Yüksek Voltajlı 0-400V 22mA-600mA Ayarlı Güç Kaynağı TCA785

Bu güç kaynağı devresi, 0…400V arası voltaj ayarı ve 22mA…600mA arası akım ayarı yapabiliyor. Uygun bileşen seçimi ile en yüksek çıkış akımı 1A seviyesine kadar çıkarılabiliyor. Devre TCA785 faz kontrol entegresi üzerine kurulmuş ve ilk bakışta çok karmaşık görünmese de, yüksek voltaj ile çalıştığı için alıştığımız düşük voltajlı güç kaynaklarından farklı bir tasarım mantığına sahip.

Devrede TL081 opamp kullanılmış ve bu entegre simetrik +-12V ile beslenmiştir. Yazar bu besleme için bir DC/DC çevirici kullanmış.

Ancak bu parça piyasada zor bulunabilir. Bu nedenle istenirse yerine ek trafo kullanılabilir ya da TRA2 trafosu buna göre ilave sargılı seçilebilir. Güç kaynağı devresine ait PCB, şema çizimleri ve malzeme listesi de bulunmaktadır.

Yüksek voltajlı ayarlı güç kaynağı devrelerine ilgi duyanlar için 50V-450V arası 500 mA ayarlanabilir güç kaynağı ve daha klasik koruma mantığı görmek isteyenler için yüksek voltaj korumalı 15A güç kaynağı yazıları da faydalı olabilir.

Devrenin Çalışma Mantığı

Bu güç kaynağı, triyak ön düzenlemeli düşük kayıplı bir yapıya sahiptir. Ön düzenleme katı, T1 ve IC5 (LM317) ile gerçek düzenleme katı üzerinde yalnızca yaklaşık 12V düşüm olacak şekilde çalışır. Böylece lineer güç kaynaklarında sık görülen yüksek ısı kayıpları daha makul seviyelerde tutulur.

Katmanların genel yapısı

• Sol üst bölümde triyak kontrol devresi
• Sol alt bölümde triyak kontrolünün sürme katı
• Sağ üst bölümde lineer regülatör
• Sağ alt bölümde lineer regülatör kontrol bölümü

Faz içi regülatörü kontrol etmek için güç kaynağının bir kısmı DC/DC dönüştürücü DC1 üzerinden beslenmektedir. Bu yaklaşım, modüllerin elektriksel olarak izole edilmesini sağlar.

Devredeki Yardımcı Bileşenler ve Ayar Yapısı

Paraziti azaltmak için devrede L1 bobini, C9 / R14 snubber ağı ve C10 – C13 kapasitörleri gibi ek bileşenler yer alır. P3 potansiyometresi ile maksimum ayar aralığı sınırlandırılabilir ve ince ayar yine düzeltme potansiyometresi üzerinden yapılabilir.

Her yarım dalgada triyak modülü, eş fazlı regülatördeki gerilim düşüşü her zaman yaklaşık 12V olacak noktada şebeke gerilimini ana trafo TRA3‘e anahtarlar. Böylece güç kaynağındaki toplam kayıplar ciddi ölçüde azaltılır.

Maksimum Çıkış Değerleri ve Uyarlanabilirlik

Bu güç kaynağı, kullanılan trafolara ve hedeflenen çıkış gerilim-akım değerlerine göre uyarlanabilecek şekilde geliştirilmiştir.

• Maksimum çıkış voltajı: 400V
• Maksimum güvenli çıkış akımı: 1A

Maksimum çıkış voltajı; C14, C15, C19, C20 kapasitörlerinin dielektrik dayanımı ve T2 transistörünün gerilim dayanımı ile belirlenir. Maksimum güvenli çıkış akımı ise esas olarak T1 tarafından sınırlandırılır.

Güç Kaybı Değerleri

Güç paketindeki kayıplar yaklaşık olarak:

• Triyak kontrol modülü: 70mA’da 15V, yaklaşık 1,05W. %70 trafo verimi varsayılırsa yaklaşık 1,5W.
• IC4 etrafındaki kontrol devresi: yaklaşık 10mA, yani 0,15W. %70 trafo veriminde yaklaşık 0,21W.
• IC6 etrafındaki kontrol devresi: 1mA’nın altında, ihmal edilebilir.
• 400V çıkış geriliminde, T3 üzerinde yaklaşık 2W düşüş oluşur.
• Lineer regülatörde gerilim düşüşü her zaman 12V olduğundan, 600mA çıkış akımında güç kaybı yaklaşık 7,2W‘tır.
• Tam yükte doğrultucu B3, triyak ve diğer bileşenler üzerindeki kayıplar yaklaşık 4W‘tır.
• Toplam kayıp yaklaşık 14,91W seviyesine ulaşır.
• Çıkışta 100mA yükte güç kaybı yaklaşık 8,91W‘tır.
• 1A tam kullanımda maksimum güç kaybı yaklaşık 19,71W‘tır.
• Bu kayıplar, nispeten küçük bir soğutucu ile dağıtılabilir.

PCB ve Mekanik Detaylar

Devre kartı 103mm x 165mm boyutlarındadır. Voltaj regülatörü IC2‘nin altındaki ve sağ üstündeki lehim pedleri, 15V yardımcı gerilim almak için tasarlanmıştır. Bu noktadan örneğin bir röleyi anahtarlamak için kullanılabilecek şekilde, maksimum 60mA akımda 15V gerilim alınabilir.

