etkilemesine izin vermeden, bazen eşzamanlı olarak çok çeşitli yüklere kontrollü bir şekilde - ve doğru voltajla - sağlanmalıdır.

Tüm güç kaynaklarının ortak özelliği, girişteki kaynaktan elektrik gücü almaları, onu bir şekilde dönüştürmeleri ve çıkışta yüke iletmeleridir.

Bir güç kaynağı kullanım olarak, genellikle dizüstü bilgisayarlar ve telefon şarj cihazları gibi cihazlarda veya masaüstü bilgisayarlar gibi daha büyük cihazlarda olduğu gibi dahili olarak görülen harici bir ürün olabilir. Ya da cihaz içerisinde sadece dahili bir kısım da olabilir.

Genel anlamda güç kaynağı tipleri

Doğrusal güç kaynağı

Regüleli güç kaynağı
Regülesiz güç kaynağı

Anahtarlamalı güç kaynağı

Doğrusal bir güç kaynağı regüleli/düzenli veya regülesiz/düzensiz olabilir;

Regüleli bir güç kaynağında, giriş voltajındaki değişiklikler çıkışı etkilemez.
Regülesiz bir güç kaynağında çıkış, girişteki herhangi bir değişikliğe bağlıdır.

Anahtarlamalı bir güç kaynağı regüleli/düzenli veya regülesiz/düzensiz olabilir;

Genellikle regüleli bir çıkış sağlanır. Bu, tasarımın güçlü olmasına bağlıdır. Bu durum ilerideki başlıklarda anlatılacaktır.

Genel anlamda güç kaynağı tipleri

AC voltaj nedir? DC voltaj nedir?

Giriş ve çıkıştaki akım; Alternatif akım (AC: Alternative Current) veya Doğru akım (DC: Direct Current) olabilir:

Doğru akım (DC), akım sabit bir yönde aktığında oluşur. Genellikle pillerden, güneş pillerinden veya AC / DC dönüştürücülerden gelir. DC, elektronik cihazlar için tercih edilen güç türüdür.

Alternatif akım (AC), Elektrik akımı periyodik olarak yönünü tersine çevirdiğinde oluşur. AC, elektrik iletim hatları aracılığıyla evlere ve işyerlerine elektrik iletmek için kullanılan yöntemdir.

AC ve DC nedir o zaman? AC, evinize verilen güç türü ise ve DC, telefonunuzu şarj etmeniz gereken güç türü ise, güçten gelen AC voltajını dönüştürmek için bir AC / DC güç kaynağına ihtiyacınız olacaktır.

AC voltaj nedir? DC voltaj nedir?

Alternatif Akımı (AC) Anlamak:

Herhangi bir güç kaynağı tasarımında ilk adım, giriş akımını belirlemektir. Ve çoğu durumda, bir güç şebekesinin giriş voltajı kaynağı AC' dir.

Alternatif bir akım için tipik dalga formu bir sinüs dalgasıdır (bkz. Şekil).

Bir AC güç kaynağıyla çalışırken dikkate alınması gereken birkaç gösterge vardır:

Tepe voltajı (Peak Voltage) / akımı: Dalganın ulaşabileceği maksimum genlik değeri

Frekans: Dalganın saniyede tamamladığı döngü sayısı. Tek bir döngüyü tamamlamak için geçen süre, peryot olarak adlandırılır.

Ortalama (Average) Voltaj / Akım: Voltajın bir peryot/döngü sırasında aldığı tüm noktaların ortalama değeri. Üst üste binmiş DC voltajı olmayan tamamen AC dalgasında, bu değer sıfır olacaktır, çünkü pozitif ve negatif yarılar birbirini iptal eder. Dolayısı ile bir AC dalga formunun ortalama değeri yalnızca yarım döngü boyunca hesaplanır.

RMS (Root-Mean-Square / Karesel Ortalama Değer) voltaj / akım: Şebeke gerilimi 230V denildiğinde, rms (efektif) değerini söylemiş oluruz. Güç kaynağı tasarımında genellikle Vp ve Vrms terimleri kullanılır. Vp= 230V x √2 = 325,27V olur.

VRMS hesaplanırken yukarıdaki hesaplamaların, sadece sinüzoidal dalga formlarına uygulandığına dikkat edin. Sinüzoidal olmayan dalga formları için grafiksel yöntem kullanılmalıdır.

Şekil: A ve B sinyallerinin faz ilişkisi

Faz: İki dalga arasındaki açısal fark. Bir sinüs dalgasının tam döngüsü, 0° 'den başlayarak, 90° (pozitif tepe) ve 270° (negatif tepe) tepe noktalarına sahip olan ve başlangıç noktasını 180° ve 360°' de iki kez geçen 360° 'ye bölünür.

Alternatif akım (AC), elektrik gücünün üretim tesislerinden son kullanıcılara iletilme şeklidir. Elektrik nakliyesi için kullanılır çünkü taşıma işlemi sırasında elektriğin birkaç kez dönüştürülmesi gerekir.

Elektrik jeneratörleri yaklaşık 40.000V veya 40kV voltaj üretir. Daha sonra bu voltaj, uzun mesafelerde elektrik akımını taşırken güç kayıplarını azaltmak için 150kV ile 800kV arasında herhangi bir yere yükseltilir. Hedef alanına ulaştığında, voltaj 4kV ile 35kV arasına düşürülür. Son olarak, akım bireysel kullanıcılara ulaşmadan önce, konuma bağlı olarak 110Vac-120Vac veya 220Vac-240Vac'a düşürülür.

Gerilimdeki tüm bu değişiklikleri, doğru akımla (DC) yapmak karmaşık veya çok verimsiz olacaktır, çünkü doğrusal transformatörler elektrik enerjisini aktarmak ve dönüştürmek için gerilim dalgalanmasına bağlıdır, bu nedenle yalnızca alternatif akımla (AC) çalışabilirler.

Şekil: AC jeneratör ve çalışma şekli

Elektriği Neden Sinüsoidal Formda Kullanıyoruz?

Elektrik santrallerinde jeneratörler, elektriği alternatif formda üretir. Alternatif gerilimi sinüs formunda kullanıyoruz. Aslında kare dalgada, üçgen dalgada bir alternatif gerilimdir. Çünkü bu dalgalarda belirli periyotta zamanla değişen dalgalardır. Alternatif bir akım için tipik dalga formu bir sinüs dalgasıdır (bkz. Şekil).

Sistemlerin sinüs işaretlerine verdiği tepkileri incelemek daha kolaydır. Sinüsoidal olmayan sinyaller, Fourier serisi sayesinde sinüs sinyallerinin toplamı biçiminde ifade edilebilir. Bu yöntem serinin bazı terimlerini kullanarak sinüssel yöntemlerle çalışma ve kıyaslama imkanı tanır.

Şebekede oluşacak harmonikler yani; ani dalgalanmalar çok fazla olacağından elektrik iletim ve dağıtım hatlarında çok fazla kayıplar olurdu. Ayrıca bu oluşan harmonikler (ani gerilim dalgalanmaları) evlerimizdeki elektronik cihazlara zarar verirdi. Kablosuz elektriğin iletimi de bu yüzden zorlaşacaktı.

