Anahtarlamalı Güç Kaynakları

Anahtarlamalı Güç Kaynakları Hakkında Geniş Kapsamlı Bir Anlatım hazırlayan,emeği geçen kişilere teşekkürler. Modern elektronik aletler genellikle bir yada daha fazla da güç kaynaklarına ihtiyaç duyar. Günlük işlerimizi yaparken farkında olmadan kullandığımız güç kaynakları karşımıza bazen cep telefonumuzu şarj ederken bazen teyp dinlerken bazen de bilgisayarımızı kullanırken çıkar.

İhtiyaç duyuldukları alanlara göre farklı boyutlarda , güçlerde olabilirler. Kimisi basit anlamda birkaç diyot ve kapasite içerirken kimisi de daha kararlı olması istendiğinden daha karmaşık olabilir. Hatta kimi işlevler için bazı entegre devreler içermektedirler. DC güç kaynakları genellikle iki tipe ayrılır. Linear regulatörler veya anahtarlamalı regulatorler Ve biz burada anahtarlamalı güç kaynağı (SMPS-Switching –Mode- Power -Supplies) dediğimiz bu devreleri inceleyeceğiz.

• Anahtarlamalı Güç Kaynaklarının Temelleri
• Anahtarlamalı Regulatörlerin Problamlari
• Anahtarlama Duty-Cyle
• Anahtarlama Frekansı
• Tipik Anahtarlamalı Regulatör Devreleri
• Yaygın Anahtarlamalı Regulatör Configleri
• Sürekli ve Sürekli Olmayan Mod
• Örnek Uygulamalar

Güç kaynağı tasarımcısı mühendisin birçoğu kontrol çevriminin stabilize edilmesi daha kolay olan sürekli olmayan modu kullanmayı tercih eder. TOPSwitch ile ,hazır çevrim kompanzasyonu yüzünden ,basit bir harici RC networkunu ,çalışma modunun çevrim bağımsızlığını stabilize etmek için kullanmak mümkündür

0.6 Krp 230 VAC için tavsiye edilir. Bu sayede daha yüksek voltaj seviyelerinde drain noktasındaki kapasitenin boşalmasının sebep olduğu daha yüksek ve geniş kenar akım sıçramalarına uyum sağlanır.

7.Adım Primer Dalga şeklinin Parametrelerinin Tanımlanması Iawg düşük hattaki ortalama DC akım basit olarak giriş gücünün Vmın e bölümüdür.

TOPSwitch çevresindeki ısı uygulamadan uygulamaya önemli ölçüde değişebilir. Tamamıyla ilişik fansız laptop adaptorleri güçde önemli sınırlamalar ortaya çıkartır. Bu güç kutunun dışında kabul edilebilir seviyededir, yüzey sıcaklığını aşmadan kutu içinde harcanır gağıtılır. Bu uygulamada soğutucular sadece kutu yüzeyindeki ısıyı dağıtmaya yardım eder. Verilen yüzey sıcaklığındaki gerçek güç yeteneği genellikle kutunun yüzölçümünü tanımlar. Tersi olarak , bir PC güç kaynağının soğutmayı sağlayan fanı vardır. Burada daha geniş bir soğutucu kafa daha yüksek güç dağıtılması için cevap olabilir.

Bu yüzden TOPSwitch deki kayıpları ilk anda tahmin etmek önemlidir ;verilen uygulamada uygun olup olmayacağını görmek için. İletim kayıpları ( Pıl) düşük hatta baskın kayıp faktoru olma eğilimindedir ve TOPSwitch data sheetlerindeki çıkış karakteristiğinin eğiminden 100 C de IRMS ve RDSON kullanarak hesaplanabilir. Eğer kayıplar kabul edilemez seviyede ise daha düşük bir RDSON lu daha geniş bir TOPSwitch , daha düşük güç israfı için seçilebilir.

Harici drain kapasitesi yüzünden düşük hattındaki anahtarlama kayıpları ihmal edilebilir ve önem verilmez .Eğer önemli harici kapasite CXT ise PCXT anahtarlama kayıpları da öngörülmelidir. Hatta düşük hat genellikle TOPSwitch kayıpları için en kötü durumdur. Bunu inceleyip doğruluğunu saptamak ihtiyatlıdır.( by iletim ve anahtarlama kayıplarının at düşük hatt hesaplanmasıyla ) Özellikle drainde önemli harici kapasite varsa İlk önce TOPSwitch deki en kötü hal bilinir.

En kötü haldeki durumuna hava etrafındaki maksimum kalıp(ölme) ısısı termal empedans kullanarak tahmin edilebilir.(içerdeki şart hava kapalı kaynaklar için kullanılır) from paketin die to tab/heat sink ,tetajc ( TOPSwitch datasheetinde tanımlanmıştır).ve çevreye ısı dağılımından tetaca ( genelde ısı dağılımı data sheetinde tanımlanmıştır) Eğer bir ısı dağıtıcı etiketi olmayan bir paket kullanılırsa 8 pinli DIP gibi ,sonrasında tipik bir kalıptan çevreye arasındaki olan ısı empedansı , teta ja bir board monte edilmiş parça için data sheetde böyle hesaplamalar için Bulunabilir. Tavsiye edilen tüm uygulamalarda kalıp sıcaklığının 100 C altında tutulmasıdır.

