Lineer güç kaynağı için gerekli transformatör gücünü belirleme

[taydin]

Diyelim biz 30 V 3 A verecek lineer güç kaynağı yapmak istiyorum. Buınun için hangi güçte trafo kullanmamız gerekiyor onu tartışalım. Lineer güç kaynaklarında genelde aşağıdaki gibi bir köprü doğrultucu yapısı kullanılır. Bu doğrultucu çıkışından 3A akım alabilmeliyiz, birinci şartımız bu. İkinci şartımız, bu doğrultucunun çıkışındaki voltaj, bizim regülatör devresinin gereksinimi olan minimum voltajın altına inmemeli. Doğrultucu çıkışındaki voltajda belli bir ripple olacaktır, yani bu ripple voltajının dip değeri, her zaman bizim regülatörün gereksinimi olan voltajın üzerinde kalmalı.

 

[taydin]

Bunun dışında, eğer şebeke voltajında sarkma olursa, şebekenin minimum voltaj değerinde bile yukarıdaki şartları sağlamamız gerekir. Mesela %10 luk bir şebeke toleransı varsayarsak, 207VAC de bile bizim regülatörün ihtiyacı olan minimum voltajı vermesi lazım doğrultucumuzun.

Ben burada hesap yaparken şu usulü kullandım hep: Simulatörde kur doğrultucu devreyi, çıkışından da uygun ortalama akımı çekecek direnci bağla, girişe de tahmini bir voltaj ver. Mesela ben 30 VAC verdim. Sonra da doğrultucu çıkışındaki ripple voltajın dip noktasının kaç volt olduğuna bak. Eğer OPAMP regülatör ve darlington yapı kullanıyorsak 4V gibi bir regülatör voltaj payı bırakmamız lazım. Tek pass transistör için 3V. Yani darlington yapısı yossa, eğer ripple voltajın dip noktası 33 V un biraz üzerinde ise, işlem tamamdır. Eğer değilse, giriştek AC voltaj kaynağının voltajını değiştiriyorum.

Yukarıda mesela değiştire değiştire 27VAC verince istediğim şartlar sağlandı. Bu tabi şebeke marjı kadar düşürülmüş bir voltaj. 30VAC lik trafo almam lazım, %10 düşüp de çıkışı 27 VAC olduğunda da sorunsuz çalışmaya devam etmesi lazım.

 

[taydin]

Ama burada simulatörün yaptığı bir varsayım var, o da diyotlar üzerijnde düşen voltajın 0.8V gibi bir değer olduğu. Gerçek doğrultucuda bu değer daha fazla olacaktır. Yüksek akımlarda 1.5V bile olabilir. O yüzden marjı biraz fazlalaştırmakta fayda var. 2 V daha verelim trafo çıkışına, oldu 32 VAC.

 

[taydin]

Burada simulatördeki AC kaynak, ideal bir AC kaynak, yani iç direnci sıfır. Gerçek bir trafonun iç direnci sıfır olmayacaktır, ama buradaki voltaj hesabını yaparken bu bir faktör değil. Trafo üreticisi, ANMA akımını çekerken, trafonun ANMA voltajını verdiğini garanti eder. Yani o direnci dolaylı yoldan hesaba katmış olduk. O iç direnç gerçeği, trafo akımını hesaplarken ve lineer güç kaynağı boşta iken oluşan şartlarda belirleyici olacak.

 

[taydin]

Trafo akımını hesaplarken ise çok beklenmedik bir durum ile karşılaşıyoruz. Aşağıdaki simulasyona bakalım. Yükten geçen akım ortalama 3.2 A gibi. Ama 10 mF lık kondansatörden geçen akımlar çok daha yüksek. Akımın pik değeri 41A, RMS değeri ise 9A. Tabi gerçekte bu akımlar bu kadar yüksek olmayacak, trafonun sekonder iç direnci, devre bağlantılarının direnci ve kapasitör ESR si bu akımları limitleyecek. Ama gene de bu akımlar, yük akımının çok üstünde olacak.

Bu akımların karşılanması için de ya trafoya akım için ekstra marj vereceğiz, veya doğrultucu sonrasında bir şok bobini kullanarak şarj akımlarını azaltacağız ve daha az bir akım marjı ile kurtulacağız.

 

[taydin]

Ama ne kadar marj vereceğiz? Bunu hesapla belirlemek çok zor, çünkü trafo iç direnci, devredeki iletkenlerin direnci, ESR, diyotların ON direnci gibi faktörlerde çok büyük değişkenlikler olacaktır. Bu konuda endüstride kabullenilmiş hazır kurallar var, onlara bakalım

Mesela aşağıdaki kaynak, yük akımının 1.8 katı bir marj verilmesini öneriyor. Yani 3A yük akımı varsa 5.4 A sekonder akımı öngörmeliyiz diyor. Başka bir kaynak ise 1.6 katı bir marj verilmesini istiyor.