Sinüs sinyallerinde, diğer dalga şekillerine göre daha az harmonik olur. Kullanılan yüke göre şebekede harmonikler meydana gelebilir. Harmoniklerin meydana gelmesi devrelerde kullanılan yarı iletkenlere zarar verebilir. Şebekedeki harmoniklerden korunmak için sistemler genellikle koruma ve filtre devreleriyle birlikte tasarlanır.

Jeneratörler, sinüs dalgası üretebiliyorlar ama kare dalga ya da üçgen dalga üretebilirler mi?

Normalde bir jeneratörün tasarımını düşündüğümüz zaman; biz istesek de istemesek de jeneratörler elektriği sinüsoidal şeklinde üretecektir. Yani; jeneratörlerin ürettiği sinyal doğal olarak sinüsoidal formdadır. Çünkü elektrik makinalarının rotor kısımları silindirik biçimdedir.

Elektriğin sinüs formunda üretilmesinin sebebi tamamen jeneratörlerin yuvarlak yapıya sahip olmasındandır. Jeneratörlerin evrensel tasarımı bu şekildedir. Eğer yuvarlak kısmı kare veya altıgen şeklinde olsaydı elektriği kare dalga ya da üçgen dalga şeklinde üretebilirdik.

Yuvarlak yapıya sahip generatörlerin merkez kaç kuvvetlerinden etkilenmesi, diğer yapı tiplerinden daha azdır. Bu da maliyeti düşürür.

Tek faz ve 3 fazlı sistemler:

Alternatif akım (AC) güç kaynağı, tek fazlı veya üç fazlı olabilir:

Üç fazlı bir güç kaynağı, her biri aynı frekans ve voltaj genliğine sahip, ancak 120° veya bir döngünün üçte biri kadar bir göreceli faz farkına sahip alternatif bir akım (AC) taşıyan, hat adı verilen üç iletkenden oluşur ( bkz. Şekil) . Bu sistemler, büyük miktarlarda güç sağlamada en verimli olanıdır ve bu nedenle, elektrik üretim tesislerinden dünyanın her yerindeki evlere ve işyerlerine elektrik sağlamak için kullanılır.

Tek fazlı bir güç kaynağı, yükü hatlar arasında eşit olarak dağıtmak için bireysel evlere veya ofislere akım sağlamak için tercih edilen yöntemdir. Bu durumda akım, güç hattından yük boyunca akar, ardından tekrar nötr telden geçer. Bu, büyük endüstriyel veya ticari binalar dışında çoğu kurulumda bulunan tedarik türüdür. Tek fazlı sistemler, yüklere çok fazla güç aktaramaz ve elektrik kesintilerine daha yatkındır, ancak tek fazlı güç, çok daha basit ağların ve cihazların kullanımına da izin verir.

Üç fazlı bir güç kaynağı üzerinden güç aktarımı için iki konfigürasyon vardır:

Delta (Δ) ve Yıldız (Y) konfigürasyonları

Bu iki konfigürasyon arasındaki temel fark, nötr tel ekleme yeteneğidir (bkz. Şekil).

Standart bir güç dağıtım sisteminin; hem üç fazlı hem de tek fazlı sistemlere güç sağlaması gerektiğinden, çoğu güç dağıtım şebekesinde üç hat ve bir nötr bulunur. Bu şekilde, hem evler hem de endüstriyel makineler aynı iletim hattı ile tedarik edilebilir. Bu nedenle, Y konfigürasyonu güç dağıtımı için en yaygın şekilde kullanılırken, delta konfigürasyonu tipik olarak büyük elektrik motorları gibi üç fazlı yüklere güç sağlamak için kullanılır.

AC’ nin frekansı neden 50Hz veya 60HZ?

50 Hz ve 60 Hz güç kaynakları çoğunlukla uluslararası güç sistemlerinde kullanılır. Bazı ülkeler (bölgeler) yaygın olarak 50Hz elektrik şebekesi kullanırken, diğer ülkeler 60Hz elektrik şebekesi kullanır. Bu değerler, test edilip optimum olarak kabul edilmiş değerlerdir.

Neden Amerika'da dünyanın çoğunda kullanılan 50Hz yerine 60Hz frekansı kullanılıyor?

50Hz’ e karşı 60 Hz’ in kullanımı tamamen tarihsel nedenlerden kaynaklanıyor, ABD’ deki şirketler 60Hz ekipman yapıyor ve Avrupa'daki şirketler tekele sahip olmak için 50Hz ekipman yapıyor. Bu rekabet, bugün gördüğünüz bölünmeye yol açmıştır.

Ticaretin gelişimi için standardizasyona gidilmiştir. Standardizasyon, elektrikli ekipmanlarda uluslararası ticarete izin vermiştir. Çok daha sonra, standart frekansların kullanılması güç şebekelerinin birbirine bağlanmasına izin vermiştir. Tek tip standartların yürürlüğe girmesi, uygun fiyatlı elektrikli tüketim mallarının ortaya çıkmasına imkan sağlamıştır.

Şu anda mevcut Avrupa Birliği'nde frekans baştan sona 50Hz’ dir (ve AB içindeki voltaj, tüm ülkelerde ortalama 230V +/- %10’ a ulaşacak şekilde ayarlanmıştır.

Hertz=Hz niçin kullanılır?

Kısaca Hz olan Hertz, Alman fizikçi Heinrich Rudolf Hertz’ in elektromanyetik dalgaların keşfini anmak için temel frekans birimidir. 1888’ de Alman fizikçi Heinrich Rudolf Hertz (22 Şubat 1857 - 1 Ocak 1894) radyo dalgalarının varlığını doğrulayan ve Elektromanyetizmaya büyük katkısı olan ilk kişi, bu nedenle Hertz frekans birimi onun adıyla anılmıştır.

Hz (Hertz), elektrik, manyetik, akustik ve mekanik titreşimin titreşim döngü (cycle) süresinin frekans birimidir. Frekans bir saniyede meydana gelen döngü sayısıdır.

1 Hertz, saniyede 1 döngüye eşittir.

Neden daha düşük veya daha yüksek frekans yerine 50Hz veya 60Hz kullandığımızı bilmeliyiz. Elektrik sisteminde frekans , keyfi olarak belirlenmeyen çok önemli bir temel unsurdur. Alternatif akımın frekansı 50 (60) Hz’ dir, akım yönü saniyede 100 (120) kez 50 (60) döngü değişir.

50 Hz ile 60 Hz arasında büyük bir fark yoktur, temelde hiçbir şey kötü veya iyi değildir. Gemiler, uçaklar veya gaz / petrol tesisatı gibi izole edilmiş alanlar gibi bağımsız güç ekipmanları için, uygunluğa göre herhangi bir frekans (400 Hz gibi) tasarlanabilir.

