Voltaj limitör devresi

[taydin]

Diyelim elimizde olmayan nedenlerle geniş aralıkta değişebilen bir DC voltaj kaynağımız var. Biz bu kaynağı bir elektronik devreyi beslemek için kullanacağız, ama voltajın belli bir değeri aşmamasını garantilememiz gerekiyor. Buna bir örnek forumda konusu geçen demonte güç kaynağı. Bu devrede kullanılan opamp'lerin maksimum voltaj dayanımı 44 V, ama doğrultucu çıkış voltajı çok daha yüksek değerlere çıkabilmektedir. Burada bize lazım olan, düşük voltajları aynen geçiren, ama mesela çıkışında 36 V değerinin aşılmasına izin vermeyen bir devre.

 

[taydin]

Bu şartları sağlayan en basit devre, bir transistör, bir zener ve dirençten oluşan standart regülatör devresi. Bu devreyi simulatörde kurup deneyince istenen sonucu verdiğini görüyoruz. Burada DC analiz yapıyorum ve pil voltajını 5V - 60V arasında değiştiriyorum. Çıkış voltajı da 36 V değerine kadar giriş voltajının 0.5 V eksiği gibi. Ama 36 V dan sonra çıkış voltajı artmıyor.

 

[taydin]

Bu devreyi breadboard'da kurdum ve test ettim. Simulatördeki kadar ideal olmasa da gene çıkış voltajının sınırlandığını görüyorum. Simulatörde 60 V giriş voltajında 36.1 V gibi bir çıkış alıyoruz, ama gerçek devrede giriş voltajı 60 V iken çıkış voltajı 37.5 V civarında oluyor ve zaman geçtikçe, zenerin ısınmasına bağlı olarak çıkış voltajı biraz daha artıyor. Oda sıcaklığında zener sıcaklığı dengeyi bulduğunda ise çıkış voltajı 38 V gibi oluyor. Ama bu da neticede iş görmüş oluyor.

Giriş voltajı 50 V iken, sıcaklık dengesi oluştuktan sonra çıkış voltaj 37 V. Demekki gerçek bir zenerin kırılma bölgesindeki kıvrım, simulatördeki zener kadar keskin değil, biraz daha yayvan.

 

[taydin]

Aynı iş 78XX serisi veya LM317 serisi regülatör ile de yapılabilir. Bunları kullanmanın avantajı, giriş voltajındaki oynamalar karşısında çıkış voltajındaki oynama çok daha az olur. Ama duruma göre değerlendirmek lazım. Demonte güç kaynağında opamp'leri beslemek için kararlı bir voltaja gerek yok, o yüzden tek transistörlü regülatör gayet güzel iş görür.

 

[kesmez]

bir komparatör ve p kanal mosfetlede yapılbilir. giriş voltajı yükseldiğinde mosfet kesime gider. ısınma olmaz.

 

[taydin]

bir komparatör ve p kanal mosfetlede yapılbilir. giriş voltajı yükseldiğinde mosfet kesime gider. ısınma olmaz.

Limite ulaşınca çıkışı kesmek istemiyoruz, sabitlemek istiyoruz.

 

[Sercan]

Peki eşik değeri geçtikten sonra çıkışta toleransları daha düşük (bu örneğe göre tam olarak 36 V) gerilim istiyorsak, bu devre sonrasına LM317 mi kullanmalı yoksa LM317 tek başına yeterli mi?

 

[kesmez]

o halde buck converter daha uygun.

 

[Sercan]

Buck converter ile düşük gerilimin geçmesine izin verilir mi?

 

[taydin]

o halde buck converter daha uygun.

Buck converter de olmaz. Eşikten düşük olan voltajlar AYNEN geçecek, eşikten büyük olan voltajlar limitlenecek. 36 V luk buck kullanırsak ve girişe 5 V verirsek, çıkışta 5 V çıkmaz.

 

[taydin]

Peki eşik değeri geçtikten sonra çıkışta toleransları daha düşük (bu örneğe göre tam olarak 36 V) gerilim istiyorsak, bu devre sonrasına LM317 mi kullanmalı yoksa LM317 tek başına yeterli mi?

Giriş voltajına bağlı. Standart LM317 nin maksimum giriş voltajı 37 V. Eşik değeri 37 V dan az ise tek başına yeterli olur ve çok temiz, sabit çıkış üretir. Daha yüksek voltajlar gerekiyorsa o zaman tek başına LM317 yeterli olmaz.

Demonte güç kaynağı örneğinden gidersek, girişteki voltaj 50 V u geçebiliyor. LM317 tek başına bu voltaja dayanamaz. Ortak ucuna zener koymak lazım. Böyle yapınca da LM317 nin çıkışı zener voltajındaki ufak oynamaları çıkışa yansıtır.

 

[kesmez]

konuyla ilgili güzel bir şema buldum.

