Elektronik Yük Projesi Analog Bölüm

[Endorfin35+]

Burada r3 geribeslemesinin fonksiyonu kalmadı gibi şu halde. Bir de diyelim ki smps test edeceğiz. simulasyonda yüklenicek gerilimi gürültülü bir formda uygulamak lazım. Belli bir frekansta testere ya da sinüs mesela. Proteus bunun için uygun değil, çakılıp kalıyor çoğu zaman. Ben de bu microcap - falstad veya ltspice öğreneyim.

R3 ün fonksiyonu bende anlayamadım. Çinliler koymuş diye bende şemada çizdim ama olmasa da olur gibi sanki...

Ben falstadı iki nedenden seviyorum. İlki paylaşmak için güzel, ikincisi program yükleme derdi yok, üçüncsü ücretsiz, dördüncüsü (bence) çakılma olayı diğerlerine göre daha az. Ancak sınırlı yapıda. Bilgisayar anakartı tasarlamadığım için bana yetiyor...

 

[Endorfin35+]

IRFP250N değerleri ;

21212 eklentisine bak

Mosfet ten X bir sabit akım çektiğimizi ve mosfeti yüklediğimizi düşünelim. Hali ile mosfet Isınacaktır. Şimdi maksimum 175°C olan junction sıcaklığından ortam sıcaklığını çıkardığımızda elimizde bize temiz 150°C ısı üretme şansı kalıyor. Mosfetin junction to case termal direnci 0.7C/W verilmiş. Termal direnç olaylarına yabancı arkadaşlar için açıklayayım. Bu değer mosfet üzerinde harcanacak her 1 watt enerji için mosfet sıcaklığının ne kadar artacağını belirtir. Isı artışımız en fazla 150°C olabiliyordu. O halde 150/0.7=214 Watt hesaplarız. Bu değer de zaten tabloda verilmiş.

Yanlız burada bir üç kağıt var. Bu hesapta mosfetin kılıfından (case) sonraki termal direnç sıfır kabul ediliyor. Gerçekte ise durum böyle değil. Kılıftan sonra havaya kadar olan bir termal dirençte var. Dolayısı ile hesap yapmamız gereken termal direnç daha yüksek. Mosfetin üzerine sıvı nitrojen dökersek belki o zaman 214Watt alabiliriz. Yoksa hayal.

Şimdi ulaşılabilir en iyi soğutucular CPU suğutucuları. Kaliteli olanların termal direnci 1 in altında. İzalatör ve termal macunun da termal direnci 1 olarak kabul edilebilir. Aluminyum blok ve fan kullandığımız varsayıyorum. Termal direncini de 1 Kabul ediyorum. O Halde toplam termal direnç = 0.7+1+1 = 2.7°C/W

150°C ye göre tekrar hesaplarsak ; 150/2,7= 55W Mosfet üzerinde sürekli haracanabilecek güç olarak ortaya çıkar. Bizde batarya deşarjlarında sürekli güç harcayacağımız için bu önemli.

21214 eklentisine bak

Güvenli çalışma bölgesine baktığımda 10V da 10A sorunsuz görünmesine rağmen mosfet ısıdan dolayı mefta olacaktır. Kısa süreli kullanımda sorun yok ama sürekli güç çekilemez. Bu noktada süreklilik olarak ne istediğimize karar vermek gerekiyor...

Burada bir detay daha var. Tamam 55W ı güvenli bir şekilde çekiyoruz. Ama junction 175C ye dayanıyor. Mosfet kılıfı dışarıdan 130C üzerinde... Yine süreklilik koşulu için konuşuyorum. Bu kadar sıcak çalışan bir devre istiyor muyuz. Biraz marj koymak lazım.

 

[semih_s]

Burada bir detay daha var. Tamam 55W ı güvenli bir şekilde çekiyoruz. Ama junction 175C ye dayanıyor. Mosfet kılıfı dışarıdan 130C üzerinde... Yine süreklilik koşulu için konuşuyorum. Bu kadar sıcak çalışan bir devre istiyor muyuz. Biraz marj koymak lazım.