Uçaklar neden 400Hz kullanır? Uçaklar; AC ihtiyaçlarını, 115VAC/400Hz olarak karşılarlar. Yüksek frekans, kabloların ağırlığını azaltmak için kullanılır. Yüksek frekanslı sistemde daha ince kablo kesiti kullanılır ve uçakta büyük bir ağırlık azalması oluşur. Bu ağırlık; yakıt ekonomisi, malzemelerin daha az ve/veya geç yıpranması (iniş takımları vb.) ve azaltılan ağırlığın yerine daha fazla kargo vb. uçağa alınarak kârı arttırmak amaçlanır.

Bunu açıklayacak olursak; 50Hz ile tasarlanan bir güç kaynağıyla 400Hz ile tasarlanan güç kaynağı

arasındaki frekanstan dolayı 400Hz lik güç kaynağında daha düşük ve küçük ebatlı trafo kullanılacaktır.

Bu durumda; girişten çekilecek akımlar azalacaktır. Girişte akımın azalması demek; girişte kullanılan

kabloların incelmesi ve daha düşük kesitli kablo kullanılması anlamına gelecektir. Bu durumda; ağoırlık

azalmış olacaktır.

Doğru Akımı (DC) Anlamak

Şekil: DC ve AC Dalga Formu ve Akımın yönü

Doğru akım, elektrik yüklerinin yüksek potansiyelden alçak potansiyele doğru sabit olarak akmasıdır. Alternatif akımdan farkı elektrik yüklerinin aynı yönde akmasıdır. Doğru akımın yönü değişmese de şiddeti değişebilir.

Doğru akım (DC) üreten kaynakları sıralarsak;

Pil, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisi dönüştüren araçlardır. Doğru akım üreten kaynakların başında gelmektedir.
Akümülatör/Akü, kimyasal yolla elektrik enerjisi üretir.
Dinamo, alternatif akım elektrik enerjisini DC elektrik enerjisine çeviren araçlardır.
Güneş pili, güneş enerjisini DC elektrik enerjisine çeviren elemanlardır.
Dolaylı yoldan AC/DC çevirici kullanılarak.

DC (Doğru Akım) mı? Yoksa AC (Alternatif Akım) mı?

1893 yılında Tesla ve Westinghouse için mutlu sonla biten akım savaşları sayesinde doğru akım mı yoksa alternatif akım mı sorusuna cevap bulunmuştur.

Westinghouse firmasının kurucusu, George Westinghouse ile Nikola Tesla, elektrik iletimi için alternatif akımın tercih edilmesini öne sürerken; Thomas Edison, doğru akımın savunucusuydu.

DC voltajın iletilmesindeki sorunlar ve elektriksel kayıplar nedeniyle, Edison’ un savunma çabaları yetersiz kalmış ve Nikola Tesla’ ya boyun eğmek zorunda kalmıştır. O günden bugüne gelecek olursak alternatif akımlı şebekeler, tüm dünyada elektrik enerjisinin iletimine hakim olmuştur.

Alternatif Akım ve Doğru Akımın Karşılaştırılması

Ülkeler neden değişik voltaj tipleri kullanır?

Elektrik şebekesinin kullanıcılarına tek fazlı elektrik gücü sağladığı voltaj, coğrafi konuma bağlı olarak çeşitli değerlere sahiptir. Bu nedenle, satın almadan veya kullanmadan önce, bir güç kaynağının giriş voltaj aralığını kontrol etmek, ülkenizin elektrik şebekesinde çalışacak şekilde tasarlandığından emin olmak çok önemlidir. Aksi takdirde, güç kaynağına veya ona bağlı cihaza zarar verebilirsiniz. Tablo, dünyanın farklı bölgelerindeki şebeke voltajlarını karşılaştırmaktadır.

Japonya, 19. yüzyılın sonlarındaki elektrifikasyonunun kökeninden dolayı ulusal şebekesinde iki frekansa sahiptir. Batı şehri Osaka'da elektrik tedarikçileri ABD'den 60Hz jeneratör satın alırken, Japonya'nın doğusundaki Tokyo'da 50Hz Alman jeneratörleri satın aldılar. Her iki taraf da frekanslarını değiştirmeyi reddetti ve bugüne kadar Japonya'nın hala iki frekansı var: doğuda 50Hz, batıda 60Hz.

Doğrusal (Regüle edilmiş) DC Güç Kaynağı nedir?

Şekil: Tipik doğrusal regüleli güç kaynağı blok diyagramı

AC şebekesindeki dalgalanmalardan veya yükteki değişimlerden bağımsız olarak çıkış voltajını sabit tutan bir dc güç kaynağı “Regüle edilmiş güç kaynağı” olarak bilinir.

Doğrusal bir güç kaynağı tasarımı, giriş voltajını düşürmek için bir transformatör kullanır. Daha sonra voltaj doğrultulur ve doğru akım voltajına dönüştürülür. Daha sonra dalga biçimi kalitesini iyileştirmek için filtrelenir.

Doğrusal güç kaynakları, çıkışta sabit bir voltaj sağlamak için doğrusal regülatörler kullanır. Bu doğrusal regülatörler, fazladan enerjiyi ısı biçiminde dağıtır.

TRANSFORMATÖR / Trafo (Transformer)

Genelde elektronik devrelerin çoğunda çeşitli elektronik ekipmanların çalışması için DC Voltaj gereksinimleri oldukça azdır.

Bu aralık tipik olarak genellikle; 0.9V ila 56V arasında değerlendirilebilir. Bu voltaj, ana AC hattından elde edilene kıyasla çok küçüktür. Bu amaçla, gerekli değerdeki gerilimi elde etmek için doğrultucudan önce bir düşürücü transformatör kullanılır.

Transformatör iki sargıdan oluşur.

Birincil/Primer sargı, AC 220V’ a bağlanır ve gerekli AC voltajı ikincil/sekonder sargıdan elde edilir.

Elektromanyetik indüksiyon prensibine göre çalışır. Yandaki örnekte 220Vac giriş 12Vac çıkış veren bir Lineer/doğrusal trafo örneği verilmiştir.

Doğrultma işlemi

Doğrultma işlemi, AC voltajını DC voltajına dönüştürme işlemidir. Giriş sinyalini doğrultma, lineer AC / DC güç kaynaklarında ilk adımdır.

Genellikle; bir köprü doğrultucu, AC’ yi titreşimli DC’ ye dönüştürmek için kullanılır.

Doğrultucu, diğer herhangi bir doğrultucu tipine göre avantajları nedeniyle, genellikle bir köprü doğrultucu kullanır. Böylece redresörün çıkışı darbeli DC’ dir.

Çıkış kapasitörü

Dalgalanmayı azaltmak için en basit ve en yaygın kullanılan yöntem, redresör çıkışında rezervuar/yığın kondansatörü veya yumuşatma filtresi olarak adlandırılan büyük bir kapasitörün kullanılmasıdır (bkz. Şekil).

Kapasitör, dalganın zirvesi sırasında voltajı depolar, ardından voltajı şimdi yükselen doğrultulmuş voltaj dalgasından daha küçük olana kadar yükü akımla besler.

