Aşağıdaki temel devre üzerinden gidelim:
100 V luk DC bir kaynağa bağlı 10 [CHAR]Omega[/CHAR] luk bir rezistif yükümüz var. Devre bu şekilde normal çalışıyorken direnç üzerinde 1000 W lık bir güç harcanıyor. Diyelim direnç üzerinde harcanan gücü değiştirmek istiyoruz, örneğin R1 aslında bir elektrikli ısıtıcı ve biz üretilen ısıyı değiştirmek istiyoruz. Bu gücü değiştirmek için aşağıdaki yöntemlerden birisini kullanabiliriz:
1) Besleme voltajını değiştirebiliriz. Ama elektrik ile çalışan birçok sistemde besleme voltajları belli bir değerde sabitlenmiştir ve tam olarak istenen voltaj her zaman elde edilememektedir. Örneğin pille çalışan bir sistem ise, 2 pil az geliyor, 3 pil çok geliyor olabilir. Veya şebeke gerilimi ile çalışıyorsa sistem, şebeke voltajı da sabit. O yüzden güç ayarı için çok cazip bir metot değil.
2) Yük direncini değiştirebiliriz. Bu da çoğu zaman mümkün değildir, çünkü yükün direnç değeri çoğunlukla imalat sırasında belirleniyor ve sonradan değiştirilemiyor. Değiştirilebilir olabilen yüklerde de (örneğin reosta), yükün güç tüketme kapasitesi ayarlanan direnç değeri ile değişmektedir.
3) Yüke seri bağlı olan bir değişken direnç bir miktar voltajı üzerine alabilir, böylece yüke daha az voltaj gider ve yükün tükettiği güç azalır.
Bu değişken direnç, bir transistör de olabilir ve transistöre verilen baz akımına göre üzerinde düşen voltaj ayarlanabilir.
Lineer güç kaynaklarında kullanılan yapı da bu şekildedir. Bu iki yapının en büyük dezavantajı, verimlerinin son derece düşük olması, seri bağlı direnç veya transistör üzerinde tüketilen gücün yarattığı ısıyı uzaklaştırmak için büyük boyutlu soğutucular, fanlar gerekmesi.
4) Yük direnci üzerindeki voltajın sürekli var olması yerine, voltajın belli bir zamanlama ile açılıp kapanması. Böylece voltaj var olduğu süre yük güç tüketecek, voltaj kesildiğinde güç tüketmeyecek. Neticede yükten alınan ortalama güç, maksimum güçten daha az olacak.
Burada bir MOSFET'i anahtar olarak kullanıyoruz ve gate'ine de %50 duty cycle'a sahip kare dalga veriyoruz. Bu durumda yük üzerinde harcanan güç, maksimum gücün %50 si oluyor. Yük üzerinde tüketilen güç, birebir gate sinyalinin duty cycle değeri tarafından belirleniyor.
Eğer amacımız rezistif bir yükün üzerinde harcanan gücü değiştirmek ise, bu anahtarlama metodu işimizi gayet güzel bir şekilde görüyor. Ama her zaman bu yeterli olmuyor. Bazan çıkıştaki voltajın girişteki voltajdan daha az olmasını sağlamak zorundayız, çünkü yük artık basit bir rezistif yük değil ve maksimum bir çalışma voltajı sınırına sahip olan başka bir elektronik devre olabiliyor. Bu durumda sadece giriş voltajını anahtarlamak işimizi görmüyor çünkü anahtar açık iken giriş voltajı aynen çıkışa ulaşıyor, anahtar açık iken de çıkışa hiçbir voltaj ulaşmıyor. Anahtar açık iken çıkıştaki devrenin de maksimum çalışma voltajı aşıldığı için o devre derhal bozulacaktır. Seri bir transistör bağlayarak ve transistörün baz akımını da çıkış voltajına göre regüle ederek çıkışta istediğimiz voltajı elde edebiliriz, ama bunu yapınca seri transistör üzerindeki yüksek güç kaybı ve aşırı ısınma sorunu ile karşılaşıyoruz. Peki anahtarlama yaparak çıkıştaki voltajı nasıl azaltabiliriz? İşte SMPS güç kaynaklarının yaptığı tam olarak budur. Bir sonraki konuda en temel SMPS güç kaynağı olan "buck" üzerinde duracağız.