Benim masadaki kıytırık ekran kartı soğutucusu yarım saat boyunca 100W yaktı. kasaya elle dokunulabiliyordu yani 60C altı denebilir.
100W * 0,7C/W 'den junction sıcaklığına 70+60=130 diyebiliriz. fiziki bir ölçek olması bakımından fotyu koyayım.

 

[athenas0arrows]

@Endorfin35+ şemadaki 10k dirençlere seri 1nf kondansatörlerin görevi nedir onları çıkarttığımda simülasyonda yine çalışıyor kondansatörler mosfetin ayarlanan değere çıkmasında biraz gecikme sağlıyor kondansatörler olmadığında değere direk çıkıyor

 

[Endorfin35+]

@Endorfin35+ şemadaki 10k dirençlere seri 1nf kondansatörlerin görevi nedir onları çıkarttığımda simülasyonda yine çalışıyor kondansatörler mosfetin ayarlanan değere çıkmasında biraz gecikme sağlıyor kondansatörler olmadığında değere direk çıkıyor

Opampın osilasyona girmemesi için. Hesaplama tekniğine hakim değilim. Deneme yanılma yapıyorum. Falstad onların görevini simule edemez. Gerçek devrede eklemeyi unutmayalım dlye çizmiştim.

 

[Endorfin35+]

Benim masadaki kıytırık ekran kartı soğutucusu yarım saat boyunca 100W yaktı. kasaya elle dokunulabiliyordu yani 60C altı denebilir.
100W * 0,7C/W 'den junction sıcaklığına 70+60=130 diyebiliriz. fiziki bir ölçek olması bakımından fotyu koyayım.

Anlamadım. Transistör neydi? Bakalım 100w ile ne olması gerektiğine.

55w hesabımı az mı buldun. Pratikte daha fazla mı olur demek istiyorsun?

 

[taydin]

10R çok düşük. Şöyle kaba bir yorum yapsam Opamp çıkışı 10V görebilir. Gate boşken ilk anda maks akım çekecektir. O zaman akım Ohm kanuna göre pik olarak 1A e çıkmak isteyecektir. Gerçekte ise opamp çıkışı yükselirken bir yandan da gate şarj olacağı için 1A eğilimi olmaz ama yinede 10R çok düşük. 1K olmasa bile 560R gibi değerler daha mantıklı geliyor.

Orada bir denge tutturmak lazım. Sadece ilk an için değil, mesela kare dalga üreten bir kaynağa bağladık yükü, o durumda sürekli olarak şarj deşarj olacak gate. O noktaya gelince dinamik davranışına da el atarız.

 

[taydin]

150°C ye göre tekrar hesaplarsak ; 150/2,7= 55W Mosfet üzerinde sürekli haracanabilecek güç olarak ortaya çıkar. Bizde batarya deşarjlarında sürekli güç harcayacağımız için bu önemli.

Benim söylediğim, SÜREKLİ harcanacak güce göre limit koymamak lazım. Sürekli olarak maksimum 55 W harcanabiliyorsa, kısa süreliğine (5 saniye, 10 saniye, artık neyse) hasar görmeden bundan daha fazla güç verebilir. O yüzden eğer belli bir marjla MOSFET kılıf ısısını takip edersek ısıya göre limit koyarsak daha mantıklı olur.

 

[semih_s]

Anlamadım. Transistör neydi? Bakalım 100w ile ne olması gerektiğine.

55w hesabımı az mı buldun. Pratikte daha fazla mı olur demek istiyorsun?

Bu transistör IRL540N idi ve 140W Tc=25C iken maksimum gücü. Datasheet eklediğin mosfet güç bakımından daha üstün IRL540'tan. Bence mosfet başına 55W düşük kalır cpu soğutucusu için.

 

[athenas0arrows]

Opampın osilasyona girmemesi için. Hesaplama tekniğine hakim değilim. Deneme yanılma yapıyorum. Falstad onların görevini simule edemez. Gerçek devrede eklemeyi unutmayalım dlye çizmiştim.

opamp hesaplamalarını yeni yeni öğrenmeye başladım yükselteç ve integral alıcı opamp yapısına çok yakın geldi devre üzerinde dc dolaşmasına rağmen kapasitörden seri halde dc geçmesi garip

IRL540'tan. Bence mosfet başına 55W düşük kalır cpu soğutucusu için.