Ortaya çıkan dalga formu, istenen şekle çok daha yakındır ve AC bileşeni olmayan bir DC voltajı olarak düşünülebilir. Bu son voltaj dalga formu, artık DC cihazlara güç sağlamak için kullanılabilir.

FİLTRE

Genellikle, redresör çıkışının filtrelenmesi için kapasitörler ve bir indüktörden oluşan bir filtre kullanılır.

Filtre, doğrultucu çıkışındaki dalgalanmaları gidermek ve böylece düzeltmek için kullanılır.

Filtre çıkışındaki dc çıkışı, ac şebekesine ve uygulanan yüke bağlıdır. Bu ikisinden herhangi birindeki değişim, çıkışın değişmesine neden olur.

Genel olarak filtre çıkışında bir voltaj regülatörü kullanılır.

GERİLİM REGÜLATÖRÜ/DÜZENLEYİCİ

Genellikle, AC veya yükte değişiklik olsa bile DC çıkış gerilimini sabit tutan Zener, 78XX, 79XX, LM317 vb gibi bir IC gerilim regülatörü kullanılır.

Anahtarlamalı güç kaynağı nedir?

Anahtarlamalı güç kaynağı ismi nereden geliyor?

Anahtarlamalı bir güç kaynağı (SMPS)' in arkasındaki temel kavram, düzenlemenin bir anahtarlama regülatörü kullanılarak gerçekleştirilmesidir.

Burada anahtarlama öğesi; LDO veya Gerilim regülatörü gibi gücü kasıtlı olarak devamlı boşa harcamaz. Anahtarlama elemanı olarak genellikle Mosfet (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) kullanılır.

Kaybedilen enerji, anahtarlama süresine de bağlıdır, böylece daha hızlı anahtarlama süresi daha az enerji harcar. Daha az anahtarlama, anahtarlama kayıplarını da azaltır, ancak depolama kapasitans boyutunu ve ağırlığını artırır ve bu nedenle bir uzlaşmadır.

En temel anlamda; seri elemanın açılma zamanı, kapasitör üzerindeki voltaj tarafından kontrol edilir. Gerekenden yüksek ise seri anahtarlama elemanı kapatılır, gerekenden düşük ise açılır. Bu şekilde; regülasyon sağlanır ve rezervuar/yığın kapasitörü üzerindeki voltaj, istenilen seviyede tutulur.

Burada en temel anlam verilmiştir. Daha sonraki slaytlarda, bu konu irdelenecektir.

Anahtarlamalı güç kaynaklarında karıştırılan terimler

Aşağıdaki terimler; aynı temel teknolojiye bakarken, genel teknolojinin farklı unsurlarına atıfta bulunuyorlar.

Anahtarlamalı güç kaynağı (SMPS: Switch mode power supply) Anahtarlamalı güç kaynağı terimi, genellikle ana şebekeye veya başka bir harici kaynağa bağlanabilen ve kaynak gücü üretmek için kullanılabilen bir öğeyi belirtmek için kullanılır. Başka bir deyişle, tam bir güç kaynağıdır.

Anahtar modlu regülatör (Switch mode regulator) Bu tipik olarak sadece regülasyonu sağlayan elektronik devre ile ilgilidir. Bir anahtar modlu regülatör, genel anahtarlamalı güç kaynağının bir parçası olacaktır.

Anahtar modlu regülatör kontrolörü (Switch mode regulator controller) Anahtar modlu regülatör entegre devrelerinin çoğu, seri anahtarlama elemanı içermez. Bu, akım veya gerilim seviyeleri yüksekse doğru olacaktır, çünkü harici bir seri anahtarlama elemanı, daha yüksek akım ve gerilim seviyelerinin yanı sıra sonuçta ortaya çıkan güç dağılımını daha iyi idare edebilir (Buck ve Boost uygulamalrı vb.).

Yukarıdaki Şekil’ de görüldüğü gibi; anahtarlamalı güç kaynakları, birkaç farklı aşamadan oluşmaktadır. Giriş bir AC girişse, giriş aşamasının bir DC girişine dönüştürmek için hem giriş filtresi hem de bir redresör/doğrultucu içermesi gerekir.

Anahtarlamalı güç kaynağı hakkında kısa bilgilendirme

Alternatif akım (AC) tasarladığınız cihaza; tek fazlı veya üç fazlı bir sistem olarak gelmektedir. Tek fazlı sistemler daha basittir ve tüm bir evi veya ticari bir sistemi beslemeye yetecek kadar güç sağlayabilir, ancak üç fazlı sistemler daha kararlı bir şekilde çok daha fazla güç sağlayabilir, bu nedenle endüstriyel uygulamalara güç sağlamak için sıklıkla kullanılırlar.

Verimli bir AC / DC güç kaynağı tasarlamak kolay bir iş değildir, çünkü mevcut pazarlar çok çeşitli yüklerde verimliliği koruyabilen yüksek güçlü, son derece verimli, küçük güç kaynakları talep etmektedir.

Bir AC / DC güç kaynağının ana görevi; alternatif akımı (AC), kararlı bir doğru akım (DC) voltajına dönüştürmektir. Bu voltaj, daha sonra farklı elektrikli cihazlara güç sağlamak için kullanılabilir. Benzer şekilde DC / DC çeviriciler için de söz konusudur.

Anahtarlamalı güç kaynakları daha yüksek frekanslarda çalışır ve elektrik gücünü önceki tasarımlardan çok daha verimli bir şekilde dönüştürür, avuç içi büyüklüğünde, yüksek güçlü AC / DC güç kaynaklarının oluşturulmasına imkan sağlamıştır.

Burada zaman sınırlı olduğundan, Anahtarlamalı güç kaynaklarının mantığını anlamak için çok kısa olarak, en çok kullanılan izole topoloji olan Flyback topolojiye bir göz atalım;

Flyback (Geri dönüş) trafosu, geleneksel bir transformatör değildir. Geleneksel bir transformatör, ideal olarak gerçek zamanlı ve mükemmel bir şekilde primerden sekondere güç veya enerjiyi aktarır. Flyback/Geri dönüş transformatörü, enerjiyi primer manyetik alanda depolar ve belirli bir süre sonra sekonder tarafa iletir.

Giriş bir DC girişse; DC-DC dönüştürücüler redresöre (doğrultucu) ihtiyaç duymaz. Bazen de DC-DC girişinde polarite olmaması istendiğinde kullanılabilir.

«Flyback» yani «Geri dönüş» ismi iki farklı döngü arasında çalışmadan gelmektedir. Diğer bir deyişle;

"Geri dönüş" adı; MOSFET anahtarının ani durma/durdurma, açma/kapama eyleminden kaynaklanır ve akım akışının aniden tersine dönmesinden dolayı verilmiştir.

Çıkışın regülasyonu, primer taraftaki anahtarın açma/kapama görev döngüsünün (duty cycle) ayarlanmasıyla sağlanır.

Doğrusal ve anahtarlamalı güç kaynağı arasındaki farklar nelerdir?

