AC elektronik yük tasarımı alternatifleri

[clc]

Aslında daha konuyu açarken, istediğim özellikleri belirtmem gerekirdi. Belirtmeyince de tabi sen "bağla uygun direnç kombinasyonunu olsun bitsin" diyorsun

Neyse, burada özellikleri belirteyim.

Mümkün olduğunca gerçek, fiziksel direnç gibi davranan bir AC elektronik yük yapmak istiyoruz.

* Tüketilebilecek maksimum güç 1 kW (ama biraz esneklik olacak yukarı doğru, aşağıda anlatıyorum)

* Maksimum giriş voltajı 300 Vrms

* Çalışma frekans aralığı 45 - 500 Hz

* Minimum giriş voltajı 1V (Bunu keyfi seçiyorum, mutlaka olmak zorunda değil. Neden 1V? Çünkü 0V muhtemelen mümkün değil de ondan)

* Maksimum akım da 20 Arms diyelim. Bunu keyfi seçiyorum. 300 V da maksimum akım 3.333 A olacak, ama daha düşük voltajlarda üst limiti biz belirleyeceğiz seçtiğimiz transistör ve soğutmaya göre.

* Kısa devre etme özelliği (en kısa sürede en büyük akımı çek)

* Akım ayarlama çözünürlüğü 10 mArms

* Voltaj ayarlama çözünürlüğü 0.1 Vrms

* Direnç ayarlama çözünürlüğü 100 mΩ

* Güç ayarlama çözünürlüğü 0.1 W

* Tepki süresi 100 mikrosaniye

* Cihazın her türlü koruma özelliği olacak. Aşırı voltaj, aşırı akım, aşırı güç, aşırı sıcaklık vs. Soğutma sistemindeki fanlar da sıcaklığa göre adaptif devirle çalışacak. Ama gerektiğinde aşırı akım ve aşırı güçte bir süre eşiği verebileceğiz. Yani aşırı akım çekildiği için anında çıkışı kesmeyecek, sıcaklık veya ayarlanan süre izin verdikçe devam edecek çekmeye.

* Programlanabilirlik. Arabirim önemli değil, RS232 olur, USB olur, LAN olur, her neyse. Cihazın bütün çalışma parametreleri yapılandırılabilmeli, ayarlanan parametreler geri okunabilmeli, cihazın yaptığı ölçümler (voltaj, akım, güç) de okunabilmeli.

* Ölçüm doğruluğu %0.5

* Saniyede 500 kez devreye sokulup çıkarılabilmeli.

* Desteklenecek modlar: Sabit akım, sabit direnç, sabit güç

* Devreye girme anı, giriş sinyaline göre yapılandırılabilmeli. Bu da faz açısı şeklinde veya sıfır geçiş noktasına göre mikrosaniye delay şeklinde olmalı.

* Devreye girme süresi ayarlanabilmeli. Mesela 10 mikrosaniyede devreye girebilmeli, veya yumuşak bir şekilde 10 saniyede devreye girebilmeli.

Başta böyle dememiştiniz ama ayıp oldu şimdi, benim yaptığım öneri de olan devre de yalan oldu

Voltaj ölçme olacak sanırım?

 

[taydin]

Başta böyle dememiştiniz ama ayıp oldu şimdi, benim yaptığım öneri de olan devre de yalan oldu

Voltaj ölçme olacak sanırım?

Daha ilerisi için daha farklı hedefler de var. Kendimiz yapınca, böbrek dalak vermeden bunu yapabileceğiz, fiyat daha uygun olacak. O yüzden mesela sonrası için:

* Seri bağlama olanağı (daha yüksek voltaj dayanımı)

* Paralel bağlama olanağı (daha yüksek akım)

* Üç fazlı yük

* Sense özelliği ile kablolarda düşen voltajı egale etme

Voltaj, akım, güç ve direnç ölçümü olacak. Bunlar en temel ölçümler, bütün DC elektronik yüklerde var.