ırfp250n kullanmak soğutma için daha iyi olmaz mı

 

[semih_s]

opamp hesaplamalarını yeni yeni öğrenmeye başladım yükselteç ve integral alıcı opamp yapısına çok yakın geldi devre üzerinde dc dolaşmasına rağmen kapasitörden seri halde dc geçmesi garip


ırfp250n kullanmak soğutma için daha iyi olmaz mı

Aynen çok anasının gözü mosfetmiş IRFP250N. Özdisanda şimdi baktım 40+KDV. Canına da okumak istemeyiz tabii.

 

[taydin]

En uç senaryonun da doğru çalışması için şöntün değerinin azalması gerekiyor. Herhalde voltaj çok düşünce MOSFET direnci artıyor nedir. 25 mΩ şönt ile 1 V da 10 A çekebiliyoruz. Ama şönt voltajı 250 mikrovolt.

Devreyi olabildiğince basitleştirdim. X6 bildiğimiz evirmeyen yükselteç. Sadece osilasyonu engellemek için C2 ilave edildi. Ama X5, tamamen open loop kazançla çalışıyor! İşte bu bana tuhaf geliyor.

 

[Endorfin35+]

Bu transistör IRL540N idi ve 140W Tc=25C iken maksimum gücü. Datasheet eklediğin mosfet güç bakımından daha üstün IRL540'tan. Bence mosfet başına 55W düşük kalır cpu soğutucusu için.

55w blok soğutucu için hesapladım.

 

[Endorfin35+]

Benim söylediğim, SÜREKLİ harcanacak güce göre limit koymamak lazım. Sürekli olarak maksimum 55 W harcanabiliyorsa, kısa süreliğine (5 saniye, 10 saniye, artık neyse) hasar görmeden bundan daha fazla güç verebilir. O yüzden eğer belli bir marjla MOSFET kılıf ısısını takip edersek ısıya göre limit koyarsak daha mantıklı olur.

Bu fikrine sıcak bakıyorum ve bana mantıklı geliyor. Ama yinede sürekli gücten yola çıkarak sürekli güce göre değil de anlık güce göre bir akım limiti belirlemek lazım.

 Mesela son şemanda 10A ile limitledin sistemi. Ama mesela ben vtc6 pil 30a veriyormu bakmak istiyorum. Nasıl olacak?

 

[semih_s]

En uç senaryonun da doğru çalışması için şöntün değerinin azalması gerekiyor. Herhalde voltaj çok düşünce MOSFET direnci artıyor nedir. 25 mΩ şönt ile 1 V da 10 A çekebiliyoruz. Ama şönt voltajı 250 mikrovolt.

Devreyi olabildiğince basitleştirdim. X6 bildiğimiz evirmeyen yükselteç. Sadece osilasyonu engellemek için C2 ilave edildi. Ama X5, tamamen open loop kazançla çalışıyor! İşte bu bana tuhaf geliyor.


21219 eklentisine bak

X5'te hesaplanabilir bir input-output oranı var. Bu durumda open loop sayılmaz. Cahilliğimden soruyorum aşağıdaki yapıdan tek farkı araya mosfet ve opamp girmesi değil mi?

55w blok soğutucu için hesapladım.

Yakarına irfp250n ile deney yapmak lazım. kasa sıcaklığı ve gücü takip ederek kontrollü bir sistemle. Kasa sıcaklığı ölçüm metodumuzu hesaplamalarda bir yere koyabilmek için.

 

[Endorfin35+]

X5'te hesaplanabilir bir input-output oranı var. Bu durumda open loop sayılmaz. Cahilliğimden soruyorum aşağıdaki yapıdan tek farkı araya mosfet ve opamp girmesi değil mi?


21220 eklentisine bak


Yakarına irfp250n ile deney yapmak lazım. kasa sıcaklığı ve gücü takip ederek kontrollü bir sistemle. Kasa sıcaklığı ölçüm metodumuzu hesaplamalarda bir yere koyabilmek için.