Aşağıdaki Tablo, doğrusal ve anahtarlamalı AC / DC güç kaynakları arasındaki genel farkları vermektedir.

Aşağıdaki Tablo’ da, parametrelere göre karşılaştırma yapılmaktadır.

Anahtarlamalı güç kaynağının tarihi

1960’ lar, anahtarlamalı regülatörlerin ve anahtarlamalı güç kaynaklarının modern biçimlerinin gelişimini müjdeledi. 1960’ ların başlarında, düşük voltajlı DC’ den DC’ ye uygulamaları için üç tür dağıtıcı olmayan anahtarlama regülatörü geliştirilmiştir. Bunlar; Buck, Boost ve Flyback regülatörlerdir.

Elektronik devreler için NASA, uzay araçlarında kullanılmak üzere 1960’ larda hafif ve kompakt anahtarlamalı güç kaynağı geliştiren ilk şirket oldu. Daha sonra, bu güç kaynağı popüler hale geldi ve şu anda, SMPS’ lerin yıllık üretimi, üretilen toplam güç kaynağı sayısının %70 ile % 80’ i kadar yüksek olabilir.

Buck regülatörü, giriş voltajını daha düşük bir regüle edilmiş çıkış voltajına düşürür.

Boost regülatörü, giriş voltajını daha yüksek bir voltaja regüle edilmiş bir seviyeye yükseltir.

Flyback regülatörü olarak da adlandırılan Buck-Boost regülatörü, pozitif giriş voltajından daha yüksek veya daha düşük bir seviyedeki negatif voltajı düzenlemek için kullanılır. Her durumda düzenli kontrol yöntemi, elektronik anahtarın görev oranını (Duty cycle) değiştirerek, en yaygın olarak darbe genişliği modülasyonu(PWM: Pulse With Modulation) ile elde edilir.

Elektronikteki gelişmeler, entegre devrelerde (IC’ ler) ve dijital devrelerde kullanılmak üzere DC güç kaynaklarına ihtiyaç duymaktadır.

AC voltaj kullanımına göre güç kaynağı çevirici tipleri nelerdir?

AC-DC

230VAC- 325VDC…..izole çevirici
110VAC – 156VDC….izole çevirici
110VAC/220VAC seçim anahtarlı izole AC-DC çevirici
(85VAC-265VAC) - (120VDC- 375VDC)…..izole üniversal çevirici

PFC izole olmayan Boost çevirici

230VAC- 400VDC…..çevirici
110VAC – 156VDC….çevirici
(85VAC-265VAC) - (120VDC- 375VDC)…..üniversal çevirici
Pasif PFC

85 – 265VAC aralığı 88-264VAC, 90-265VAC, 88-265VAC gibi alınabilir. Bu devrenizin toleransıyla veya ebatla ilgilidir.

Doğrusal güç kaynağında, geniş voltaj aralıklı yapı yoktur. Voltaj giriş ve çıkış aralığı için genellikle +-%10 tolerans söz konusu olacaktır.

DC-DC

İzole olmayan topolojiler
İzole topolojiler

DC-AC invertörler

AC-DC-AC Kesintisiz güç kaynakları (UPS) sistemleri

İzolasyon nedir? Gerekli mi?

Tüm güç uygulamalarında sinyal izolasyonu, yüksek frekanslı gürültü yayılmasını önleyerek bütünlüğü korur ve böylece hassas devreleri yüksek voltaj yükselmelerinden korur.

Bu tür uygulamalarda, farklı elektrikli bileşenlere güç sağlamak için yalıtılmış bir güç kaynağına ihtiyaç vardır.

Güç kaynağı, girişte AC şebekesine bağlanır. Bu; çıkışta bir akım sızıntısı varsa, bu orandaki bir elektrik çarpmasının ciddi şekilde yaralanabileceği veya ölüme neden olabileceği ve çıkışa bağlı herhangi bir cihaza zarar verebileceği anlamına gelir.

Şebekeye bağlı bir AC / DC güç kaynağının giriş ve çıkış devrelerini manyetik olarak izole ederek güvenlik sağlanabilir.

İnsan güvenliğini sağlamak için endüstri standartları, ekipmanın düzgün çalışması için gerekli olan izolasyon seviyesinin iki katı olan güçlendirilmiş izolasyon gerektirir.

DC/DC güç kaynaklarında yine AC/DC çeviricilerde olduğu gibi etkileşimin ve diğer sistemler ve kullanıcıların güvenliği açısından izolasyon önem kazanmaktadır.

110 / 220V AC’ de çalışan ortalama bir ev tipi mikrodalga fırının içinde 2800V'a kadar gerilim üretebilir. Bu da tehlikeli derecede ölümcüldür. Bunun yanı sıra, filamanı aydınlatmak için 3.5V civarında daha düşük bir AC voltaj seviyesine ve ekran veya zamanlayıcılar gibi dijital elektronik parçanın çalışması için 5V / 3.3V gibi regüle edilmiş bir DC voltajına sahiptir. Fırına dokunduğunuzda bu yüksek voltajların düğmelerden veya kasadan parmaklarınıza ulaşmasını neyin engellediğini hiç merak ettiniz mi? Sorunuzun cevabı "izolasyon" dur.

Birden fazla sinyal türü veya birden fazla çalışma voltajı içeren elektronik ürünler tasarlanırken, bir sinyalin diğerini karıştırmasını önlemek için yine izolasyon kullanılır.

Ayrıca izolasyon, endüstriyel sınıf ürünlerde arıza koşullarını önleyerek güvenlik açısından hayati bir rol oynar.

Sağlık sektöründe izolasyon, tıbbi cihazlar doğrudan hastanın organları ile bağlanabilir olan ekipmanlar için önemli önceliklerinden biridir.

Elektronik izolasyon neden gereklidir? Bir sistemin iki parçası arasında doğru akımın (DC) ve istenmeyen alternatif akımın (AC) transferini engellerken, bu iki parça arasında sinyal ve güç aktarımını sağlamaya devam etmenin bir yoludur. Bu tür bir izolasyon, aşağıdaki gibi bazı durumlarda gereklidir:

Pahalı işlemcileri ve ilgili devreleri yüksek voltajdan korumak.

İletişim ağlarında toprak döngülerinin önlenmesi.

Gürültü bağışıklığının iyileştirilmesi.

Bir motor sürücü veya güç dönüştürücü sistemlerindeki yüksek taraf (high side) cihazlarla güvenli iletişim kurma.

İzole güç kaynağı tasarlamanın dezavantajı, komple çözümün - transformatör ve diğer bileşenler - kart üzerinde çok fazla yer kaplamasıdır. Ayrıca, kararlı ve verimli bir izole güç kaynağı tasarlamak zor olabilir.

PFC nedir? Neden kullanılır? Ne zaman kullanılmaz?

PFC, güç faktörü düzeltme demektir. Basit yükler şebekeden reaktif güç çekmez iken, karmaşık yapılı yükler şebekeden aktif gücün yanında reaktif güç de çekerler.

