TL494 Faz Kontrollü Fotovoltaik Fazla Enerji Yönlendirici

Faz kontrollü fotovoltaik fazla enerji yönlendirici devresi, akü gerilimi belirlenen seviyenin üzerine çıktığında inverterin 230V AC çıkışındaki enerjiyi kademeli olarak rezistif yüke aktarır. Bu yük çoğunlukla boiler, su ısıtıcı rezistansı veya benzeri omik ısıtıcıdır. Devrenin merkezinde TL494CN, çıkış tarafında MOC3021 optotriyak ve güç triyakı bulunur.

Enerji Yönlendirici Devresinin Amacı

TL494 faz kontrollü fotovoltaik fazla enerji yönlendirici devre şeması

Off-grid veya hibrit fotovoltaik sistemlerde akü dolmaya yaklaştığında panellerden gelen enerjinin boşa gitmemesi istenir.

Şarj kontrol cihazı veya inverter gücü sınırlamaya başladığında fazla enerji, kontrollü bir yük üzerinden su ısıtmaya aktarılabilir.

Bu devre tam olarak bu iş için hazırlanmış faz kontrollü bir AC yük sürücüsüdür.

Klasik aç-kapa röleli sistemlerde yük bir anda devreye girer ve bir anda çıkar.

Bu durum inverter çıkışında ani akım darbeleri, akü geriliminde dalgalanma ve sistem grafiğinde dişli bir davranış oluşturabilir.

Faz kontrollü yapı ise triyak ateşleme açısını değiştirerek 230V rezistansa verilen gücü daha yumuşak artırır veya azaltır.

Bu tip devreler doğrudan akü şarj regülatörü değildir. Akü gerilimini izleyerek, akü doluluk seviyesine yaklaştığında fazla enerjiyi AC taraftaki ısıtıcıya yönlendirir.

Güneş enerjisi ve akü sistemleriyle ilgilenenler için güneş enerjisi akü şarj ve güneş paneli hesaplama yazıları bu devrenin kullanım mantığını tamamlayan kaynaklardır.

Temel Çalışma Mantığı

Devrede iki ayrı taraf bulunur. Birinci taraf düşük gerilimli kontrol bölümüdür; burada akü gerilimi ölçülür, eşik ve eğim ayarı yapılır, TL494CN çıkışı üretilir.

İkinci taraf 230V AC güç bölümüdür; burada triyak, inverter çıkışındaki sinüs dalgasının belirli bir noktasında tetiklenerek rezistansa giden gücü ayarlar.

Kontrol kartı 48V akü grubunun gerilimini direnç bölücü üzerinden algılar. Akü gerilimi ayarlanan eşiğin altındaysa 230V yüke enerji aktarımı başlamaz veya çok düşük seviyede kalır.

Gerilim eşik üzerine çıktıkça TL494’nin kontrol gerilimi değişir, triyak daha erken tetiklenir ve rezistansa aktarılan ortalama güç artar.

Akü Gerilimi ile Yük Kontrolü

Şemadaki ana ölçüm noktası akü gerilimidir. 48V sistem için R16 ve R17 dirençleri 27k + 27k olarak çizilmiş.

Notta farklı akü gerilimleri için toplam R16 + R17 değerinin değiştirilmesi gerektiği belirtilmiş: 12V sistem için yaklaşık 13k, 24V sistem için yaklaşık 27k kullanılabilir.

48V sistemde 54k toplam değer bu yüzden mantıklıdır.

Buradaki amaç, farklı sistem gerilimlerinde TL494 girişine benzer ölçekli bir ölçüm gerilimi getirmektir.

Direnç bölücü yanlış seçilirse R6 trimpotun ayar aralığı uygun noktaya denk gelmez.

Bu durumda devre ya çok erken yüklemeye başlar ya da akü gerilimi yükselse bile yükü yeterince açmaz.

R6 Napětí Ayarı

Diğer şemada R6 trimpotu şemada “Napětí” olarak işaretlenmiş. Bu ayar, yükün hangi akü geriliminden sonra devreye gireceğini belirler.

Örneğin 48V LiFePO4 sistemde yükleme 54V civarında başlatılmak isteniyorsa R6 bu noktaya göre ayarlanır.

Ayar yapılırken gerçek akü yerine akım sınırlamalı laboratuvar güç kaynağı kullanmak daha güvenlidir.

Besleme gerilimi yavaş yavaş artırılır, osiloskopla triyak tetikleme davranışı veya yük çıkışı izlenir. Böylece devrenin hangi gerilimde kesmeye başladığı görülür.