R4 üzerindeki gerilim 2.5 voltu aşınca n kanal mosfet a ve b uçlarındaki gerilimi düşürüyor.
d2 Vgs koruma için zener diyot.

 

[Endorfin35+]

Ben bir ara opamların yüksek voltaj ile çalışması için bazı devreler görmüştüm. Opamp beslemesine direnç vs eklemişler çıkışada transistör. Tam anlatabildimmi bilmem ama Bu devreleri biliyor musunuz. Örneğin 0-40v opamp ek devre ile 0-100v çalışıyor gibi...

 

[taydin]

konuyla ilgili güzel bir şema buldum.
14967 eklentisine bak
R4 üzerindeki gerilim 2.5 voltu aşınca n kanal mosfet a ve b uçlarındaki gerilimi düşürüyor.
d2 Vgs koruma için zener diyot.

Bu şema bizim konuyla ilgili gibi durmuyor. Bir kere doğrultulmuş, ama filtrelenmemiş AC voltaj alıyor. Onun dışında çok sayıda komponentten oluşuyor. Simulatörde denemedim bunu, ama çalışıyorsa bile, tek transistör, zener ve direnç ile yapılabilen işi bu devre ile yapmanın nasıl bir avantajı olacak?

 

[taydin]

Simulatörde devreyi kurdum. Çalışma voltajları yüksek olduğu için 1 - 1000 V arasında DC analiz yapınca, 360 V civarında çıkış voltajını ani olarak düşürdüğü görülüyor.

Ama şemada belirtildiği gibi AC doğrultulmuş ama filtrelenmemiş 630 V verilirse, AC voltajın tepelerini 380 V gibi bir değerde kesiyor. 1000 V giriş ile de denedim gene 380 V da tepeleri kesiyor. Yani bu sanki AC giriş voltajı ile çalışması gereken bir devre.

 

[kesmez]

devre dc düşük voltaja göre ayarlandığında limitleme işini yapabilir. güzelliği tl431 voltaj referansı kullanılarak hassas limitleme yapması.

 

[fide]

TL431 yeterince hassas limitleme yapmıyor. Geçen bir projede başımı çok ağrıttı. TL 431 ile temiz 3.6 volt alayım dedim. Testere dişi bir dalga ile karşılaştım. SMPS için çok güzel fakat lineer regülator için bence uygun değil.

 

[fide]

Boost + Buck yapılsa nasıl olur. Boost ta çıkış voltajı istenen voltaja gelirse zaten kesime gidecek. Düşük volatj gelirse de zaten yükseltecek. Buck kısmı da volatjı az bir kayıpla istenen noktaya regüle edecek.

Buck kısmı ayrı boost kısmı ayrı şekilde de tasarlanıp, çok spesifik malzeme kullanmadan yapılabilir. Hem de ısınma olayı minimale iner.

 

[taydin]

Buck converter ile şöyle yapılabilir: Voltaj olması gerekenden düşük ise feedback devresi duty cycle %100 olan bir MOSFET gate sinyali üretir, yani DC. Bu da MOSFET'i sürekli ON yapar ve ON kalır. Tam eşik voltajında duty cycle %100 ün altına inmeye başlar ve MOSFET de anahtarlamaya başlar. Bu tabi sadece DC/DC konverter olan bir SMPS'de işe yarar. İçinde trafo olan bir AC/DC konverter'de MOSFET'i sürekli ON yaparsan primer tarafı komple havaya uçar

Bir de şu var: Tam eşik değerinin etrafında olan bir giriş voltajı var diyelim ve DC/DC konverter %99 duty cycle ile çalışıyor. Bu durum MOSFET kayıplarını çok arttıracak ve MOSFET ısınmaya başlayacaktır.

Ama neticede eğer düşük kayıp ve yüksek akım verme kapasitesi isteniyorsa, 78XX/LM317 veya tek transistörlü regülatör yerine, duty cycle değeri %100 e çıkabilen DC/DC konverter daha uygun olur. Ama demonte güç kaynağındaki uygulama gibi düşük akım ihtiyacı varsa ve regülasyon performansı önemli değilse, tek transistörlü regülatör yeterli oluyor.

 

[ckocagil]

TL431 yeterince hassas limitleme yapmıyor. Geçen bir projede başımı çok ağrıttı. TL 431 ile temiz 3.6 volt alayım dedim. Testere dişi bir dalga ile karşılaştım. SMPS için çok güzel fakat lineer regülator için bence uygun değil.

Bence bir şeyler yanlış. TL431 bundan çok daha hassas olmalı. Hatta gürültüyü osiloskopla kolay kolay görememeniz lazım.

Regülatör devrelerinde genelde minimum akım gereksinimi bulunur. TL431 datasheetinde Recommended Operation Conditions altında minimum 1mA diyor. Bu akımı geçirip tekrar test ederseniz bence regülasyon çok daha iyi olacak.