 

[taydin]

benim yaptığım öneri de olan devre de yalan oldu

O ters bağlı MOSFET yapısı bana mantıklı geliyor. Onu mutlaka deneyeceğim. Drain/source voltajının gate eşiğine etkisinin aslında tam olarak grafiğini çıkarabiliriz. Elimde SMU'lar var. Birisini DS arasına, diğerini GS arasına bağlayıp bütün çalışma voltajları için süpürebiliriz ve DS voltajına bağlı gate eşiğinin grafiğini elde edebiliriz.

 

[semih_s]

Opamp için dac ile çıkış üretmek yerine, opamp referans voltajını, altif doğrultucu lullanarak, ölçülecek aynaktan gerilim bölücüyle alıp, ger beslemeyi de basit e yüklerdeki gibi mosfet emitteri source'u ile gnd arasındak şönt dirençten almanın bir sakıncası veya olumsuz etkisi olur mu.
Dac kullanarak aktif şekilde giriş voltajına uygun sinyal üretmek yerine, doğrudan giriş voltajından referans üretmek nasıl olur. Dijital kontrol için dijital pot kullanılabilir.

 

[clc]

Daha ilerisi için daha farklı hedefler de var. Kendimiz yapınca, böbrek dalak vermeden bunu yapabileceğiz, fiyat daha uygun olacak. O yüzden mesela sonrası için:

* Seri bağlama olanağı (daha yüksek voltaj dayanımı)

* Paralel bağlama olanağı (daha yüksek akım)

* Üç fazlı yük

* Sense özelliği ile kablolarda düşen voltajı egale etme

Voltaj, akım, güç ve direnç ölçümü olacak. Bunlar en temel ölçümler, bütün DC elektronik yüklerde var.

Hocam güç elektroniğinde genellikle bu kesin rezistif olsun diyince gidip R bulunur, yapılır takılır. Bu yüzden belki komik gelecek ama 20kW 50kW hatta daha üstü anma gücünde olan dirençler üretiliyor. Sizin saydığınız speclerde bir ürün için nasıl bir yol izlenir gerçekten emin değilim ama back to back inverter yapısı ile bence istediğinizi yapabilmeniz daha olası duruyor.

 

[devreci]

@taydin hocam ülkemize has genel kabul görmüş sorular vardır , memleket nere , ne iş yapıyorsun , bunu nerede kullanacaksın ?

@clc bu devre harmonik yapar mı ? bende bahsettiğim simulsyon programları yok sen denesene

 

[clc]

O ters bağlı MOSFET yapısı bana mantıklı geliyor. Onu mutlaka deneyeceğim. Drain/source voltajının gate eşiğine etkisinin aslında tam olarak grafiğini çıkarabiliriz. Elimde SMU'lar var. Birisini DS arasına, diğerini GS arasına bağlayıp bütün çalışma voltajları için süpürebiliriz ve DS voltajına bağlı gate eşiğinin grafiğini elde edebiliriz.

Drain source voltajının gate eşiğine etkisine ihtiyacımız yok hocam, akımdan geri besleme aldığı için kendini düzeltir. Benim o fonksiyona bağlı voltaj kaynağı yaptığım noktada çözüm mevcut, transresistance amplifier+opto+transimpedance amplifier üçlüsü ile çözülebilir. Burada sıkıntı şu ki bütün o voltaj aralığında gerçekten mosfet istediğimiz bölgede mi, o sorunun cevabu da sanırım evet

 

[taydin]

ne iş yapıyorsun

Şu anda gömülü sistemler için firmware geliştirme işi yapıyorum, linux dağıtım hazırlıyorum, sistem yazılımları geliştiriyorum. Ama eğitim olarak elektronik mühendisliği mezunuyum.

bunu nerede kullanacaksın ?

Şu kullanım alanları olacak benim için

1) UPS tamir sonrasi test etmek

2) Güç elektroniği öğrenmek ve sonra da proje yapıp paylaşarak başkalarının da öğrenmesine yardımcı olmak. Zaten forumu da bunun için oluşturdum

3) İnverter tasarımı. İşi iyi öğrenirsem buradan ticari birşey de çıkabilir. Bakıyorum yerli UPS'lere, içlerinde hep yabancı fason tasarım kartlar var.