Güç Faktörü (PF), elektrik gücünün ne kadar verimli tüketildiğini açıklamanın bir yoludur.

Gerçek Gücün (kW), Görünen Güce (kVA) oranıdır. Verimli, tamamen dirençli bir devrede, yüke iletilen tüm akım gerçek işe (kW) dönüştürülür.

Bu nedenle; kW = kVA ve Güç Faktörü (PF)=1(Birim)

Reaktif gücün elektromanyetik cihazlarda manyetik alan oluşturması, gereksiz yere hattı ve üretim iletim aygıtlarını yükleyerek gerilim düşümüne ve kayıplara yol açması nedeniyle şebekeden çekilen reaktif gücün sıfır (PF= Power Factor = Güç Kaysayısı=cos Ø=1) olması istenir.

Uygulamanıza bağlı olarak PF (Power factor/Güç faktörü)' yi düzeltmenin birkaç nedeni vardır:

Zayıf bir güç faktörü (PF), güç kaynağından çekilen yüksek RMS ve tepe akımlarına neden olur. Bu, elektrik şirketlerinde daha yüksek bir iletim kaybı anlamına gelir.

Daha yüksek bir akım, pahalı olan daha büyük iletim hatları gerektirebilir ve ekipmanı çok sık tamir gerektirebilir.

Bu arada şunu unutmayın! Elektrik şirketleri, kayıpları tüketicilerine yüklüyor.

Zayıf bir güç faktörü, yüksek akım harmoniklerine neden olur ve bu potansiyel olarak titreşim sorunlarına neden olur.

Ürün, LED aydınlatmada veya herhangi bir aydınlatmada kullanılacaksa, titreme etkisi çok belirgin olacaktır.

Daha düşük güç faktörlü bir ürün pazardaki rekabet gücünü kaybedecektir.

Anahtarlamalı güç kaynağının avantajları ve dezavantajları

SMPS avantajları

Yüksek verimlilik: Anahtarlama eylemi, seri regülatör elemanının açık veya kapalı olduğu anlamına gelir ve bu nedenle ısı olarak çok az enerji harcanır ve çok yüksek verimlilik seviyeleri elde edilebilir.

Kompakt: Yüksek verimlilik ve düşük ısı yayılımının bir sonucu olarak, anahtar modlu güç kaynakları daha kompakt hale getirilebilir.

Maliyetler: Anahtarlamalı güç kaynaklarını çok çekici kılan noktalardan biri maliyettir. Tasarımın daha yüksek verimlilik ve anahtarlama özelliği, azaltılması gereken ısının doğrusal kaynaklardan daha düşük olması ve bu da maliyetleri düşürmesi anlamına gelir.

Esnek teknoloji: Anahtarlamalı güç kaynağı teknolojisi, voltaj Yükseltme yani "Boost" uygulamalarında veya Düşürme yani "Buck" uygulamalarında yüksek verimli voltaj dönüşümleri sağlamak için kullanılabilir.

SMPS dezavantajları

Gürültü: Anahtarlamalı güç kaynaklarındaki anahtarlama eyleminden kaynaklanan geçici ani artışlar en büyük sorunlardan biridir. Geçici ani artışlar, düzgün bir şekilde filtrelenmemişse, SMPS’ nin güç verdiği devrelerin tüm alanlarına geçebilir. Ek olarak, ani yükselmeler veya geçişler elektromanyetik veya RF parazitlerine neden olabilir ve bu da özellikle radyo sinyalleri aldıklarında yakındaki diğer elektronik ekipman öğelerini etkileyebilir.

Harici bileşenler: Tek bir entegre devre kullanarak bir anahtar modu regülatörü tasarlamak mümkün olsa da, tipik olarak harici bileşenlere ihtiyaç vardır. En belirgin olanı rezervuar kapasitördür, ancak filtre bileşenlerine de ihtiyaç vardır. Bazı tasarımlarda, seri anahtar elemanı entegre devreye dahil edilebilir, ancak herhangi bir akımın tüketildiği yerde, seri anahtar harici bir bileşen olacaktır. Bu bileşenlerin tümü alan gerektirir ve maliyete eklenir.

Uzman tasarım gerekli: Çalışan bir anahtarlamalı güç kaynağını bir araya getirmek genellikle mümkündür. Gerekli spesifikasyona göre performans göstermesini sağlamak daha zor olabilir. Dalgalanma ve parazit seviyelerinin korunmasını sağlamak özellikle zor olabilir.

Filtreleme: Bir SMPS için filtrelemenin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesi, çünkü zayıf tasarım, çıkışta yüksek seviyede gürültüye ve ani yükselmelere neden olabilir.

Anahtarlamalı güç kaynağı topolojileri

İZOLE OLMAYAN TOPOLOJİLER:

Buck (Step down) Topolojisi
Negatif Buck ( Negative Step-down) Topolojisi
Boost (Step-Up) Topolojisi
Buck-Boost (Step-Up / Step-Down) Topolojisi
Negative-to-Positive Buck-boost Topolojisi
Four-Switch Buck-Boost and SEPIC Topolojisi
SEPIC (Single-Ended Primary-Inductor Converter) Topolojisi
Cuk (Slobodan Cuk) Topolojisi
Synchronous Buck Topolojisi
Zeta (Inverse Sepic) Topolojisi
LIFT (YÜKSELTME) TOPOLOJİLERİ:

-"Self-Lift Luo" Topolojisi

-"Positive-Output Voltage Lift Luo (POVLLC)" Topolojisi

-"Positive-Output Super-Lift Luo (POSLLC)" Topolojisi

-"Modified Super-Lift Luo" Topolojisi

-"Ultra-Lift Luo" Topolojisi

İZOLE TOPOLOJİLER:

Flyback
Two-switch flyback
Fly-buck
Active-clamp forward
Single-switch forward
Two-switch forward
Push-pull
Bridge Converters

-Half-bridge

-Full bridge

-Phase-shifted full bridge

-Single Active Bridge Converter

-Dual Active Bridge Converter

Multi-element converters

-Three-element LLC Resonant

-Four-element LLC Resonant

-Five-element LLC Resonant

-Bidirectional multi element resonant converters

Diğer

Topolojilerin güç aralıkları

Uygun bir referans yoksa, aşağıdaki Tablo, bir başlangıç noktası olarak kullanılabilir;

Tablolar’da önerilen çekirdek evrensel giriş voltaj aralığı (universal input voltage) yani 85-265Vac, 67kHz anahtarlama frekansı ve 12VDC tek çıkış Flyback uygulaması için tipik bir tablo olarak verilmiştir.

Giriş voltaj aralığı 195-265 Vac (Avrupa giriş aralığı) olduğunda veya anahtarlama frekansı 67kHz'den yüksek olduğunda, daha küçük bir çekirdek kullanılabilir.

Düşük voltajlı ve/veya çoklu çıkışlı bir uygulama için, genellikle tabloda önerilenden daha büyük bir çekirdek kullanılmalıdır.

Aşağıdaki tablo, farklı topolojilerin tipik maksimum çıkış gücü seviyelerini özetlemektedir.