R18 Strmost Ayarı

R18 trimpotu “Strmost” yani eğim ayarıdır. Bu ayar, eşik aşıldıktan sonra yükün ne kadar hızlı artırılacağını belirler.

Eğim çok sert ayarlanırsa devre röleli sistem gibi davranmaya yaklaşır; inverter bir anda yüksek yük görür.

Eğim çok yumuşak ayarlanırsa fazla enerji yeterince hızlı tüketilemez ve akü gerilimi gereğinden fazla yükselebilir.

Bu nedenle R6 ve R18 birlikte ayarlanmalıdır. R6 yüklemenin başlayacağı gerilimi, R18 ise bu başlangıçtan sonra gücün nasıl artacağını belirler.

TL494CN Bu Devrede Nasıl Kullanılıyor?

TL494 daha çok SMPS ve PWM kontrol entegresi olarak bilinir. Ancak içindeki referans, hata yükselteçleri, osilatör ve çıkış transistörleri sayesinde faz kontrollü zamanlama devrelerinde de kullanılabilir.

Burada TL494, akü gerilimine bağlı olarak MOC3021’i süren kontrol sinyalini üretir.

TL494’nin 5V referans çıkışı ve hata yükselteç girişleri, aküden gelen ölçeklenmiş gerilimle ayar trimpotlarını karşılaştırır.

Osilatör bölümü C1 ve R2 gibi elemanlarla zaman tabanı oluşturur. Çıkış katı ise optotriyak LED’ini uygun zamanlarda sürer.

TL494 ile çalışan güç ve kontrol devrelerine aşina olmak için TL494 DC-DC CV CC devresi ve TL494 IR2153 LM358 optokuplör test yazıları faydalı olabilir.

Bu projede TL494 bir DC-DC dönüştürücüyü değil, faz kontrollü AC yük tetiklemesini yönetmektedir.

MOC3021 ve Triyak Seçimi

Devrede MOC3021 optotriyak kullanılmıştır. Bu parça sıfır geçiş bekleyen tiplerden farklıdır; faz kontrol uygulaması için uygundur.

Faz kontrolünde triyak sinüs dalgasının tam başında değil, istenen gecikmeyle tetiklenir. Bu yüzden MOC306x gibi zero-cross optotriyaklar burada aynı işi yapmaz; çünkü onlar triyakı sıfır geçişe yakın iletime sokmak ister.

Güç triyakı şemada BTA16/800 olarak görülüyor. Readme notunda ise kullanılan PCB’nin BTA26/800 için değil BTA140/800 için uygun olduğu özellikle belirtilmiş.

Bu nedenle baskı devreye göre bacak dizilimi ve gövde tipi kontrol edilmelidir. Triyak değiştirirken yalnızca akım ve gerilim değeri değil, pin dizilimi ve soğutucu bağlantısı da önemlidir.

Triyak Isınması

Triyak üzerinde, iletim sırasında birkaç voltluk düşüm oluşabilir. Yük akımı arttıkça bu kayıp ısıya dönüşür.

Örneğin 1kW / 230V rezistif yük yaklaşık 4.3A akım çeker. Triyak üzerindeki kayıp birkaç watt seviyesine ulaşabilir. 2kW ve üzeri yüklerde soğutucu artık zorunlu hale gelir.

Readme notunda küçük bir kutu içinde havalandırma delikleri kullanıldığı ve kutunun pratikte soğuk hissedildiği yazıyor.

Buna rağmen bu gözlem her yük için geçerli kabul edilmemelidir. Triyak sıcaklığı gerçek çalışma gücünde ölçülmeli, mümkünse termokupl veya IR termometre ile kontrol edilmelidir.

230V Güç Hattı ve Rezistans Bağlantısı

PCB üzerinde 230 IN ve 230 OUT bağlantıları bulunuyor. 230 IN tarafı inverterden gelen AC hattı, 230 OUT tarafı ise rezistif yüke giden çıkıştır.

Bu devre şebekeye enerji basmak için kullanılmaz. En doğru kullanım, inverter çıkışından beslenen ve yalnızca boiler rezistansına giden ayrı bir AC hattır.

Forum notlarında bu yükleme kolunun sadece boiler için ayrıldığı ve dağıtım şebekesiyle bağlantılı olmadığı belirtilmiş.