 

[taydin]

Yukarıdaki kaynakta, trafo sekonder voltajı için de bir formül kullanmış.

V_AC --- Trafo sekonder voltajı

V_Out --- doğrultucu çıkışında istediğimiz nominal voltaj
V_Reg --- Regülatör payı
V_Rect --- Doğrultucu diyotlar üzerinde düşen voltaj (dokümanda 1.25 V kabul edilmiş)
V_Ripple --- Ripple voltajının tepeden tepeye değeri (dokümana göre çıkış voltajının %10 u alınmış nedense)

V_Nom --- Şebeke voltajının nominal değeri (Türkiye için 230VAC)
V_Lowline --- Şebeke voltajının düşebileceği minimum değer (%10 şebeke toleransı için 207VAC)

Şimdi burada bizim kriterleri yerine koyarsak

[math]V_{AC} = \frac{30 + 3 + 2.5 + 3}{0.9} \times \frac{1}{\sqrt{2}} = 33.609\ V[/math]

 

[taydin]

Buradaki formül, büyük ölçüde benim simulatörle yaptığım hesabın aynısı. Ama iki kritik fark var. Bunlar ripple voltajını kafadan DC voltajın %10 u olarak alıyorlar. Bence bu uygun değil. Mesela benim simulatördeki örnekde ripple voltajı 3.7 V idi.

İkinci fark, bir de "köprü diyodun verimi" diye birşey ortaya atmışlar, onu da formülde hesaba katıyorlar (0.9 a bölüm). Bu da bana hiç mantık yapmadı. Köprü diyotlarda düşen forward voltajı zaten hesaba katıyoruz. O voltajın eksilmesi bir güç kaybına sebep oluyor. Tekrar neden bir 0.9 verim faktörü var?

Neticede bu belgedeki voltaj hesabının öngördüğü sekonder voltaj, benim hesapladığımdan 1.6 V daha fazla çıkıyor. Ama hesap bana mantıklı gelmedi.

Akım için kullanılan 1.8 kat marja birşey diyemiyorum. Ama böyle ilave bir marjın gerektiği kesin. Diyeceksiniz iki kat güç giriyor doğrultucuya, yarısı çıkıyor, geri kalanı nereye gidiyor? Isıya mı? Hayır, ısıya gitmiyor. Tamam, trafo sekonderinde ve köprü diyotlarda ilave ısınmaya sebep oluyor, ama tamamı ısıya dönüşmüyor. Bunlar reaktif akımlar. Hiçbir işe yaramadan sekonder bobini ile kondansatör arasında git gel yapıyor ve filtre kondansatörünü eskitiyor.

 

[taydin]

Bir de şu doküman var. Burada da 1.6 gibi bir akım marjı verilmiş. Yani 3 A istiyorsan doğrultucudan, trafoyu 4.8 A olarak sardırman lazım.

 

[Altair]

Bir de şu doküman var. Burada da 1.6 gibi bir akım marjı verilmiş. Yani 3 A istiyorsan doğrultucudan, trafoyu 4.8 A olarak sardırman lazım.

Ben 5 didiydim.

 

[Altair]

Buradaki formül, büyük ölçüde benim simulatörle yaptığım hesabın aynısı. Ama iki kritik fark var. Bunlar ripple voltajını kafadan DC voltajın %10 u olarak alıyorlar. Bence bu uygun değil. Mesela benim simulatördeki örnekde ripple voltajı 3.7 V idi.

İkinci fark, bir de "köprü diyodun verimi" diye birşey ortaya atmışlar, onu da formülde hesaba katıyorlar (0.9 a bölüm). Bu da bana hiç mantık yapmadı. Köprü diyotlarda düşen forward voltajı zaten hesaba katıyoruz. O voltajın eksilmesi bir güç kaybına sebep oluyor. Tekrar neden bir 0.9 verim faktörü var?

Neticede bu belgedeki voltaj hesabının öngördüğü sekonder voltaj, benim hesapladığımdan 1.6 V daha fazla çıkıyor. Ama hesap bana mantıklı gelmedi.

Akım için kullanılan 1.8 kat marja birşey diyemiyorum. Ama böyle ilave bir marjın gerektiği kesin. Diyeceksiniz iki kat güç giriyor doğrultucuya, yarısı çıkıyor, geri kalanı nereye gidiyor? Isıya mı? Hayır, ısıya gitmiyor. Tamam, trafo sekonderinde ve köprü diyotlarda ilave ısınmaya sebep oluyor, ama tamamı ısıya dönüşmüyor. Bunlar reaktif akımlar. Hiçbir işe yaramadan sekonder bobini ile kondansatör arasında git gel yapıyor ve filtre kondansatörünü eskitiyor.

Kondansatorden once, kopru cikisina bobin koymanin bir anlami olur mu? Kopru - bobin - kondansator - bobin - kondansator gibi. Bu, kondansatorlerin yaslanmasini geciktirebiir mi?