Topolojilerin genel tablosu

İzole ve izole olmayan topolojiler söz konusudur. İzole topolojinin neden kullanılması gerektiği önceki bölümlerde açıklanmıştı.

Burada “İzole olmayan topolojiler neden ve nerede kullanılır?” Sorusuna cevap verelim.

Transformatör tarafından sağlanan izolasyona ihtiyaç duymayan DC cihazları vardır. Bu genellikle, kullanıcının doğrudan dokunması gerekmeyen ışıklar, sensörler, IoT ve daha fazlası gibi cihazlarda görülür. Çünkü cihazın parametrelerinin herhangi bir şekilde manipülasyonu cep telefonu gibi ayrı bir cihazdan yapılır ( tablet veya bilgisayar).

İzolasyon olmaması; ağırlık, boyut ve performans açısından büyük avantajlar sunar. Bu çeviriciler; Buck/Step-down/düşürücü konvertörler olarak da adlandırılan yüksek voltajlı bir dönüştürücü kullanarak çıkış voltaj seviyelerini düşürürler.

DC-DC topolojilerinde en çok kullanılan voltaj dönüşümleri

IC bazında üretilmesi gereken voltaj çeşitleri yukarıdaki tabloda verilmiştir;

Yukarıdaki voltajlar haricinde Telekom için -48V giriş veya çıkışa sahip AC/DC veya DC/DC tasarımı gerekebilir. Bunun haricinde 1,2,3,4 akülü sistemler için 12, 24, 36, 48, 56VDC çıkışa sahip yine tasarımlar gerekebilir.

Kısacası; 1V – 80V giriş ve yine 0.9V – 270VDC aralığında çıkış verebilen güç kaynakları tasarlamak mümkündür.

LED sürücüler, akü şarj, güneş panelleri, invertör devreleri ve diğer bir sürü uygulama ele alınabilir.

Güç kaynağında gürültü faktörleri

Doğrusal güç kaynağı önce AC voltajını düşürür, ardından DC'ye dönüştürürken SMPS önce DC'ye dönüştürür, ardından istenen voltajı elde etmek için düşürücü transformatörü kullanır. SMPS'nin dezavantajı, anahtarlamadan dolayı gürültü paraziti yaratmasıdır.

Dahası, anahtarlama aynı zamanda EMI ve RF parazitleri oluşturur.

Dolayısıyla EMI filtreleri ve SMPS devresi ile birlikte RF kalkan (shielding) da kullanılır.

Çıkış voltajında Ripple (Dalgalanma):

ΔVOUT(DC), regülasyon hataları/toleransı ve DC ripple (dalgalanma) için artı-eksi toleranstır. Regülasyon hataları; anahtarlamalı dönüştürücünün kendisinden, geri besleme dirençleri gibi bileşen varyasyonlarından veya sıcaklık kayması vb parametrelerden gelebilir.

ΔVOUT (AC), geçici yanıt (transient response) için artı-eksi toleranstır ve aşağıdaki Şekil 'de çizildiği gibi genellikle içinde ΔVOUT (DC) içerir.

Güç kaynağında temel gürültü kaynakları aşağıdaki gibi verilebilir;

İzolasyon
Topraklama (Grounding)
Ekranlama (Shielding)
Bağlama (Bonding)
Kablolama (Cabling)
Anlık (Inrush) akım
UVP/OVP
Anahtarlama gürültüsü
Sistem gürültüsü
Aşırı akım (Over current)
Kısa devre (Short circuit)
Malzeme seçimi
Seri bağlantı
Paralel bağlantı
ESD------------------------------------------>
PCB tasarımı
PCB montajı
Simulasyon
EMC testleri
Yük
Konnektörler
Kutu
SURGE-------------------------------------->
Burst (EFT: Electrical Fast Transient)------->
Diğer

Kısaca güç kaynağı ve EMC

EMC (Electromagnetic Compatibility / Elektromanyetik Uyumluluk), bir elektrikli cihazın, birimin veya sistemin kendi elektromanyetik ortamında, sistemdeki diğer ekipmana kasıtsız parazit oluşturmadan ve kendisi de etkilenmeden, elektromanyetik ortamında düzgün çalışabilmesi yeteneğidir.

EMI (Electromagnetic Interference / Elektromanyetik Girişim (Parazit)), bir cihazdan yayılan ve başka bir cihazın etkin performansını bozan veya engelleyen elektromanyetik enerji olarak tanımlanabilir. Elektromanyetik girişim (EMI) ciddi ve artan bir çevre kirliliği biçimidir. Etkileri, yayın alımındaki bozuk kaynaklardan gelen son derece küçük gürültülerden, güvenlik açısından kritik kontrol sistemlerinin bozulması nedeniyle, potansiyel olarak ölümcül kazalara kadar uzanır.

Bir sistem şu durumlarda elektromanyetik olarak uyumludur:

Diğer sistemlerle birlikte çalışırken parazite neden olmaz.
Diğer sistemlerden kaynaklanan emisyonlara duyarlı değildir.
Kendi kendine gürültü üretmeye neden olmaz.

Elektronik cihazların hiçbiri tamamen gürültüye bağışık değildir. Bu nedenle EMC sorunu her zaman mevcuttur. EMC gibi bir konuyu kavramak gerçekten zordur. Etkileyen faktörleri ve yapıları belirlemeyi zorlaştıran elektromanyetik dalgaları göremez, duyamaz veya hissedemezsiniz.

CE - İletilen Emisyonlar/Yayınımlar (Conducted Emission)
CS - İletilen Duyarlılık/Bağışıklık (Conducted Susceptibility/Immunity)
RE - Yayılan Emisyonlar/Yayınımlar (Radiated Emission)
RS - Yayılan Duyarlılık/Bağışıklık (Radiated Susceptibility /Immunity)

En çok kullanılan izole topoloji olan Flyback topolojide; EMI kaynakları, aşağıdaki şekilde tipik olarak gösterilmiştir.

Bir DC-DC modülde; iletilen (conducted) EMI kaynakları, aşağıdaki şekilde tipik olarak gösterilmiştir.

Askeri ve sivil standartlar kısaca

Askeri ve sivil standartlar için farklı seviye ve ve test adımları söz konusudur. MIL-STD-461G askeri standardı, aşağıdaki emisyon ve duyarlılık gereksinimlerini içerir;

CE = İletilen Emisyon / Conducted Emission

CE101. Ses frekansı akımları, güç kabloları. 30Hz - 10kHz.
CE102. Radyo frekansı potansiyelleri, güç kabloları. 10kHz- 10MHz.
CE106. Anten Bağlantı Noktası. 10kHz - 40GHz

RE = Yayılan Emisyon / Radiated Emission

RE101. Manyetik alan. 30Hz - 100kHz.
RE102. Elektrik alanı. 10kHz - 18GHz.
RE103. Anten sahte ve harmonik çıkışları.10kHz - 40GHz.