11.Adım Gereken Ip ye Karşılık Seçilen TOPSwitchin minimum Ilimit i kontrol et En az sürekli olan işlemler için eğer mümkünse Krp yi arttır. Düşük hatta sürekli modda çalışmanın kullanımı verilen bir çıkış gücü için gerekli tepe akımını azaltır.( Daha küçük bir TOPSwitch kullanımına izin vererek). Bununla beraber , eğer çok arzu edilirse TOPSwitch ile çekirdek boyutu arasında bir trade-off, Krp değerini arttırarak ayarlanabilir. Daha geniş Krp daha geniş bir TOPSwitchin maliyetinde daha küçük bir çekirdeğin kullanımına izin verir. Daha büyük Krp daha az sürekli modda çalışma ve daha düşük Lp indüktansı anlamına gelir. ( fakat aynı anda daha yüksek tepe akımına Ip ) ( mümkünse en küçüğü olacak şekilde ) .

Önemli ölçüde ekstra akım kabiliyeti sonuçlanacak bir tasarım için en uygun TOPSwitch seçilebileceği zaman bu konu oldukça önemlidir. daha yüksek bir Krp kullanarak azalmış bir çekirdek boyutu için bu ekstra akım kabiliyetini trade yapmak en iyisidir. Trafonun çekirdeğinin boyutunu etkilemeye ilaveten Krp ayrıca kaynağın verimliliğini de etkiler.

Daha geniş Krp daha yüksek primer RMS akımına sebep olur ve daha yüksek TOPSwitch iletim kayıplarına ( daha düşük IRMS ve düşük TOPSwitch kaybına yol açarken ). Dar fiziksel alan/ağırlık sınırlamalarının ve /veya verimlilik gereksiniminin olduğu uygulamalar için orta değer bir Krp değeri fiyat ve performans arasındaki optimum çözümü sunabilir.

Bu tasarım metodu mümkün olan en yüksek Krp yalnız bir kez seçilmiş ilk TOPswitch kullanmak içindir. Esneklik elbette diğer tasrım opsiyonları için mümkündür. Deneyimli mühendisler uygulamalarının özel gereksinimlerine dayanamamış olan Krp değerine göre kendi yargılamalarını yapmalıdırlar.

12.Adım Lp primer indüktansını Tanımla Her anahtarlama cycle ında primer den sekondere transfer edilen enerji basit olarak ½ Lp.Ip2 ile ½ Lp( Ip2-Il2) arasındaki farka eşittir. Primer indüktansı Lp Ip Krp fs Po nü ve Z ninbir fonksiyonu olarak gösterilebilir.

AN-18 Appendix A çeşitli güç aralıkları için tavsiye edilen çekirdek tiplerinin bir tablosunu içerir. Şunun farkına varın ki tabloda gösterilen ik trafo yapısı vardır. Tek çıkış veren tasarımlar için üçlü bir sekonder ( yalıtılmış ) trafo yapısını basitleştirir ve verilen çıkış gücü için en küçük boyuttaki çekirdek ve bobin kullanımına izin verir. Sınır sarımı , hem tekli hem de çoklu sekonderleri için uygun olanları daha geniş bobine gereksinim duyar ve bu yüzden daha uzun çekirdeklere. Eğer özel şekil faktorü gereksinimi yoksa en iyisi en küçük EE tipi çekirdek ile başlamaktır( for the power level) EE çekirdekler genellikle en az pahalı olan tiptir. Çekirdek tipinden sonra gelen iki haneli sayı çekirdeğin boyutunu mm cinsinden belirtir. 100 kHz lik işlemler için çekirdek materyalinin seçimi çok önemli değildir. TDK PC40 materyali iyi bir seçimdir , başlangıçtır.

14. Adım Primer Tabakaları Sayısını L ve Sekonder Sarım Sayısı Ns Ayarlanır
15.Adım primer Sarım Sayısı np ve bias sarım Nb hesaplanır
16.Adımdan 22. Adıma Bm Cma ve Lg Kontrol edilir

Bobin ve çekirdeğin seçimine ilaveten 9.parametrenin tamamı trafonun yapımından tanımlanmalıdır. Primer indüktansı Lp, çekirdek baraj uzunluğu Lg, primer için sarım sayısı Np,Nsve Nb primer için kablonun dış yarıçapı OD ve sekonder ODs, çıplak iletken çapı DIA ve sekonderin DIAs. Bias sarımına çok küçük akım taşıması nedeniyle ( genellikle 10 mA den az) kablo boyutu ( bias sarımının ) hiçbir zaman sorun olmaz.

Lp haricinde yukarıdaki parametrelerin hepsi birbirleriyle bağımlıdır. İyi bir başlangıç noktası sekonder sarım sayısı için bir rakam seçmektir. 100/115 VAC de çalışma için volt başına 1 230 VAC yada universal girişler için volt başına 0,6 sarım kullanmak iyi bir kabuldur. 115 VAC giriş ve 15 V luk çıkış voltajına ve doğrultucu üzerinde düşen 0,7 V D eklemesi için 16 sarımlık sekonder başlangıç değeri olarak kullanılabilir. Np primer sarım sayısı sekonder sarım sayısı ile Vor ve Vo+Vd oranıyla alakalıdır