Bu, güvenlik ve parazit yönetimi açısından daha doğrudur. Triyaklı faz kontrol, sinüs dalgasını kestiği için aynı hatta bağlı bazı cihazlarda uğultu, parazit, radyo frekans gürültüsü veya istenmeyen davranış oluşturabilir.

Bu devre motor, trafo, SMPS girişli cihaz, LED sürücü veya elektronik kontrollü ısıtıcı için uygun kabul edilmemelidir. En güvenli yük tipi klasik rezistans, daldırma ısıtıcı veya boiler spiralı gibi omik yüktür.

EMI Filtre ve Snubber Bölümü

Triyaklı faz kontrolün en zayıf tarafı parazittir. Sinüs dalgası belirli bir açıdan kesilerek yüke verildiğinde akım dalga şekli bozulur.

Bu bozulma kablolara, inverter çıkışına ve yakın çevredeki alıcılara parazit olarak yayılabilir.

Şemada girişte odrušovací filtr olarak geçen şebeke filtresi, X2 sınıfı kondansatörler, ortak mod bobinleri ve RC bastırma elemanları kullanılmış.

Kullanım notunda Epcos B84111F0000B120 tipi bir bastırma filtresinden söz ediliyor. Filtre seçimi yapılırken akım değeri, çalışma gerilimi ve bağlantı şekli yüke uygun olmalıdır.

Snubber elemanları triyak uçlarındaki ani gerilim değişimini sınırlar. Buradaki kondansatörlerin şebeke üzerinde çalışmaya uygun X2 güvenlik sınıfında olması gerekir.

Rastgele film kondansatör veya düşük gerilimli kondansatör kullanılmamalıdır.

PCB Yerleşimi

Faz kontrollü fazla enerji yönlendirici PCB bakır yolları ve güç hattı yerleşimi

PCB’de düşük gerilimli kontrol bölümü sol tarafta yoğunlaşmış, 230V güç yolları ise sağ tarafta geniş bakır yollarla taşınmış.

Bu ayrım doğru bir yaklaşımdır. Yine de 230V tarafındaki izolasyon mesafeleri, lehim kalitesi ve kutu içi yerleşim dikkatle kontrol edilmelidir.

Güç yollarında kullanılan geniş bakır alanlar, rezistans akımını taşımak için gereklidir.

Uzun süreli yüksek güçte çalışılacaksa yalnızca PCB yolu yeterli görülmemeli; kalay takviyesi, bakır tel takviyesi veya uygun kesitte harici kablolama düşünülmelidir.

Bu konu için PCB yollarının akım taşıma ve ısı hesabı yazısı doğrudan bağlantılıdır.

TY_Nab5 ile İlişkisi

Ek dosyalardaki TY_Nab5 dokümanı, bu devre ailesinin triyaklı akü şarj kontrolünden türediğini gösteriyor.

TY_Nab5’te GL494/TL494 kontrol entegresi, MOC3021 optotriyak, BT138/800 triyak, 230V/12V yardımcı trafo ve akım algılama şöntü bulunuyor.

Orijinal kullanımda triyak, güçlü şarj trafosunun primer tarafını faz kontrollü yönetmek için düşünülmüş.

Faz kontrollü fazla enerji yönlendiricide mantık benzer: güçlü bir 230V yük, triyak üzerinden kademeli sürülür.

Fark, burada hedefin akü şarj akımını sınırlamak değil, akü dolduğunda inverter çıkışındaki fazla enerjiyi rezistansa aktarmaktır.

Benzer triyaklı akü şarj örnekleri için araba aküleri için triyaklı şarj cihazı yazısı da konuya yakın bir uygulamadır.

12V ve 24V Sistemlere Uyarlama

Şemadaki not, R16 + R17 toplam değerinin akü sistem gerilimine göre değiştirilmesi gerektiğini söylüyor.

48V çizimde 27k + 27k kullanılmıştır. 24V için toplam yaklaşık 27k, 12V için toplam yaklaşık 13k önerilmiş. Bu değerler, akü gerilimini TL494’nin ölçebileceği aralığa indirir.

Uyarlama yapılırken yalnızca bu iki direnç değiştirip devreyi doğrudan kullanmak doğru değildir.

R6 eşik ayarı, R18 eğim ayarı, kontrol devresinin beslemesi, yük gücü ve inverter kapasitesi birlikte test edilmelidir.

12V sistemlerde akü gerilim aralığı daha dar olduğu için ayar daha hassas hale gelir.