İşin içine ÖĞRENME girdiği anda, zaten otomatik olarak ölçüm sadakati iyi olan ve davranışı deterministik olan cihazlarla çalışmak gerekiyor. Yoksa kısıtlı cihaz ile çalışırsan, onun sana kuracağı tuzaklar ve yaratacağı sürprizler o kadar fazla olacaktır ki, sen asıl öğrenmen gereken şeye odaklanamayacaksın.

 

[taydin]

Burada sıkıntı şu ki bütün o voltaj aralığında gerçekten mosfet istediğimiz bölgede mi, o sorunun cevabu da sanırım evet

Aslında MOSFET yapısını, minimum voltajı düşürmek adına yararlı buluyorum. Sence böyle bir yapı ile minimum çalışma voltajı ne olur? Yani mesela 0.2 Vrms lik bir AC kaynaktan ayarlı bir akım çekebilir miyiz? BJT ile bu olmaz, çünkü kollektör emiter satürasyon voltajı zaten 0.2 V dan fazla olacaktır.

 

[Ahmet Develi]

Aslında MOSFET yapısını, minimum voltajı düşürmek adına yararlı buluyorum. Sence böyle bir yapı ile minimum çalışma voltajı ne olur? Yani mesela 0.2 Vrms lik bir AC kaynaktan ayarlı bir akım çekebilir miyiz? BJT ile bu olmaz, çünkü kollektör emiter satürasyon voltajı zaten 0.2 V dan fazla olacaktır.

Hocam bunu yapmak oldukça zor olacaktır. Genelde mosfet eğrileri bu şekilde. RdsOn çok çok düşük bir mosfet bulmak lazım. 1V'da 20A çekmek için en çok 50mohm olmalı. Limit RdsOn'da saklı aslında. Tabi GS voltajı da neredeyse açılma gerilimine takın olacak böyle olunca.

 

[Ahmet Develi]

Başka bir sorun da aklıma geldi, o yüzden paralellemek şart olacak görüşündeyim. Seçtiğiniz gerilimden dolayı en az 500-600V mosfet kullanmamız gerekecek. Bunların da iç dirençleri silikon bazında düşük değil. Düşük olanlar da epey pahalı. Belki de sic kullanmak gerekecek. Bu konuda da benim deneyimm çok yok belki kullanmış olan arkadaşlar bilecektir.

Zero geçişler aşılırsa sanki birbirine back to back bağlı modül IGBT'ler güzel olur gibi duruyor tabi bu ilk izlenimim, yanlış olabilir düşüncem üstünkörü yazıyorum.

 

[clc]

@taydin hocam ülkemize has genel kabul görmüş sorular vardır , memleket nere , ne iş yapıyorsun , bunu nerede kullanacaksın ?

@clc bu devre harmonik yapar mı ? bende bahsettiğim simulsyon programları yok sen denesene


27295 eklentisine bak

Hocam yapar evet, ama tatmin olmanız için buyrun simulasyon sonucu.

Kurulan devre:

Akım ölçümünün takılı olduğu noktadan alınan akım ölçümüne ait olan FFT:

Hayır sen voltaja onu kendin enjekte ettin diyecekler için buyrun bu da voltaj:

 

[Ahmet Develi]

Vallahi ders niteliğinde @clc hocam.

 

[Ahmet Develi]

Aklımdaki devrenin benzeri burada hocam. Bu tarz bir şey bence temel olacak.

 

[taydin]

Aklımdaki devrenin benzeri burada hocam. Bu tarz bir şey bence temel olacak.

Bunu simulatörde kurup bakayım o zaman. Çalışırsa, iş gören en temel devre olur herhalde.

Ama benim sistemde bir de referans voltajının program ile ayarlı yapılması gerekiyor. Kazancı elektronik olarak yüksek çözünürlüklü ayarlanabilen bir opamp lazım.

 

[clc]

Opamp için dac ile çıkış üretmek yerine, opamp referans voltajını, altif doğrultucu lullanarak, ölçülecek aynaktan gerilim bölücüyle alıp, ger beslemeyi de basit e yüklerdeki gibi mosfet emitteri ile gnd arasındak şönt dirençten almanın bir sakıncası veya olumsuz etkisi olur mu.
Dac kullanarak aktif şekilde giriş voltajına uygun sinyal üretmek yerine, doğrudan giriş voltajından referans üretmek nasıl olur. Dijital kontrol için dijital pot kullanılabilir.

