5.2V, 5.25A güç kaynağı

[taydin]

Elimdeki spektrum analizörün SMPS güç kaynağının yerine geçici olarak lineer bir güç kaynağı koymayı düşünüyorum (sonradan gene SMPS yapacağım onu).

Kendimce hesaplarını yaptım, iki köprü diyodu voltaj düşümü ekledim, bir de regülatör için 2V koydum. 5.2 + 1.4 + 2 = 8.6V, hadi 9V de, bir trafo sargısı kullanacağım. 10 Amperlik de köprü diyot ve iki tane de 4700 µF paralel kullanayım diyordum.

Sonra dedim ki şunun TINA altında bir simulasyonunu yapayım. Ve yaptığıma pişman oldum. Bu değerler kesinlikle yetersiz kalıyor ve çıkıştaki voltajda inanılmaz derecede dalgalanma var! Bunu bir de siz kontrol edin arkadaşlar, bir yanlış görebiliyor musunuz?

 

[taydin]

Şimdi burada 9V peak değere sahip, 50 Hz lik bir sinüs dalga veriyorum köprüye. Köprüden sonra, 9400 µF lık kondansatör var. Kondansatörün ESR'sini 10 mΩ olarak belirttim.

Beni ilk şaşırtan şey, devre ilk açıldığında oluşan çok yüksek değerli akım. 30 Ampere yakın bir akım geçiyor. Bu da boş olan kondansatörün ilk defa şarj olmasına karşılık geliyor. Buradaki şarj akımını sınırlandıran tek şey, trafonun sekonder direnci, kondansatörün ESR'si, ve köprü diyotların ON direnci.

 

[taydin]

Neyse kondansatör bir kere şarj olduktan sonra bir daha bu 30 Ampere yakın olan akım geçmiyor. Ama AM3'ün sonraki değerlerine bakacak olursak, gene peryodik olarak 20 Ampere yakın akım çekiyor.

Burada yükün çektiği peak akım 5 Amper, ki istediğim de bu. Geriye kalan 15 Amperi kondansatör çekiyor Bu nasıl iştir yav?

 

[taydin]

Bir de çıkış voltajında inanılmaz dalgalanma var. Voltaj 7.35V ile 4.65V arasında değişiyor. Yani tamamen çöp devre ...

Çıkış voltajındaki dalgalanmanın minimum değerinin 5.2V + 2V = 7.2V dan aşağı olmaması lazım ki regülatörler doğru çalışsın. Bunu temin etmek için de trafo sekonder voltajını 12V yapmam gerekiyor! O zaman da ilk andaki akım 33A oluyor. AM3 'ün peak değerleri de 25A oluyor!

Bu durumda çıkış voltajı 7.21V ila 10.47V arasında değişiyor.

 

[taydin]

Hadi ilk andaki 33A'i saymayalım. Muhtemelen güçlü köprü diyotlar bir defalık akım darbesine dayanır diyelim. Veya hiç olmadı, oraya bir şok bobini koyup o akımı biraz kontrol altına alabiliriz. Ama sonrasında saniyede 100 defa 25 Amper çekiyor bu 10 Amper'lik bir köprü diyot buna dayanır mı bilemiyorum. Dayansa da kısa sürede nalları diker gibime geliyor

 

[taydin]

Bu sonucu görünce şaşırdım, ama üzerinde düşününce şöyle bir mantığı var:

Yük çok fazla akım çekince kondansatördeki şarjı epey bir azaltıyor. Kondansatörü tekrar doldururken de, akımı sınırlayan birşey olmadığı için çok yüksek bir akımla şarj oluyor.

Sanırım bu simulasyonda yeterince akımı sınırlayan etkiler hesaba katılmamış. Belki de gerçek devrede parazitik dirençler akımı çok daha iyi sınırlayacaktır.

 

[taydin]

Bugün konu ile ilgili epey denemeler daha yaptım. Birçok yeni şey de öğrendim.

Öncelikle, daha önce yaptığım devrede, AC voltaj kaynağının iç direnci 0 idi. Bu tabiki yanlış. Orada bir trafo sekonder sargısı var ve onun da iç direnci var. Elimde olan 5V, 7A lik bir trafonun sekonderini 4 terminal kelvin prob ile ölçtüm, direnç 24 mΩ çıktı. Bu iç direnci de hesaba katınca akım biraz daha düştü. PCB yollarının direnci, kondansatör bacakları, vs derken bu akım biraz daha düşecek.

Bunun dışında, asıl önemli konu, köprü diyotlar, kısa süreli çok yüksek akım darbelerine dayanıklı şekilde imal edildiğini görüyorum. Her köprü diyot için datasheet'te "peak forward surge current" gibi bir değer var. Bu, tek bir sinüs dalgası için ne kadarlık bir darbe akımına izin verildiğini gösteriyor. 10 Amper'lik bir köprü diyodun datasheet'inde, tek bir sinus dalgası için 300 Amper'e kadar izin verildiği belirtiliyor. Demekki benim kullandığım 10 A lik köprü diyotta peryodik olarak 25 A lik şarj akımlarının bir sorun teşkil etmemesi lazım diye düşünüyorum.

Devrenin nihai şeklini şu şekilde çizdim: AC kaynağın yerine bir trafo koydum. Modelde iç direnç tanımlama olanağı olmadığı için iç direnci seri bağladım. AC kaynağı primere verdim ve 220Vrms uyguladım. Trafo çıkışı 9.2Vrms

Köprü diyottan hemen sora 500 µH lik bir şok bobini koydum. Şu anda kapasitörün değeri 9400 µF.

 

[taydin]

Köprü diyotlardan geçen akım (AM3), 0 ila 18A arasında değişiyor. Şimdi bu duruma göre, trafonun sekonderini nasıl seçmek lazım?

AM3'ün ortalama değerini hesaplattım, 7.57A. AM3'ün RMS değerini hesaplatınca, 11.74A. Şimdi trafonun sekonderinin akım kapasitesini neye göre seçmemiz gerekiyor?

Trafo sekonder voltajı belli, 9.2Vrms olması gerekiyor.

 

[taydin]

Yani iki tane 4700 µF kapasite, her birisinin ESR'si 10 mΩ olacak şekilde mi?

 

[taydin]

Kapasitelerin değerleri çok önemli değil, Uygun bir değer seçilebilir.
Önemli olan iki ground arasındaki direnç faktörüdür. Bu direnç ESR den farklıdır.
ESR faktörünün hesap edilebilmesi için her bir kondansatöre seri birer direnç bağlanabilir. Kullanılan kondansatörün ESR direnci biliniyorsa o değerde bir direnç konulabilir.

Tamam mevcut değerlerle yapayım. Bu kondansatörler elimde var, ESR'lerini ölçtüm, gerçekten 10 mΩ

 

[taydin]

Sağdaki şaseyi referans alınca şöyle bir sonuç çıkıyor. Toplam akım fazlalaşıyor ve çıkış gereken voltaj ve akım değerlerini artık sağlayamıyor.

 

[taydin]

Şase olarak soldakini referans alınca, test sonuçlarında neredeyse hiç değişiklik olmuyor.

 

[taydin]

Ortalama akıma göre trafo sardırsam, ve doğrusu RMS değer ise, o zaman trafo aşırı derecede ısınacak, ve çıkış voltajı da gereken seviyede olamayacak. Trafo ıskarta olacak. RMS değere göre trafo sardırsam, ama doğrusu ortalam değer ise, o zaman da gereksiz yere çok iri bir trafo kullanmış olacağım.

Şurada bir hesaplama dokümanı var:

http://www.hammondmfg.com/pdf/5c007.pdf

Bu dokümana göre, trafo sekonder voltajının 9.55V olması gerekiyor (bu doküman diyot voltaj düşümlerini ve 2V regülasyon fazlasını hesaba katmıyor, onu da hesaba katarak yaptım). Benim simulasyona göre 9.2V yeterli.

Akıma gelince, bu doküman trafonun sekonderinin 5.58A yeterli diyor. Benim hesaba göre en az 7.57A verebilmesi gerekiyor.

Bir yerlerde yanlışlık var ama anlamadım ...

 

[taydin]

Bu durumda kondansatörlerin değerlerini düşürmek icab ediyor.

3300 µF ile denedim. Toplam akım 16A'e düşüyor, bu bir iyileşme. Ama artık gereken çıkış voltajı ve akımını veremiyor. Ripple çok fazlalaşmış oluyor

 

[taydin]

Her bir kondansatörün ESR direncini ilave ettiniz mi.

Evet her birisi 10 mΩ. O iki şasedeki 10 mΩ'u niye denemek istedin? Onun nasıl bir katkısı olacak? O daha çok gerilim düşürtüp durumu kötüleştirmez mi?

 

[taydin]

Ground hattı direnci sıfır olamaz.
Gerçek uygulamada bu direnç mutlaka olacağı için etkilerinin hesaplanması gereklidir.

Uygun kalınlıkta kablo kullanarak falan artık onu bir şekilde minimize ederiz abi.

Adamlar boşuna bunun güç kaynağını SMPS yapmamışlar Fındık kadar bir trafo, hem 5V, 5.25A sağlıyor, hem de aynı trafodan 15V, 2.2A, 15V, 2A, 12V, 1A alıyorlar.

Ben burada sadece 5V, 5.25A için kalorifer gibi bir trafo koymam gerekecek

 

[taydin]

Ama gene de bu işi tam olarak anlamak istiyorum. Bir kıytırık tam dalgo köprü doğrultucuda bu kadar detay olduğunu tahmin etmezdim. Ortalama akıma göre bir trafo yaptırıp deneyeceğim bakalım.

 

[taydin]

Abi çok büyük fark yaratıyor. 18A lik trafo ile 7 A lik trafo boyut olarak baya farkeder.

Regülatör zaten kullanacağım, ripple'ın fazla olması önemli değil. Önemli olan ripple'in dip noktasının 7.2V ve üzeri olması. Aynı şekilde akımın da dip noktasının 5.25A üzeri olması. Benim yaptığım şoklu devre bu iki şartı da sağlıyor, sonrasını regülatör halledecek zaten.

Ama işe trafo sekonderini nasıl seçeceğiz. Bunu netleştirmek istiyorum.

 

[taydin]

EEVBlog'da konu açtım, birisi 7.5A diyor ama, nasıl seçileceği hala net değil

https://www.eevblog.com/forum/projects/trasformer-rating-for-bridge-rectifier/msg2130289/#msg2130289

 

[taydin]

Adam.. PARDON.. Buradaki BEY iyi yazmış..

Tamam da, neden öyle? Yani 7.5 amperlik trafo alırsam, saniyede 100 defa kısa süreler için 18A verebilir mi yanıp kavrulmadan?

Trafocuya sorsam, orada asıl trafoyu tasarlayan adamla konuşmadıktan sonra cevap almak imkansız. Adam kesin kızacak "kardeşim 18A lik trafo mu istiyorsun 7.5A mi? Bana amperi söyle!"