Evet başka bir fark yok. R9 gereksiz. Ancak şu fark var araya mosfet girince opamp çıkışındaki voltajı kazançtan bağımsız olarak değişkenlik gösterir.

 

[semih_s]

Ancak şu fark var araya mosfet girince opamp çıkışındaki voltajı kazançtan bağımsız olarak değişkenlik gösterir.

Ama yine de hesaplanabilir. Kazanç sabit olmaz sadece, bir fonksiyon olur, işin içine mosfet eşik vb. gerilimi girer. Transistörde çok daha belirgin bir kazanç oluyor. Yalnız şimdi uğraşasım yok.

 

[Endorfin35+]

Ama X5, tamamen open loop kazançla çalışıyor! İşte bu bana tuhaf geliyor.

Güç kaynağı projesinde de benzer bir yere takılmıştık. Bende bunun üzerine biraz araştırdım. Uzman değilim ama yorumum şöyle; opampın eviren evirmeyen gibi çalışma şekilleri kafa karıştırıyor. Opamp aslında sadece bir modda çalışıyor. Oda karşılaştırma. Diğer modlar ve kazanç karşılaştırma işleminin varyasyonları. Güç kaynağı projesinde opampın çalışma şekli için şöyle bir açıklama yazmıştım ;




Bir opamp ın (+) girişi, (-) girişi, çıkış ucu ve iki adet besleme gerilimi uçları bulunur. Genelde çizimlerde yukarıda olduğu gibi besleme uçlarına yer verilmez. Opamp doğası gereği girişlerine uygulanan sinyalleri eşitlemeye çalışır. (+) girişindeki sinyal büyük ise çıkışını pozitif yönde, (-) girişindeki sinyal büyük ise çıkışını negatif yönde arttırır. Giriş sinyallerinin seviyesi eşit ise çıkış sabit olur ve opamp çıkışı değiştirmeye çalışmaz. Başka bir ifade ile opamp her zaman giriş sinyallerini eşitlemeye çalışır.





Yukarıdaki resimde solda (+) girişe 5V gerilim uygulanmış ve çıkış ucundan (-) girişe geri besleme bağlantısı yapılmıştır. ilk anda (-) girişindeki herhangi bir gerilim (sıfır gibi düşünülebilir) olmadığından (+) giriş daha yüksektir. Opamp çıkışını hızlıca yükseltir. Opamp çıkışı yükseldikçe (-) girişindeki gerilimde yükselir. Opamp çıkışı 5V 'a ulaştığında (-) girişte 5V olmuştur. Dolayısı ile (+) ve (-) girişteki gerilimler eşittir. Opamp çıkışını daha da arttır ise (-) girişteki gerilim yüksek olduğu için opamp çıkış gerilimini aşağı çekmek ister. Bu nedenle opamp çıkış gerilimini daha fazla arttırmaz ve 5v da sabit tutar. Resimde sağ tarafa bakacak olursak (+) girişe -5V uygunlandığı görülür. İlk anda (-) giriş sıfırdır ve (+) girişten daha büyüktür. Bu nedenle opamp çıkışını negatif yönde artırarak -5Voltta dengeye gelir. Görüldüğü üzere opampın (+) girişine pozitif sinyal uygulanır diye bir kural yoktur. Hem (+) hemde (-) girişlere pozitif ve negatif sinyaller uygulanabilir. Aslında (+) giriş faz çevirmeyen, (-) giriş ise faz çeviren opamp girişlerdir.

Giriş sinyalinde faz (ters) çevirme isteniyor ise sinyal (-) girişe uygulanır. Bir başka önemli detay ise opmaplar da geri besleme her zaman (-) girişe bağlanır. Yukarıdaki devrede (+) giriş gnd ye bağlıdır ve dolayısı ile sıfırdır. (-) giriş ise 5V dur. (-) giriş büyük olduğu için opamp çıkışını negatif yönde arttırır. Çıkış -5V e geldiğinde 10K dirençler ile oluşturulmuş gerilim bölücünün orta noktasındaki yani opamp ın (-) girişindeki gerilim 0V olur. Dolayısı ile (+) ve (-) girişteki gerilimler eşitlenmiş olduğundan opamp -5V çıkış ile dengeye oturur.


