DC Elektronik Yük: Part 1 - Fırat DEVECİ
4.386 Kişi Okudu
Güç elektroniği uygulamalarında, güç kaynağı gelişimi yapmak temel noktalardan biri olarak yer almaktadır. Gerek anahtarlamalı, gerekse lineer güç kaynakları ve bataryaların, teorik hesaplanan değerlerinin ve ihtiyaçların, uygun şartlarda karşılandığını görmek için tasarım değerlerinde yüklenmeleri gerekmektedir. Bu, sayılabilecek testlerin arasında en temel olanıdır. Ayrıca tasarlanan cihazın akım/gerilim performansı da yine önemli parametrelerden biri olarak görülmektedir. Son olarak ise tasarım değerlerinde sıfır yükten, tam yüke geçiş anlarında (tersi de geçerli) güç kaynağının gösterdiği performans da çok önemlidir.
Yukarıda saydığımız tüm bu işlemleri yapması için bir çok araç kullanabiliriz. Bunların başında temel elektriksel araçlardan dirençler gelmektedir. Ohm yasası gereğince (VxI=R) istediğimiz akım değerini, uygun direnci seçerek kaynağımızdan akıtmamız mümkündür. Yalnız unutulmamalıdır ki gerekli akımı akıtacak R değeri, kullandığımız malzemelere göre sabit değildir ve sıcaklıkla değeri değişmektedir. Bunun yanında her yük miktarına göre de değişik dirençler kullanmamız gerekmektedir. Yan bölümde 12V/5A bir güç kaynağını 0.5A aralıklarla yüklemek için gerekli direnç değerleri gözükmektedir. Tablodan da görülebileceği üzere kullanılacak direnç değerlerinin bazıları standartta bulunsa da bazıları standart dışıdır ve bir çok direnci paralel seri kullanmak gerekmektedir. Çözünürlüğün daha iyi olması adına 0.25A’e geldiğimizde ise sadece bir test için kullanılacak direnç sayısı muazzam artmaktadır.
Yukarıda anlattığımız problemi aşmak için kullanılabilecek diğer bir araç da reostadır. Bir direncin değeri olarak tasvir edilir ve reostolar L uzunluğunu değişiminden faydalanılarak oluşturulmuş, değişken direnç sistemleridir. Aşağıda klasik bir reostanın görünümünü bulabilirsiniz. Reosta kullanıldığında belli güçlere kadar yük elde etmek mümkün olsa da ara değerler çok hassas bir şekilde ayarlanmayabilir ve istenen güçte her zaman reosta bulunmayabilir. Tüm bu sorunları aşmak için günümüzde tercih ettiğimiz yapı elektronik yük olmuştur.
Elektronik Yük Nedir?
Elektronik yük, içerisinde yarı iletkenler barındıran ve bu yarı iletkenlerin fiziksel bazı özelliklerinden faydalanılarak onları tıpkı değişken dirençler gibi kullanmamızı sağlayan aletlerdir. Elektriksel sinyallerle kontrol edildiğinden, sonsuz sayıda direnç kombinasyonunu elde etmek kolay bir şekilde mümkündür. Elektronik yük için kullanılan transistör, mosfet veya IGBT gibi bir çok yarı iletken eleman mevcut olsa da günümüzde mosfet ve IGBT’ler özellikle kullanım kolaylıklarından dolayı öne çıkmaktadırlar.
Elektronik yük tasarımında kullanılacak mosfeti ele aldığımızda dikkat edilmesi gereken birinci husus akım ve gerilim değerleridir. Bunun yanında mosfetin üzerinde harcayabileceği gücün yüksek olması, Rds değerinin ve threshold gerilimininin küçük olması kontrol etme açısından artı etkilere neden olacaktır. Yukarıda bir mosfete ait Gate-Source gerilimine karşılık Drain-Source arasından akabilecek akımın sıcaklıklara göre grafiği verilmiştir. Dolayısı ile gate-source arasındaki gerilimi kontrol ederek, drainden akan akımı kontrol edebilir ve bir nevi ayarlı bir direnç yapmış oluruz. İşte bu özellik elektronik yükün kalbini oluşturmaktadır.
Elektronik Yük Tasarımı
Yıllar içerisinde basit yapılardan karmaşık yapılara bir çok yük tasarımım oldu. Aşağıda yaptığım bir kaç tasarımın fotoğrafını görebilirsiniz. Bu tasarımlardan özellikle sağdaki çatılı sistemi uzun süre kullanmama rağmen hepsinin kendine öz bazı eksiklikleri ve avantajları ortaya çıktı. Bunun yanında sistemin sınırlarını belirlemek cihazın tasarımı konusunda bize kolaylık sağlayacağından, söylediğim bu deneyimlerden de faydalanarak, kendi kullanımıma uygun aşağıdaki spektleri oluşturdum.
Dijital DC Elektronik Yük Özellikleri
– Bir PC yazılımı ile özellikle V/I grafiğini hızlıca elde etme ve data loglama.
– 0-70V ve 0-20A arası ölçüm yaparak, 200W gücünde ilgili kaynağı yükleyebilme.
Yukarıdaki özellikleri barındırabilecek işlemci olarak, sitede de sıkça belirttiğim üzere, benim oldukça beğendiğim STM32F072 48pin yapısını seçtim. 2 adet 12bit DAC barındırması ve dahili USB bulundurması bu tercihimde oldukça etkili oldu.
Bir sonraki bölümde özellikle şönt direnç, opamp ve uygun mosfet tasarımının nasıl yapılacağı ile DAC kullanımını ele alacağız.
Tüm fikir ve sorularınızı yorum bölümünden bana iletebilirsiniz.
25 Aralık 2016, 18:16
Hocam forumda bahsettiğim böyle bir anlatımdı. Elinize sağlık devamını bekliyoruz. 🙂
30 Aralık 2016, 22:11
Projelerin bitmesini bekliyorum ben de, elektronik yük ve güç kaynağı lazım bana da 🙂
Bu ve benzeri yazılar Türkiye’deki elektronik okur yazarlığına ciddi katkı sunuyor. Özellikle genç mühendislerin anadilde mesleki kaynaklara ulaşımı çok önemli. Devamını bekliyoruz.