Güç kaynağı tasarımımıza ikinci bölüm ile devam ediyoruz. Önceki bölüme buraya tıklayarak ulaşabilirsiniz. İstediğimiz çıkış voltajı ve akımına karar vererek devam edelim. Piyasadaki yaygın güç kaynaklarının standartlarına uyalım ve 30V/5A çıkış hedefleyelim. Ayrıca esnek bir yapımız olsun. İstersek voltajı da akımı da arttırma şansımız olsun...
 |
NPN çıkış transistörü kullanmamız durumunda 30V çıkış için transistörün base ucu 30V üzeri bir gerilim ile sürülmelidir. Opamp çıkışından doğrudan bu seviyede bir sinyal almak oldukça güçtür.
PNP çıkış transistörü kullanması durumunda ise düşük bir voltaj seviyesi ile yüksek voltajları kontrol etmek mümkün hale gelir. Ancak bu yöntemde de görece olarak yüksek akımlar Pnp transistörünün base ucundan gnd ye (boşuna) akmaktadır.
30V çıkış alabilmek için en az 30V ac gerilime ihtiyaç duyulur. Çıkış transistörleri üzerinde kaybolan 0.7V seviyesindeki gerilimide hesaba katar isek 32V trafo çıkışı uygun olacaktır. Filtre (blok) kondansatör ile bu voltaj 32 x 1.41 ≌ 45Vdc voltaj seviyesine ulaşılır. Trafolar orsansal dönüşüm yaparlar. 220Vac olan şebeke gerilimi ±%10 değişim (200-245V arası) gösterdiğinde trafo çıkışı da aynı şekilde değişim gösterir. %10 tolerans öngörüsüne göre tüm koşullarda 30V hedefine ulaşmak istiyorsak trafo çıkışımız şebeke gerilim %10 azaldığında da 32Vac olmalıdır. O halde trafo tolerans değerimizi de ekler isek trafo çıkışımız 35Vac olmalıdır ve bu değerin 32 ile 38 arasında gezineceğini düşünüyoruz. O halde devremizin dc giriş gerilimi 32 x 1.41 ≌ 45V ile 38 x 1.41 ≌ 54V arasında değişkenlik gösterecektir.
Şebeke geriliminden bahsetmişken, şebeke geriliminin kontrolsüz bir şekilde yükseldiği durumlarıda düşünelim. 245V seviyesini normal kabul etmiştik. Ancak gerilim daha da yükselir ise trafo çıkışıda yükselerek devremize zarar verecektir. Bir koruma yöntemi olarak trafonun giriş tarafına 250V varistör bağlanabilir. Şebeke gerilimi 250V u geçer ise varistör direnci azalarak girişteki sigortanın atmasını sağlar. Böylece devrenin enerjisi kesilmiş olur. Şebeke geriliminin 250V olduğu esnada devremizin DC girişi 56V tepe gerilimine maruz kalacaktır.
Yukarıdaki darlington bağlantımız sayesinde bu gerilimleri kontrol altında tutabiliyorduk. Çıkış akımı yönünden de gerekli analizleri yapalım. 5A çıkış akımı istiyorduk. O halde çıkış transistörlerimiz en az 56V ile başa çıkmalı ve 5A akım akıtabilmeli... Çıkışta 2N3055 kullanmayı düşünmüştük. Bu transistörün özelliklerine bakalım.
 |
| Referans : ON Semiconductor Datasheet |
Maksimum değerleri incelediğimizde 60V olan Vce değeri bizim için yeterli. Sürekli akım olarak ise 15A verilmiş. Bu değerde oldukça uygun.
 |
| Referans : ON Semiconductor Datasheet |
Devremizin en ağır şartlara maruz kaldığı durumu göz önüne almalıyız. Bu durum çıkışın kısa devre olduğu durumdur. Bu durumda çıkış akımı kısa devre üzerinden 5A ile sınırlandırılmış şekilde akacaktır. Çıkış gerilimi sıfır olacağı için transistörün collector-emiter uçlarında maksimum gerilim oluşacaktır. En yüksek 56V tepe gerilimi hesaplamıştık. 5A gibi bir akım çekildiğinde blok kondansatör ile 56V olan voltaj seviyesi trafo çıkış seviyesine doğru düşecektir. Bu nedenle 56 / 1,41 = 40V dc bara voltajı kabulu ile hesaplarımıza devam edeceğiz. Yukarıda 2N3055 in güvenli çalışma bölgesi verilmiştir. 40V gerilim ile transistör üzerinden en fazla 3A in altında akım geçirilmesine izin veriliyor. Bu değerde sadece en iyi soğutma koşulları altında gerçekleşebilir. Biz biraz güvenlik marjı bırakarak 2A değerini sınır olarak kabul ediyoruz. O halde 5A çıkış akımı sağlamak için en az 3 adet transistörü paralel bağlamalıyız. Ben biraz daha ek güvenlik marjı olması yönünden 4 adet transistör kullanmayı tercih ettim. Böylece transistörler üzerindeki stress azalacak ve ısı dağılımı daha kolay olacaktır. 4 Transistör ile transistör başına 5/4= 1.25A akım düşecektir. Transistör başına harcanak güç ise 40V x 1.25A = 50W olarak hesaplanır. Bu değer 115W olarak verilmiş limitin oldukça altındadır. Soğutucu seçimini daha önce başka bir konu altında anlattığım için ayrıca burada tekrar soğutucu hesabı yapmayacağım. Soğtucu seçimi için buraya tıklayarak ilgili konuya ulaşabilirsiniz.
 |
| Referans : ON Semiconductor Datasheet |
 |
| Simülasyon için tıklayıız. |
 |
| Simülasyon için tıklayıız. |
Darlington yapımızı oluşturmaya devam edelim. Yukarıdaki bağlantıda Npn transistör bir adet gösterilmiştir ama aslında 4 adet olduğunu biliyoruz. Pnn transistör olarak ise Tip42c modelinin uygun olduğunu tespit ettim. Bu transistörün kazancı 1A seviyesine kadar nispeten doğrusal ve 80 civarındadır. O halde Pnp transistörü yaklaşık 1.5ma ile yeterli olacaktır. Ayrıca kurduğumuz yapı çıkışa eklenecek paralel transistör sayılarının artırılması ile Çok daha yüksek çıkış akımlarına izin verebilir. Örneğin çıkıştan 20A alınmak istenir ise 600ma civarında base akımı gerekir ki bunu tip42 tek başına sağlayabilir. üstelik kontrol akımız ise 6ma gibi küçük bir değer olacaktır.
 |
| Simülasyon için tıklayıız. |
 |
| Simülasyon için tıklayıız. |
Bu yapıda kontrol akımı 15uA iken kontrol voltajıda 600mv seviyesindedir. Hem akım hem de gerilim yönünden kontrol sinyali dar bir aralıktadır.
 |
| Simülasyon için tıklayıız. |
Bu bölümde çıkış transistörlerinin yapısını ve bu yapı kurulur iken nelere dikkat edildiğini aktarmaya çalıştım. Kurduğumuz yapı ilave transistör ile yüksek akımlara da izin vermektedir. Daha yüksek çıkış gerilimi için trafo çıkışı daha yüksek olmalı ve transistörler hedeflenen gerilime dayanacak şekilde seçilmelidir. Bu seçimi yapabilmek için gerekli temel bilgiyi açıkladığımı düşünüyorum. Bir sonraki bölümde kontrol kısmına odaklanarak projemizi şekillendirmeye devam edeceğiz.