O zaman giriş voltajında olan harmonik doğrudan talep edilir, istenilen bu ise tabiki olur.

Edit: normalde bunu yapmayı sevmem ama, mosfet, ganfet gibi elemanlarda drain source, igbt, bjt gibilerde collector emitter kullanıyoruz, bunlar karışınca bazen anlam bozuluyor.

 

[clc]

Aslında MOSFET yapısını, minimum voltajı düşürmek adına yararlı buluyorum. Sence böyle bir yapı ile minimum çalışma voltajı ne olur? Yani mesela 0.2 Vrms lik bir AC kaynaktan ayarlı bir akım çekebilir miyiz? BJT ile bu olmaz, çünkü kollektör emiter satürasyon voltajı zaten 0.2 V dan fazla olacaktır.

Emin değilim açıkcası bundan, ancak bence 0.2-300vrms için aynı mosu kullanmak çok iyi olmayabilir, kullanılan mos kesinlikle alt noktayı etkileyecek. 0.2vrms durumunda, shunt direnci bile ekstra ufaltmak lazım ki range açılsın.

Aklımdaki devrenin benzeri burada hocam. Bu tarz bir şey bence temel olacak.

Nmos+pmos kombinasyonu işi rahatlatmış baya.

Kazancı elektronik olarak yüksek çözünürlüklü ayarlanabilen bir opamp lazım.

Bu neden lazım ki? Bu aradığınızı bulamayabilirsiniz, gaini ayarlanabilen diff ampler bile ciddi pahalı oluyor

 

[taydin]

Opamp için dac ile çıkış üretmek yerine, opamp referans voltajını, altif doğrultucu lullanarak, ölçülecek aynaktan gerilim bölücüyle alıp, ger beslemeyi de basit e yüklerdeki gibi mosfet emitteri ile gnd arasındak şönt dirençten almanın bir sakıncası veya olumsuz etkisi olur mu.
Dac kullanarak aktif şekilde giriş voltajına uygun sinyal üretmek yerine, doğrudan giriş voltajından referans üretmek nasıl olur. Dijital kontrol için dijital pot kullanılabilir.

Ben de ilk başta öyle düşünmüştüm tasarımı. Analog Devices'in RMS ölçen çipleri var. Onunla akım şöntünü okuyup DC referans ile karşılaştırma yapmayı düşünüyordum. Ama bunun tepki süresi uzun olur. Çipin belli sayıda alternans görmesi lazım ki sağlıklı ölçüm yapabilsin. Ama AC referans kullanırsan, feedback döngüsü çok sıkı oluyor, tepki süresi de çok kısalıyor.

Aslında bir dsPIC ADC girişi ile giriş voltajını okuyup senktron olarak, genliği ayarlanmış bir çıkış üretilebilir. İstediğin gecikmeyi programda ayarlarsın. Giriş sinyaline de çok kaliteli filtreleme uygulama şansın olur

 

[taydin]

Bu aradığınızı bulamayabilirsiniz,

Programla ayarlıyacağız çekilecek akımı, o yüzden mekanik potansiyometre kullanamam. PGA çipleri var ama bunların çözünürlüğü çok iyi olmuyor.

Programmable & variable gain amplifiers (PGAs & VGAs) product selection | TI.com

Select from TI's Programmable & variable gain amplifiers (PGAs & VGAs) family of devices. Programmable & variable gain amplifiers (PGAs & VGAs) parameters, data sheets, and design resources.

www.ti.com

 

[Ahmet Develi]

Hocam 300Vac ve 0.1Vac ayar için peak to peak 848V sense etmek gerekiyor. 12bir adc ile 0.146Vac aralıklı step oluşturabilirsiniz. Bence ölçümlerden gidip yavaş yavaş kalbine ilerlemek gerekebilir. Olayı parçalı düşünmek işimizi kolaylaştırabilir o yüzden back to back mosfet demiştim.

Pozitif yarım dalgada neler aktif olacak nasıl devreyi süreriz bence onu çizelim. Sonra da
Negatif yarım dalgada neler aktif olacak onu. Sonra birleştirmeye çalışalım.