Şebekeden beslenen bir devrede, çok düşük maliyet ve çok küçük boyut gerekiyorsa, kapasitif düşürücü yaygın kullanılan bir çözümdür. Burada, kapasitörün reaktansı kullanılarak şebeke voltajı, çok düşük bir ısı kaybı ile bir elektronik devrenin çalışacağı voltaj seviyelerine düşürülür. Kapasitif düşürücü, sadece gereken akım çok düşük ise mantıklıdır. Örneğin 20 mA akım gereksinimi olan bir mikroişlemcili devreyi kapasitif düşürücü ile çalıştırarak bir trafo veya bir SMPS modülü kullanmaktan kurtulabiliriz.
Bu sistemin çalışma mantığını anlatmak için en temel devre aşağıdaki gibidir.
Buradaki devrenin tasarımında, 30 mA lik bir akım ihtiyacı varsayıldı. Bir LDO ile 3.3 V elde edebilecek şekilde yeterince yüksek bir doğrultulmuş voltaj istiyoruz. Zenerin üzerindeki voltajın fazla değişkenlik göstermemesi için en kötü durumda bile 30 mA akım geçmesini garanti edeceğiz. İstediğimiz yük akımı da 30 mA, toplam 60 mA yapıyor. Şebeke voltajının tepe değeri olan 310 VDC ye göre hesaplarsak bize 5.1 kΩ gibi bir reaktans gerekiyor. 560 nF kondansatör ile 5.6 kΩ elde ediyoruz. Yukarıdaki simulasyonda maksimum yük akımı olan 30 mA e yakın akım çekiliyor. Zener ileri yönde 60 mA, ters yönde 30 mA akım taşıyor. Zenerin kırılma voltajı 6.2 V olduğuna göre, 0.372 W güç harcanacak üzerinde. Bu durumda yarım watlık bir zener kullanmamız gerekir.
Yalnız bu devrede bir sorun var. Cihaz ilk fişe takıldığı anda C1 kondansatörü boş olacaktır. Eğer o anda şebeke voltajı da tepe değerinde ise, çok kısa süreliğine çok yüksek bir akım geçecek kondansatörden ve dolayısıyla da zenerden. Burada simulatörde herşey ideale yakın olduğu için çok abartılı bir değer olan 150 A lik bir akım çıkıyor, gerçek devrede bu akım daha düşük olacaktır. Ama gene de zenerin normal çalışma akımının çok üzerinde olan bir akım, kısa süreliğine zener üzerinden akacaktır.
Buradan dolayı bir sorun yaşamamak için akımı sınırlandıran seri bir direnç kullanmamız gerekir. Mesela 100 Ω bir direnç kullansak, akımı ideal şartlarda 3.1 A ile sınırlandırmış oluyoruz. Gerçekte, kaçak endüktans nedeniyle bu akım daha düşük olacaktır.
Aşağıda devreye direnç ekledikten sonraki simulasyonu görüyoruz. Devreden gene istediğimiz çıkış voltajını ve akımını alıyoruz, ve en kötü durumda fişe takıldığında da aşırı akım çekilmesinden dolayı zenerin patlama riskini de en aza indirmiş oluyoruz.
Burada yapabileceğimiz başka bir iyileştirme, cihaz şebekeden ayrıldığında C1 üzerindeki voltajın boşalmasını sağlamak. Böylece cihaz şebekeden ayrılıp içi servis amaçlı açıldığında, C1 üzerindeki voltajdan dolayı bir çarpılma veya ark sorunu olmayacaktır.
Ama bu devreye bakıldığında hemen görüleceği üzere, devre şebekeden izolasyon sağlamıyor. Yani fişin hangi yönde takıldığına bağlı olarak işlemcinin şasesinde şebeke faz voltajı olabilir! Devrenin tamamen yalıtkan bir muhafaza içerisinde olması ve hiçbir sinyalin de dışarı çıkmaması gerekiyor.