İlk Çalıştırma ve Ayar Önerisi

• Triyak ve 230V yük bağlanmadan önce kontrol beslemesi ölçülmeli.
• TL494 besleme gerilimi ve referans çıkışı kontrol edilmeli.
• Akü girişi yerine akım sınırlamalı ayarlı DC kaynak bağlanmalı.
• R6 ile yüklemenin başlayacağı gerilim ayarlanmalı.
• Osiloskopla MOC3021 sürme sinyali veya triyak çıkışındaki kesilmiş sinüs gözlenmeli.
• Önce düşük güçlü akkor lamba veya küçük rezistif yükle denenmeli.
• Asıl boiler rezistansına geçmeden önce triyak sıcaklığı ve EMI filtre ısınması ölçülmeli.
• İnverter gücü, bağlanan rezistans gücünden düşükse sistem zorlanabilir.

Forum notlarında 2 x 1kW rezistansın 2kW inverteri zorlayabildiği, 4kW inverterde daha rahat çalıştığı belirtilmiş.

Bu pratik olarak önemlidir. Faz kontrol gücü kısabilse bile rezistansın tam güçte çekebileceği akım, inverterin anlık ve sürekli güç sınırına uygun olmalıdır.

Güvenlik Uyarıları

Bu devrede 230V AC gerilim, yüksek akım taşıyan rezistans hattı ve akü bağlantısı aynı sistem içinde bulunur.

Elektrik bilgisi olmayan kullanıcılar için uygun bir başlangıç projesi değildir.

Şebeke tarafındaki her bağlantı, sigorta, kablo kesiti, PE topraklama ve kutu izolasyonu doğru yapılmalıdır.

Metal kutu kullanılıyorsa koruma topraklaması yapılmalı, 230V terminaller dokunmaya kapalı olmalıdır.

PCB altındaki lehim noktaları kutuya temas etmemelidir. Triyak soğutucusu, kullanılan triyak modeline bağlı olarak elektriksel olarak izole edilmek zorunda olabilir.

BTA serilerinde izole tablı modeller bulunsa da parça koduna güvenmeden ölçüm ve datasheet kontrolü yapılmalıdır.

Triyaklı faz kontrol radyo paraziti üretebilir. EMI filtresi, kısa kablolama, metal kutu, doğru PE bağlantısı ve snubber devresi ihmal edilmemelidir.

Yakında telsiz, radyo alıcısı, hassas ölçüm cihazı veya haberleşme ekipmanı varsa devre gerçek yükte test edilmelidir.

Sık Yapılan Hatalar

• MOC3021 yerine zero-cross optotriyak kullanmak ve faz kontrolün çalışmamasına neden olmak.
• BTA16, BTA26 ve BTA140 gibi triyakların pin dizilimini kontrol etmeden PCB’ye takmak.
• EMI filtresini atlamak veya uygun akım değerinde seçmemek.
• Akü gerilimi bölücü dirençlerini sistem gerilimine göre değiştirmemek.
• R6 ve R18 trimpotlarını yük bağlıyken rastgele çevirmek.
• Boiler rezistans gücünü inverterin sürekli güç sınırından büyük seçmek.
• Triyak soğutucusunu küçük tutmak ve sıcaklık ölçmeden kapalı kutuya almak.
• Devreyi dağıtım şebekesine bağlı hat üzerinde denemek.
• SMPS, motor veya elektronik kontrollü yükleri bu çıkışa bağlamak.

Teknik Özet

Projenin Genel Değerlendirmesi

TL494 tabanlı faz kontrollü fazla enerji yönlendirici, off-grid fotovoltaik sistemlerde akü dolmaya yaklaştığında fazla enerjiyi su ısıtmaya aktarmak için pratik bir çözümdür.

Röleli aç-kapa yöntemine göre daha yumuşak güç kontrolü sağlar. Özellikle yalnızca rezistif yüke ayrılmış ayrı bir inverter hattında kullanıldığında işlevsel bir yapı ortaya çıkar.

Devrenin zayıf tarafı, 230V üzerinde faz kesme yaptığı için güvenlik ve EMI konularında dikkat istemesidir.

Doğru triyak, uygun soğutucu, iyi bir bastırma filtresi, güvenli kutulama ve dikkatli ayar yapılmadan kullanılmamalıdır.

Elektriksel güvenlik bilgisi olmayanlar için uygun bir proje değildir; ancak deneyimli uygulayıcılar için fazla enerjiyi değerlendirmede yararlı bir devre mantığı sunar.

Kaynak: forum.mypower.cz/viewtopic.php?t=10717