Montaj sırasında dikkat edilmesi gerekenler

• 230V şebeke gerilimine bağlı iletken yollar ile devrenin geri kalanı arasında minimum 2,5 mm mesafe bırakılmalıdır.
• Transistörler için TO218 kılıf düzeni baz alınmıştır.
• Transistör ayakları, kullanılan parçaya göre bükülmek zorunda kalabilir.
• Transistörler, triyak ve LM317 soğutucuya izole şekilde monte edilmelidir.
• TR1’e giden 230V hatları kalın biçimde kalaylanmalı, gerekirse bakır tel ile güçlendirilmelidir.
• Özellikle kısa devre durumunda yol buharlaşmaması için yüksek akım taşıyan yollar güçlendirilmelidir.

Ayrıca güç kaynağının önüne bir şebeke filtresi eklenmesi de önerilir. Kullanılan trafoya bağlı olarak yüksek girişim pikleri oluşabilir.

Çıkış Akımı Ayarı (R15)

Akım sınırlaması R15 direnci ve P1 potansiyometresi ile belirlenir.

• Maksimum çıkış akımı, 0,6V esas alınarak hesaplanır: R15 = 0,6V / Imax
• Minimum çıkış akımı ise R15 + P1 üzerinden hesaplanır

Akım sınırlama devresinin doğru ayarlanması, özellikle yüksek voltajlı laboratuvar güç kaynaklarında önemli bir güvenlik avantajı sağlar.

Çıkış Voltajı Ayarı (R25)

Gerilim kontrol aralığı R25 ile belirlenir. Hesap formülü şu şekildedir:

• R25 = (Uout x 10k / 6V) – 10k

Burada Uout, seçilen maksimum çıkış voltajıdır. Direnç değeri için R12 serisinden en yakın değer seçilir ve P3 trimpot ile ince ayar yapılır.

P2 gerilim ayar potansiyometresi konusunda daha esnek davranılabilir. Bu potansiyometre 1k ile 100k arasında seçilebilir. R17 direncinin ise aynı değerde olması gerekir.

T1 Transistör Seçimi

T1 transistörü, hedeflenen maksimum çıkış akımına göre seçilmelidir.

• IRF840: 200mA’ya kadar
• IRFP450: 200mA – 500mA arası
• IKW25N120: 500mA – 1A arası

Bu seçimle birlikte güç kaynağı kısa devre korumalı hale getirilebilir. Benzer karakteristikte başka transistörler de kullanılabilir. Gerekirse paralel bağlantı uygulanabilir.

Örneğin 500mA çıkış akımı için IRF840 de kullanılabilir. Ancak bu durumda kısa devre koruması tam güvenli sayılmaz. Çıkış gerilimi yüksekken kısa devre oluşursa transistör zarar görebilir. Bu nedenle veri sayfasındaki SOA sınırları aşılmamalıdır.

Kapasitör Boyutlandırması

C14, C15, C19 ve C20 elektrolitik kapasitörlerinin dielektrik dayanımı, seçilen maksimum gerilime göre belirlenmelidir. Bu değer, TRA3 trafosunun maksimum DC çıkış geriliminin en az 50V üzerinde olmalıdır.

Hesap mantığı

• UC = UTRA3 x 1,414 + 50V

Burada UTRA3, trafonun AC çıkış gerilimidir.

Ek olarak:

• C14 ve C15, seçilen maksimum çıkış akımına göre belirlenmelidir.
• Toplam kapasitans, 100mA çıkış akımı başına yaklaşık 100uF olacak şekilde seçilebilir.
• C20 çıkış kapasitörü, akım sınırlamasının tepkisini belirler.
• C20 için 1uF ile 100uF arası değer kullanılabilir.
• Kapasite arttıkça akım sınırlama daha yavaş tepki verir.

Sigorta Seçimi

F1 sigortası, kullanılan TRA3 trafosuna göre boyutlandırılmalıdır. Primer maksimum sürekli akımın yaklaşık %20 ile %30 üzerinde seçilmesi önerilir.

Örnek olarak 230VA bir trafo maksimum yaklaşık 1A çekiyorsa burada 1,25A sigorta uygun olabilir.

tca785, 400v, yüksek voltaj, ayarlı güç kaynağı

DİKKAT 0-400V 22mA-600mA ayarlı güç kaynağı devresi yüksek voltaj ile çalışmaktadır. Kondansatör bağlantılarında kutuplara mutlaka dikkat edin. + ve – bağlantıları ters yapılırsa yüksek voltaj altında ciddi patlamalar oluşabilir. Devreyi çalıştırmadan önce sigortalı elektrik hattı, koruyucu gözlük ve güvenli çalışma koşulları kullanın.

Sonuç

TCA785 tabanlı 0-400V ayarlı yüksek voltaj güç kaynağı, klasik lineer güç kaynaklarına göre daha düşük kayıpla çalışacak şekilde tasarlanmış, oldukça ilginç bir laboratuvar tipi güç kaynağıdır. Triyak ön düzenleme, lineer regülasyon, akım sınırlama, yüksek voltaj uyarlama ve izole kontrol yapısı sayesinde ciddi bir tasarım örneği sunar. Ancak yüksek voltaj nedeniyle bu devre, sadece dikkatli ve tecrübeli kullanıcılar tarafından uygulanmalıdır.

Kaynak: tubeland.de/Kapitel1.htm