Bunun dışında, bu devreye yük bağlansa da bağlanmasa da şebekeden tam yükteki akım çekiliyor. Yani son derece verimsiz bir devre. Ayrıca özellikle daha yüksek olan akımlarda yüksek watlı zener kullanmak gerekiyor. Bu tip zenerler de piyasada zor bulunuyor.
Bu sistemin çalışma mantığını anlatmak için en temel devre aşağıdaki gibidir.
Buradaki devrenin tasarımında, 30 mA lik bir akım ihtiyacı varsayıldı. Bir LDO ile 3.3 V elde edebilecek şekilde yeterince yüksek bir doğrultulmuş voltaj istiyoruz. Zenerin üzerindeki voltajın fazla değişkenlik göstermemesi için en kötü durumda bile 30 mA akım geçmesini garanti edeceğiz. İstediğimiz yük akımı da 30 mA, toplam 60 mA yapıyor. Şebeke voltajının tepe değeri olan 310 VDC ye göre hesaplarsak bize 5.1 kΩ gibi bir reaktans gerekiyor. 560 nF kondansatör ile 5.6 kΩ elde ediyoruz. Yukarıdaki simulasyonda maksimum yük akımı olan 30 mA e yakın akım çekiliyor. Zener ileri yönde 60 mA, ters yönde 30 mA akım taşıyor. Zenerin kırılma voltajı 6.2 V olduğuna göre, 0.372 W güç harcanacak üzerinde. Bu durumda yarım watlık bir zener kullanmamız gerekir.
Yalnız bu devrede bir sorun var. Cihaz ilk fişe takıldığı anda C1 kondansatörü boş olacaktır. Eğer o anda şebeke voltajı da tepe değerinde ise, çok kısa süreliğine çok yüksek bir akım geçecek kondansatörden ve dolayısıyla da zenerden. Burada simulatörde herşey ideale yakın olduğu için çok abartılı bir değer olan 150 A lik bir akım çıkıyor, gerçek devrede bu akım daha düşük olacaktır. Ama gene de zenerin normal çalışma akımının çok üzerinde olan bir akım, kısa süreliğine zener üzerinden akacaktır.
Buradan dolayı bir sorun yaşamamak için akımı sınırlandıran seri bir direnç kullanmamız gerekir. Mesela 100 Ω bir direnç kullansak, akımı ideal şartlarda 3.1 A ile sınırlandırmış oluyoruz. Gerçekte, kaçak endüktans nedeniyle bu akım daha düşük olacaktır.
Aşağıda devreye direnç ekledikten sonraki simulasyonu görüyoruz. Devreden gene istediğimiz çıkış voltajını ve akımını alıyoruz, ve en kötü durumda fişe takıldığında da aşırı akım çekilmesinden dolayı zenerin patlama riskini de en aza indirmiş oluyoruz.
Burada yapabileceğimiz başka bir iyileştirme, cihaz şebekeden ayrıldığında C1 üzerindeki voltajın boşalmasını sağlamak. Böylece cihaz şebekeden ayrılıp içi servis amaçlı açıldığında, C1 üzerindeki voltajdan dolayı bir çarpılma veya ark sorunu olmayacaktır.
Ama bu devreye bakıldığında hemen görüleceği üzere, devre şebekeden izolasyon sağlamıyor. Yani fişin hangi yönde takıldığına bağlı olarak işlemcinin şasesinde şebeke faz voltajı olabilir! Devrenin tamamen yalıtkan bir muhafaza içerisinde olması ve hiçbir sinyalin de dışarı çıkmaması gerekiyor.
Bunun dışında, bu devreye yük bağlansa da bağlanmasa da şebekeden tam yükteki akım çekiliyor. Yani son derece verimsiz bir devre. Ayrıca özellikle daha yüksek olan akımlarda yüksek watlı zener kullanmak gerekiyor. Bu tip zenerler de piyasada zor bulunuyor.
Son düzenleme:
