IRF9540 MOSFET’li otomatik akü şarj devresi, 12 V kurşun-asit araç akülerini trafolu doğrultucu ile şarj edip yaklaşık 16 V seviyesinde ana akımı keser. Basit parçalardan oluştuğu için hobi atölyesinde veya servis masasında klasik, ayarlanabilir ve izlenebilir bir akü şarj cihazı kurmak isteyenler için uygundur.
Devrenin Çalışma Mantığı
İçerik
Devre klasik trafolu doğrultucu yapısını MOSFET ile anahtarlanan bir şarj hattı ve iki transistörlü Schmitt tetikleyici ile tamamlar. Akü boşken IRF9540 P kanal MOSFET iletimdedir ve doğrultulmuş gerilim R8 üzerinden aküye gider. Akü gerilimi ayarlanan seviyeye ulaştığında T2-T3 transistörlerinden oluşan kontrol katı MOSFET’i kapatır.
Ana şarj kesildikten sonra akü tamamen devreden kopmaz. R1 üzerinden küçük bir bakım akımı akar. Bu akım yaklaşık 40 mA civarında tutulacak şekilde seçilir. Böylece devre, şarj sonunda aküyü yüksek akımla zorlamadan düşük akımlı bekleme durumuna geçer.
IRF9540 MOSFET’li otomatik akü şarj devresi şeması
Besleme ve Doğrultma Katı
Şebeke tarafında WŁ1 anahtarı ve B1 sigortası bulunur. Trafo, şebeke ile akü tarafı arasında galvanik izolasyon sağladığı için devrenin en kritik güvenlik elemanıdır.
Şemadaki TS trafosunun orta uçlu simetrik sekonder sargısı, D1 ve D2 diyotlarıyla iki diyotlu tam dalga doğrultucu olarak kullanılır.
C1 kondansatörü doğrultulmuş hattı filtreler. Akü bağlıyken büyük filtreleme görevi çoğunlukla akünün kendisindedir; fakat akü söküldüğünde elektronik kontrol katının kararsız kalmaması için C1 önemlidir.
Trafo seçimi hakkında daha temel bilgi için trafolar hakkında sayfası da faydalıdır.
Trafo Seçimi
Orijinal devre mantığında sekonder gerilimin boşta en az 2×14 V civarında olması hedeflenir.
Yük altında, şarj akımının yaklaşık yarısına karşılık gelen durumda gerilim 2×11 V seviyelerine düşebilir.
45 Ah civarına kadar aküler için minimum 50 VA trafo gücü belirtilmiştir.
Tek sekonderli bir trafo kullanılacaksa şemadaki iki diyotlu orta uçlu doğrultucu yerine dört diyotlu köprü doğrultucu gerekir.
Böyle bir değişiklikte diyot akımı, soğutma ve çıkış gerilimi yeniden kontrol edilmelidir.
MOSFET ile Şarj Akımının Kesilmesi
T1 olarak kullanılan IRF9540, P kanal güç MOSFET’tir. Kaynak ucu doğrultulmuş pozitif hatta, dren ucu ise R8 üzerinden akü pozitif çıkışına bağlıdır.
Gate gerilimi kaynak ucuna göre yeterince negatif olduğunda MOSFET iletime geçer ve ana şarj akımı akar.
Akü boşken T2 transistörü iletimdedir. T2 kolektöründeki yaklaşık birkaç voltluk seviye T1 gate ucunu aşağı çeker.
Kaynak ucu akü hattına yakın yüksek gerilimde kaldığı için gate-source gerilimi negatif olur ve IRF9540 açılır. MOSFET’in düşük dirençli iletim karakteri, klasik seri transistöre göre daha az ısı kaybı sağlar.
R8, 0,22 Ω değerinde düşük ohmlu bir dirençtir. Hem akım darbelerini yumuşatır hem de şarj akımını ölçmek için şönt gibi kullanılabilir.
Üzerindeki gerilim ölçülerek yaklaşık akım hesaplanabilir. Örneğin R8 üzerinde 0,66 V görülüyorsa şarj akımı yaklaşık 3 A civarındadır.
MOSFET’lerin doğrultma ve anahtarlama uygulamalarındaki farklı kullanımlarını karşılaştırmak için köprü diyot yerine MOSFET konusu da incelenebilir.
Schmitt Tetikleyici ve Otomatik Kesme
T2 ve T3 transistörleri BC548B ile kurulmuş basit bir Schmitt tetikleyici oluşturur. İki transistörün emiterleri P1 ayar potansiyometresi üzerinden ortak noktaya bağlanır.
P1, devrenin kesme eşiğini ayarlamak için kullanılır.
D3, BZX55 C12 zener diyottur. Akü gerilimi yükselmeden T3 tabanında anlamlı bir sürme gerilimi oluşmaz. Akü gerilimi yükselip zener eşiğini aştığında T3 tabanı sürülmeye başlar.
C3 bu noktayı filtreleyerek kısa süreli dalgalanmaların yanlış kesmeye sebep olmasını azaltır.
T3 iletime geçtiğinde T2 kapanır. T2 kapanınca T1 gate seviyesi yükselir ve IRF9540 için gerekli negatif gate-source gerilimi ortadan kalkar.
MOSFET kapanır, ana şarj akımı kesilir. Schmitt yapısı sayesinde eşik çevresinde titreşimli aç-kapa davranışı azalır.
Akü Şarj Süreci Nasıl İlerler?
Boş veya kısmen boş bir 12 V kurşun-asit akü bağlandığında devre önce yüksek akımlı şarj durumunda çalışır.
Şarj akımı trafonun sekonder gerilimine, akünün boşluk durumuna ve R8 üzerindeki kayıplara bağlıdır.
Genel kural olarak şarj akımı akü kapasitesinin yaklaşık onda biri civarında seçilir. 45 Ah bir akü için 4 A ile 4,5 A aralığı bu sınıfa girer.
Akü gerilimi yükseldikçe T3 kontrol hattı daha fazla sürülür. Ayar noktası doğru yapıldıysa yaklaşık 16 V civarında Schmitt tetikleyici konum değiştirir ve MOSFET şarj hattını kapatır.
Bundan sonra aküye yalnızca R1 üzerinden düşük bir bakım akımı gider.
Kurşun-asit akülerin genel davranışı, kapasite ve bakım konuları için akü ve piller hakkında yazısı devrenin pratik kullanımını anlamayı kolaylaştırır.
Şemadaki Önemli Parçalar
| Referans | Değer / Model | Devredeki Görevi |
|---|---|---|
| T1 | IRF9540 veya IRF9530 | P kanal MOSFET; ana şarj akımını açar veya keser. |
| T2, T3 | BC548B | Schmitt tetikleyici kontrol katını oluşturur. |
| D1, D2 | 1N5402 veya 6A4 | Orta uçlu sekonderden tam dalga doğrultma yapar. |
| D3 | BZX55 C12 | Akü gerilimini algılayan 12 V zener eşik elemanıdır. |
| R8 | 0,22 Ω / 4 W | Şarj akımı darbelerini sınırlar ve akım ölçüm noktası olarak kullanılabilir. |
| R1 | 47 Ω / 0,5 W | MOSFET kapandıktan sonra düşük bakım akımı sağlar. |
| R2 | 220 Ω | Kontrol katının besleme hattında akım sınırlama görevi görür. |
| R3 | 330 Ω | MOSFET gate hattında geçişleri sınırlayan dirençtir. |
| R4, R9 | 1 kΩ | Transistör ve zener algılama katında kutuplama sağlar. |
| R5 | 3,3 kΩ | T3 kolektör hattında yük direnci olarak çalışır. |
| R6 | 10 kΩ | Schmitt tetikleyicide geri besleme ve kutuplama hattının parçasıdır. |
| R7 | 15 kΩ | T2 taban kutuplamasında alt referans yolunu oluşturur. |
| P1 | 1 kΩ | Kesme geriliminin ayarlanmasını sağlar. |
| C1, C2 | 470 µF / 25 V | Doğrultulmuş hat ve kontrol beslemesini filtreler. |
| C3 | 100 µF / 10 V | T3 algılama noktasını filtreleyerek kararsız tetiklemeyi azaltır. |
| B1 | 630 mA / 250 V | Trafo primer tarafını sigorta ile korur. |
Montajda Dikkat Edilecek Noktalar
R1 ve R8 ısınabilecek dirençlerdir. Baskı devreye sıfır temasla yatırmak yerine kart yüzeyinden birkaç milimetre yukarıda bırakmak daha doğru olur.
R8 özellikle yüksek akımda belirgin güç harcar; 0,22 Ω değerde 4 A akımda yaklaşık 3,5 W ısı oluşur. Bu nedenle güç değeri düşük direnç kullanılmamalıdır.
D1 ve D2 diyotları, 45 Ah civarına kadar olan akülerde 3 A sınıfı seçilebilir; daha yüksek kapasitelerde 6 A sınıfı diyot ve uygun soğutma daha güvenlidir.
T1 MOSFET için küçük de olsa bir soğutucu gerekir. Daha büyük akülerde diyotlar ve MOSFET aynı metal yüzeye alınacaksa yalıtım pulu ve burç kullanılmalıdır.
Ayar ve İlk Test
İlk çalıştırma doğrudan aküyle yapılmamalıdır. Önce düşük akımlı, ayarlanabilir bir laboratuvar kaynağı ile kontrol katı denenmelidir.
P1 orta konuma alınır, C1 hattına 12 V uygulanır ve C2 üzerindeki kontrol beslemesi ölçülür.
Ayarlı kaynak 10 V ile 20 V arasında yavaşça yükseltilerek kesme noktası kontrol edilir.
Devrenin ana şarjı yaklaşık 16,2 V civarında kesmesi hedeflenir.
Kesme daha erken veya daha geç oluyorsa P1 çok küçük adımlarla ayarlanmalıdır.
Ayarlı kaynak yoksa devrenin yalnızca tetikleme davranışı sınırlı şekilde kontrol edilebilir; ancak gerçek kesme gerilimi bu yöntemle hassas ayarlanamaz.
İlk gerçek şarjda ampermetre ve voltmetre mutlaka bağlı olmalı, akü gerilimi yükselirken MOSFET’in doğru noktada kapandığı izlenmelidir.
Güvenlik Uyarıları
Şebeke tarafı tehlikelidir. Trafo primer bağlantıları, sigorta yuvası ve anahtar bölümü çift izolasyonlu kabloyla yapılmalı; açıkta 220/230 V taşıyan hiçbir nokta bırakılmamalıdır. Metal kutu kullanılıyorsa topraklama ve izolasyon düzeni ayrıca kontrol edilmelidir.
Kurşun-asit aküler şarj sırasında gaz çıkarabilir. Kapalı, kıvılcım oluşabilecek veya havalandırmasız bir yerde şarj yapılmamalıdır. Krokodil uçlar aküye ters bağlanırsa MOSFET, diyotlar veya akü zarar görebilir. Devrede ters kutup koruması ayrıca gösterilmediği için bağlantı sırası dikkatli yapılmalıdır.
Yaklaşık 16 V kesme seviyesi sulu tip otomotiv akülerinde kontrollü şarj için kullanılabilir; ancak AGM, jel veya kapalı tip kurşun-asit akülerde bu seviye yüksek kalabilir. Lityum iyon, LiFePO4 veya NiMH piller için uygun bir devre değildir.
Sık Yapılan Hatalar
- Trafo gerilimini düşük seçmek: Akü gerilimi yükseldiğinde şarj akımı erken düşer ve devre beklenen kapasiteye ulaşamaz.
- R8 direncinin gücünü küçük seçmek: Direnç aşırı ısınır, değeri kayabilir veya kartı karartabilir.
- MOSFET’i soğutucusuz bırakmak: Özellikle yüksek akımlı şarjda T1 gereksiz ısınır.
- P1 ayarını ölçmeden kullanmak: Kesme gerilimi hatalı kalırsa akü eksik şarj olabilir veya fazla gerilim altında kalabilir.
- Kapalı tip akülerde aynı eşikleri kullanmak: Jel ve AGM aküler için üretici şarj gerilimi kontrol edilmelidir.
Teknik Özet
| Özellik | Değer / Açıklama |
|---|---|
| Akü tipi | 12 V kurşun-asit otomotiv aküsü |
| Şarj kesme seviyesi | Yaklaşık 16 V, P1 ile ayarlanır |
| Bakım akımı | Yaklaşık 40 mA, R1 ile belirlenir |
| Güç anahtarı | IRF9540 P kanal MOSFET |
| Kontrol yapısı | BC548B transistörlerle Schmitt tetikleyici |
| Doğrultma | Orta uçlu trafo ve iki diyotlu tam dalga doğrultucu |
| Önerilen trafo | En az 2×14 V boşta, yaklaşık 50 VA ve üzeri |
| Akım izleme | R8 üzerindeki gerilim düşümü ölçülerek yapılabilir |
Devre, entegre şarj kontrolörü kullanmadan otomatik kesme yapan klasik bir akü şarj cihazı kurmak için anlaşılır bir örnektir. En önemli noktalar trafo seçimi, R8’in güç değeri, MOSFET soğutması ve P1 ayarının ölçerek yapılmasıdır. İlk deneme kontrollü yapılırsa devre hem şarj sürecini gözlemlemek hem de MOSFET’li kesme mantığını öğrenmek için oldukça öğretici bir uygulama olur.
Mosfet akü şarj devresinin PCB çizimi Sprint layout 6 ile kopyalandı. Kontrol edildi ama test edilmedi. Ek olarak orjinal çizimlerde var.