 

[taydin]

Kondansatorden once, kopru cikisina bobin koymanin bir anlami olur mu? Kopru - bobin - kondansator - bobin - kondansator gibi. Bu, kondansatorlerin yaslanmasini geciktirebiir mi?

Şok bobini dediğim o zaten. Faydası oluyor, ama biraz daha simulasyonunu yapmak lazım. Bir dezavantajı, giriş voltajının yükselmesi gerektiği. Bu işler çoğu zaman böyle, bir taraftan avantaj elde ediyorsun diğer tarafdan bir zarara uğruyorsun.

 

[Altair]

Bu durumda DC Vp dusuk kalacagi icin opamplar zarar gormz sanirim transformator voltaji yukseltilirse.

 

[Altair]

Şok bobini dediğim o zaten. Faydası oluyor, ama biraz daha simulasyonunu yapmak lazım. Bir dezavantajı, giriş voltajının yükselmesi gerektiği. Bu işler çoğu zaman böyle, bir taraftan avantaj elde ediyorsun diğer tarafdan bir zarara uğruyorsun.

29767 eklentisine bak

Pasif PFC'ler icin guc faktoru 0,60 - 0,70 denmis. Ama sizin yukaridaki 0,9 ve 0,94'luk oranlara gore 0,85 olmasi gerek.

L ve C arasina seri diyot ve paralel mosfet eklenerek yapilmis single stage aktif PCF'lerde bu oran tipik olarak %80 olarak geciyor. Sanirim cok kaliteil guc kaynaklarinda %90'a falan da cikariyorlardi.

 

[taydin]

Lineer güç kaynağında PFC ile işimiz yok Hem PFC açısından hem de verim açısından lineer güç kaynakları tek kelimeyle berbattır ...

 

[taydin]

Kesin çözümü açıklıyorum:

Bu iş ihtiyaca göre yapılır.

30V 3A akıma ihtiyacım var. Sistem gece gündüz, 7/24 çalışacak. FAN da kullanamıyorum. İhtiyaçlarımı söyledim, Bu iş nasıl yapılır? Senin dediğin gibi adamı 24V 1A e razı etmekle yapılmaz. Hesap kitap simulasyon ile yapılır. Bu konu da zaten böyle yapıyor.

 

[Diyot]

Riske atmamak adına x2 güçte trafo kullanmak uygun olur diye düşünüyorum Hocam. Tam yükte %10 civarı gerilim düşümü olabiliyor trafoda özellikle elle sarılmış bobinajcı işi sipariş usulü trafolarda. Demir kaybı nedeniyle gövde ısınmaları da var. 4-5 Amperden büyük akımlarda (sürekli) trafonun çıkışından itibaren kablo kesitlerine özellikle filtre kondansatörünün kablo kesitlerine dikkat etmek gerekiyor. Aksi takdirde hem gerilim düşümü yüksek hem de yetersiz filtreleme oluyor. Trafoyu sipariş usulü yaptıracaksanız hem çıkışı hem de girişi kademeli yaptırırsanız kolaylık olur. Girişte direkt 220 V yerine 210-220-230-240 V gibi bir kaç kademeli yaptırırsanız işinizi görür diye düşünüyorum.

 

[Mikro Step]

Kopru diyod ve kapasitor ardindan transformatorden cekilen akimin dalga formu biraz ilginctir. Kopru diyod ve kondansator kondugunda transformatorden cekilen akim, bir yarim periyodun cok kucuk bir kesrinde gerceklesir.

Kondansatorden cekilen akimin sabit ve I degerinde oldugunu varsayalim. V1 ve V2 beklentimiz olan ripildan hemencecik bulunur. T1 ve T2 de bulunur. Mavi akim darbeciginin matematiksel ifadesini adim adim yazacak elektronikci var mi?

 

[Andromeda]

Mavi darbe kond. dolarken diyotdan geçen akım.. sinüse benziyor ama farklı bir eğri olması gerekir diye düşünüyorum...

 

[Mikro Step]

Akimin matematiksel ifadesi yazildiginda nasil bir dalga sekli olacagi da anlasilacak.
Bir transformator sinusel I akimi verebiliyor olsun.

10 ms boyunca duzenli sinusel akim cekmek yerine 5 ms + alternansda 5 ms de - alternansda cekebilecegim en yuksek akim darbesini ceksem, geri kalan 30ms de transformator sogusa, VA yada WAT ile iliskili olarak cekebilecegim akim darbesinin genligi ne olabilir?

Elektronik malzemelerde atiyorum, surekli akimi 10A olan yariiletkenden 1ms ligine 100A gecirebiliyoruz ya. Transformatorlerde de benzer durumun olmasi lazim.

Toroid transformatorler bu ani yuklenmeler konusunda iyidir. Dolayisi ile tercih edilme sebeplerinden birisi de budur.