(+) giriş kullanıldığında da geri besleme üzerinde gerilim bölücü kullanılabilir. Gerilim bölücü ile de çıkış gerilimi seviyesi istenildiği gibi ayarlanabilir. Yukarıda çıkış seviyesi giriş sinyaline göre iki kat yükseltilmiştir. Opamp adındaki (işlemsel yükselteç) yükseltici ifadesi de buradan gelmektedir. Diğer bir önemli konu ise Opamplar giriş uçlarından çok az akım çekerler buna karşın çıkış ucundan nispeten yüksek akım çekilmesine izin verirler. Opamp çıkışından çekilen akım çıkış sinyalini etkilemez. Opamp giriş çıkış bağlantıları üzerinde daha birçok cambazlıklar yapılarak opamplar ile bir çok farklı kullanım durumu oluşturulur. Ayrıca dikkatinizi çekmek istiyorum. Yukarıdaki gerilim bölücü dirençler lm317 dış devresi ile aynı değil mi...

Opamp ın çıkış voltajı ne kadar yüksek olmalı veya en fazla ne kadar olur konusu da açıklamaya çalışayım. Öncelikle opamp ın negatif voltaj ile işlem yapması isteniyor ise mutlaka opamp beslemesi +/- şeklinde (simetrik) olmalıdır. Negatif sinyal kullanılmayacak ise negatif besleme girişi Gnd ye bağlanabilir. Pozitif besleme girişi pozitif ray, negatif besleme girişi negatif ray olarak ifade edilir. Çıkış voltajının seviyesi bu iki ray arasında sınırlıdır ve genellikle rayların seviyesine eşit olamaz. Kabaca hem pozitif hem de negatif taraftan 1V civarında bir marj vardır. Ancak bazı opamp çeşitleri rail to rail özelliğine sahiptir ve çıkış voltajları ray voltajına eşit olabilir. Kullanılan opampın çıkış seviyesi hakkında en iyi referans üreticinin datasheet dosyasını incelemek olacaktır. Besleme voltajları ise genelde +/-15V seviyesindedir. Opamplar hakkında yeterince fikir sahibi olduğumuza göre tasarımımıza geri dönelim ve tekrar inceleyelim.

Simülasyon için tıklayınız.

Ayarlı bir referans gerilimimiz var ve opamp ın (+) girişine bağlı. (-) girişe geri besleme sinyalimiz bağlı ve bu sinyal gerilim bölücü üzerinden gelerek iki kat kazanç sağlıyor. İlk durumda (+) girişte 4.5V var ve (+) giriş daha yüksek olduğu için opamp çıkış voltajını yükseltiyor. Çıkış sinyali 9.6V olduğunda geri besleme gerilim bölücü direnci bağlantı noktasında (aslında çıkışta) 9V gerilim seviyesi oluşuyor. Gerilim bölücü ile 9V bölünerek 4.5V geri besleme sinyali gönderiliyor ve opamp dengeye oturuyor. Çıkış gerilimi düşme eğilimi gösterir ise geri besleme voltajı da düşeceği için opamp hemen çıkışı yükselterek dengeyi tekrar sağlıyor. Bu tasarım bizim temelimizi oluşturacaktır.

---

Opamp konusunda gürültü, band genişliği, slewrate gibi konularda hala eksiğim var.

 

[Endorfin35+]

Ama yine de hesaplanabilir. Kazanç sabit olmaz sadece, bir fonksiyon olur, işin içine mosfet eşik vb. gerilimi girer. Transistörde çok daha belirgin bir kazanç oluyor. Yalnız şimdi uğraşasım yok.

Aynen, Kazanç diğer elemanların karakteristiğine göre dinamik olarak değişir. Hesaplanabilir ama bence hesaplamaya hiç gerek yok. Otomatik çalışan bir şey var işte kurcalamayalım.

 

[semih_s]

Yahu bu falstat simülasyonlarının gösrselleştirmesi çok güzel de o sol yukardaki menu sekmelerini görünce göğsüme öküz oturmuş gibi oluyorum bunu da öğrenmek için saatler harcamak yıldırıcı geliyor.