100 V luk DC bir kaynağa bağlı 10 [CHAR]Omega[/CHAR] luk bir rezistif yükümüz var. Devre bu şekilde normal çalışıyorken direnç üzerinde 1000 W lık bir güç harcanıyor. Diyelim direnç üzerinde harcanan gücü değiştirmek istiyoruz, örneğin R1 aslında bir elektrikli ısıtıcı ve biz üretilen ısıyı değiştirmek istiyoruz. Bu gücü değiştirmek için aşağıdaki yöntemlerden birisini kullanabiliriz:
1) Besleme voltajını değiştirebiliriz. Ama elektrik ile çalışan birçok sistemde besleme voltajları belli bir değerde sabitlenmiştir ve tam olarak istenen voltaj her zaman elde edilememektedir. Örneğin pille çalışan bir sistem ise, 2 pil az geliyor, 3 pil çok geliyor olabilir. Veya şebeke gerilimi ile çalışıyorsa sistem, şebeke voltajı da sabit. O yüzden güç ayarı için çok cazip bir metot değil.
2) Yük direncini değiştirebiliriz. Bu da çoğu zaman mümkün değildir, çünkü yükün direnç değeri çoğunlukla imalat sırasında belirleniyor ve sonradan değiştirilemiyor. Değiştirilebilir olabilen yüklerde de (örneğin reosta), yükün güç tüketme kapasitesi ayarlanan direnç değeri ile değişmektedir.
3) Yüke seri bağlı olan bir değişken direnç bir miktar voltajı üzerine alabilir, böylece yüke daha az voltaj gider ve yükün tükettiği güç azalır.
Bu değişken direnç, bir transistör de olabilir ve transistöre verilen baz akımına göre üzerinde düşen voltaj ayarlanabilir.
Lineer güç kaynaklarında kullanılan yapı da bu şekildedir. Bu iki yapının en büyük dezavantajı, verimlerinin son derece düşük olması, seri bağlı direnç veya transistör üzerinde tüketilen gücün yarattığı ısıyı uzaklaştırmak için büyük boyutlu soğutucular, fanlar gerekmesi.
4) Yük direnci üzerindeki voltajın sürekli var olması yerine, voltajın belli bir zamanlama ile açılıp kapanması. Böylece voltaj var olduğu süre yük güç tüketecek, voltaj kesildiğinde güç tüketmeyecek. Neticede yükten alınan ortalama güç, maksimum güçten daha az olacak.
Burada bir MOSFET'i anahtar olarak kullanıyoruz ve gate'ine de %50 duty cycle'a sahip kare dalga veriyoruz. Bu durumda yük üzerinde harcanan güç, maksimum gücün %50 si oluyor. Yük üzerinde tüketilen güç, birebir gate sinyalinin duty cycle değeri tarafından belirleniyor.
Eğer amacımız rezistif bir yükün üzerinde harcanan gücü değiştirmek ise, bu anahtarlama metodu işimizi gayet güzel bir şekilde görüyor. Ama her zaman bu yeterli olmuyor. Bazan çıkıştaki voltajın girişteki voltajdan daha az olmasını sağlamak zorundayız, çünkü yük artık basit bir rezistif yük değil ve maksimum bir çalışma voltajı sınırına sahip olan başka bir elektronik devre olabiliyor. Bu durumda sadece giriş voltajını anahtarlamak işimizi görmüyor çünkü anahtar açık iken giriş voltajı aynen çıkışa ulaşıyor, anahtar açık iken de çıkışa hiçbir voltaj ulaşmıyor. Anahtar açık iken çıkıştaki devrenin de maksimum çalışma voltajı aşıldığı için o devre derhal bozulacaktır. Seri bir transistör bağlayarak ve transistörün baz akımını da çıkış voltajına göre regüle ederek çıkışta istediğimiz voltajı elde edebiliriz, ama bunu yapınca seri transistör üzerindeki yüksek güç kaybı ve aşırı ısınma sorunu ile karşılaşıyoruz. Peki anahtarlama yaparak çıkıştaki voltajı nasıl azaltabiliriz? İşte SMPS güç kaynaklarının yaptığı tam olarak budur. Bir sonraki konuda en temel SMPS güç kaynağı olan "buck" üzerinde duracağız.