RS = Yayılan Duyarlılık(Bağışıklık) / Radiated Susceptibility (Immunity)

RS101. Manyetik alan. 30 Hz - 100 kHz
RS103. Elektrik alanı. 2MHz - 40GHz.
RS105. Geçici elektromanyetik alan.

CS = İletilen Duyarlılık(Bağışıklık) / Conducted Susceptibility (Immunity)

CS101. Güç kabloları. 30Hz - 150kHz.
CS103. Anten bağlantı noktası, intermodülasyon.15kHz - 10GHz.
CS104. Anten girişi, istenmeyen sinyallerin reddedilmesi. 30Hz - 20GHz.
CS105. Anten bağlantı noktası, çapraz modülasyon. 30Hz - 20GHz.
CS109. Yapı akımı. 60Hz - 100kHz.
CS114. Toplu kablo enjeksiyonu. 10kHz - 200MHz.
CS115. Toplu kablo enjeksiyonu, dürtü uyarma.
CS116. Sönümlü sinüzoidal geçişler, kablolar ve güç uçları.10kHz - 100MHz.
CS117. Yıldırım kaynaklı geçişler, kablolar ve güç uçları.
CS118. Personel kaynaklı elektrostatik boşalma. 8kV kontak deşarjı.

Askeri ve sivil standartlar için farklı seviye ve ve test adımları söz konusudur. Ticari testlerden en yaygın iki tanesi, CISPR 22 ve FCC 15’ tir. Aşağıdaki tabloya bakınız.

CISPR 22, 150 kHz ile 30 MHz arasında iletilen gürültü ve 30 MHz ile 6GHz arasında yayılan gürültü için test eder.

FCC 15, 450 kHz' den 30 MHz'e iletilen gürültü ve 30 MHz' den 40GHz'e yayılan gürültü veya devredeki en yüksek frekansın beşinci harmoniği için test eder.

Askeri ve sivil standartlar için farklı seviye ve ve test adımları söz konusudur. Aşağıdaki tablo askeri ve sivil alandaki bazı spesifik testler gösterilmiştir.

Meslekte yeni ve ilerlemek isteyen Mühendis dostlarıma, 25 senedir sektörde mühendislik faaliyeti gösteren "Ahmet Turan ALGIN" olarak tavsiyelerim:

Uzman olmak istediğiniz alanı devamlı arayın, araştırın ve bulun.
Uzman olmak istediğiniz alanda en iyi olun.
Uzman olmak istediğiniz alandaki tüm kitapları ve web sitelerini devamlı araştırın ve inceleyin.
"Yapamazsın!" diyenlere kulak asmayın. Devamlı araştırın yaptığınızı göreceksiniz.
Rahmetli Sakıp Sabancı' nın öneri listesinde yer alan; "Her şeyin bir şeyini, bir şeyin her şeyini iyi öğrenin." prensibini meslek hayatınızın temel kuralı edinin. Yani; demem o ki kendinize belirli bir süre verin ve uzmanlık alanınızı belirleyene kadar aklınızdaki tüm alanları deneyin. Fakat bu süreyi çok uzatmayın. Uzman olmak istediğiniz konuda karar verip; gidilebilecek en ileri noktaya kadar gidin. Kırmızı renkte yazdığım temel kural ne anlama geldi bu durumda? Mesleğinde her konuda bilgin olsun ama sadece belirlediğin bir uzmanlık alanında en iyi uzman sen ol!
Öğrenmenin hiç bitmeyeceğini unutmayın.
Meslekten birkaç ay bile uzaklaşmanın bilginizden alıp götüreceğini unutmayın.
Mühendis sadece mühendis değildir. Aynı zamanda bir şair, yazar, sporcu, anne, baba ve son olarak örnek bir insan olmalıdır.
Unutmayınız! Her şey para değildir.
Türkiye' de bilginin değerinin değerinin artırılması gerekmektedir. Bunun yolu da kaliteli mühendisler olarak yetişip. Kaliteli mühendisler yetiştirmemizden geçmektedir.
Mühendis, diğer meslekler gibi insanların eksikliklerinden para kazanmaz... Doktor, insanın hastalığından para kazanır. Avukat insanların anlaşmazlığından para kazanır. Bu liste daha da uzatılabilir. Burada meslekleri kötülemek amacıyla bunu söylemiyorum. Mühendislik mesleğinin yüceliğini ortaya koymaya çalışıyorum. Mühendis ne yapar pekala? Mühendis insanlığa kaliteli bir yaşam için hizmet verir. Bunu sakın unutmayınız!
Biz ülke olarak zaten gerilerdeyiz. İleri adımlarımız olsa da çok çok çok çalışmalıyız.
Şunu unutmayalım! Bir yere gitmek için gemi yapmamız gerekiyorsa ve herkesten bir parçası yapılması isteniyorsa; herkes elinde dümenle gelmemelidir. Herkes yönetici olamaz, olmamlıdır. İş ehline verilmelidir. Bir plan dahilinde birlik olarak hareket edilmelidir.
Bazen en basit işlerden daha fazla para kazanıldığı unutulmamalıdır. Kazancın; iyi bir alıcı, para ve emeğin bir araya gelmesiyle oluştuğunu unutmayınız. En iyi tasarlanmış ve ilk olan bir cihaz dahi anlaşılmaz ve anlatılmazsa; ihtiyaç ve uygun alıcı yoksa satılamayabilir. Fakat; bazen de tasarladığınız küçük ve basit bir cihaz uygun alıcı ve ortam varsa çok pahalıya ve çok miktarda satılabilir.
Bir mühendisin; elektrik, elektronik, alt ve üst seviye yazılım konularında çok donanımlı süper olması, iş kurabileceği ve çok para kazanacağı anlamına gelmez. Bunu, birkaç meslektaşımla denemiş birisi olarak net bir şekilde söyleyebilirim. Ama şu konu çok önem arz ediyor. Denemekten vazgeçmemek gerekmektedir.
Bir mühendisin çok donanımlı olması ticaretten anlamasına engel olmasa da şunu söyleyebilirim; Mühendis olarak bizlerin düşünme tarzıyla, ticaret erbabının düşünme şeklinin çok farklı olduğunu söyleyebilirim. Biz mühendislerin en büyük eksikliğini, her adımı, her şeyi çok düşünmekten adım atamamamız olarak özetleyebilirim. Bunu yakın çevremde etiketi ve EGO' suyla zirve yapmış birisiyle test etmiş birisi olarak net bir şekilde söyleyebilirim.
Son olarak; üniversite hocalarımızdan genç mühendis arkadaşlarımıza, maaşlı çalışmayı değil de kendi işini kuracak şekilde temel ve mühendislik bilgileri vermeleri gerektiğini söylemek istiyorum.

Webinar Sonu

Katılımınız ve ilginiz için teşekkür ederim…

Sunum içeriğine, EMO Trabzon Şubenin web sayfasından da ulaşabilirsiniz.

www.ahmetturanalgin.com

info@ahmetturanalgin.com

Bu web sitesinde; FORUM, BLOG ve MENÜ' lerde üyelik gerektiren makalelere tam erişim için Lütfen BLOG' a üye olunuz.