Bu yazımızda güç elektroniğe hızlı bir giriş yaparak lineer regülatör tasarımı, simülasyonu ve modellenmesi hakkında bilgi vererek uygulamasını yapacağız. İçeriğimiz de ;
- Lineer Güç Kaynağı Nedir? ,
- Malzemelerin Seçilmesindeki Hususlar ,
- Simülasyon Programları ,
- PCB Tasarımı gibi konulardan bahsedeceğiz.
Hazırsanız Başlayalım!
Lineer Güç Kaynağı Nedir?
Lineer güç besleme kaynağı basit haliyle, voltajı istenen seviyeye indiren bir trafo (transformatör), alternatif akımı doğrusala çeviren bir diyot köprüsü (rectifier), voltaj dalgalandırmalarını gideren bir kondansatörden oluşur. Bunun ucuna da bir regülasyon devresi ilave edilerek değişik yüklerde sabit voltaj verilmesi sağlanır.
Güç kaynağının kalitesi, şebeke voltajını ne kadar iyi filtre edebildiği, değişen yükler altında ne kadar temiz ve sabit voltaj sağladığı ve akım kapasitesi gibi unsurlara bağlıdır.
Şekil-1: Regülatörlü Lineer Güç Kaynağı Devresi
Projemizin devresi ise Şekil-1 de görüldüğü gibidir. Bu devreden yola çıkarak projemizi oluşturmaya başlayacağız. Devredeki elemanların değerlerini belirleyebilmek için devre parametrelerine bakmamız gerekmektedir.
Devrenin Parametreleri
Öncelikle tasarlayacağımız devrenin temel parametrelerini yazmamız gerekiyor çünkü bu değerlere göre hesaplamalar yapıp malzeme seçimini yapacağız.
İki parametremiz mevcut;
- 15V Çıkış Gerilimi
- 100mA Çıkış Akımı
Devre Elemanlarının Belirlenmesi ve Hesaplamalar
- Entegre Seçimi
İlk öncelikle LM78XY entegresini belirmemiz gerekmektedir. Burada XY Çıkış gerilimi voltaj değerini ifade etmektedir. Bu sebepten dolayı LM7815 entegresini tercih ettik.
- Trafo Seçimi
Yine çıkış geriliminin değerinin 15V olduğu için ve çıkısında diyot köprüsüne bağlanacağından dolayı orta uçlu 220/2×15 V trafo seçimi yaptık.
- Diyot Seçimi
Diyotlar kullanılacakları devrede üzerlerinden geçecek akım ve voltaj değerlerine göre seçilmelidir. Bizde bu hususa göre diyot seçimini yaptık.
- Kondansatör Seçimi
Kondansatörünün(Kutuplu Kondansatör) belirlenmesinde birtakım hesaplamalar yapmak zorundayız.
Hesaplamalar sonucunda 265uF çıkıyor fakat piyasada 220uF bulunduğu için bizim tercihimiz 220uF kondansatör tercihinden yana oldu.
Dekuplaj kondansatör seçimini ise yani kondansatörü ,LM7815 Entegresinin datasheet dosyasına bakarak verilen değere göre seçimini yaptık.
- Direnç Seçimi
Direnç seçimini yaparken çıkış akımını göz önünde bulundurmak gerekmektedir. Yani 15V ve 100mA değerlerine göre 150Ω olarak belirledik. Ayrıca çıkış gücünü de düşünerek 5 watt’lık taş direnç tercihinde bulunduk.
Malzeme Listesi
Bu projede kullanılan malzemeleri kolayca temin edebilirsiniz. Malzeme analizi yapacak olursak içerisinde yarı iletken elektronik devre elemanları bulunmadığı için biraz daha ucuz ve risk açısından daha güvenli diyebiliriz. Trafo seçiminde kapalı veya açık tip seçimi projenin işleyişini etkilememektedir.
• 220/2×15 5.4VA Orta Uçlu Trafo
• 220uF 25V Elektrolitik Kondansatör
• Klemens
SİMÜLASYON
Devremizi kurarken iki farklı programdan yararlandık. Proteus kullanmamızın sebebi LM7815 entegresinin hazır olarak bulunmasıydı. Diğer program olan PowerSim kullanmamızın sebebi ise grafikleri detaylı bir şekilde incelememiz içindir.
- Proteus Simülasyon Devresi Görseli
Şekil-2: Proteus Devre Şeması
- PowerSim Devre Görseli
Şekil-3: PSim Devre Şeması
Grafikler
Şekil-4: PowerSim Çıkış Gerilimi Grafiği
Not: Grafiğin doğrusal çıkmamasının nedeni PSİM programında hazır LM7815 entegresinin bulunmayışıdır. Onunla aynı görevi gören devre kullanılmıştır. Bu sebepten dolayı dalgalanmalar mevcuttur fakat averaj değeri 15 V vermektedir.
Şekil-5: PowerSim Çıkış Akımı Grafiği
- Osiloskop Görüntüleri
Şekil-6: Çıkış Gerilimi Grafiği
Devre Kurulumu
Tasarım ve simülasyon adımlarının tamamlanmasından sonra son aşama olan lehimleme işlemi kaldı. Lehim işlemini devre şemasını bakarak adım adım tamamladık.
Şekil-7: Devrenin Lehimlenmiş Hali
Şekil-8: Devrenin Lehimlenmiş Hali
Şekil-9: Devrenin Lehim Yolları
PCB Tasarımı
Ek olarak ise bu devreyi bir elektronik kart haline dönüştürebiliriz. Tasarım programları ( Altium Designer, EAGLE vb. )kullanarak bu kart oluşturabilir. Biz EAGLE programını kullanıp çizimini tamamladık. Bu tasarım konumuzun dışında olduğu için şu an bu yazı da bahsedip uzatmak istemiyorum. İsterseniz siz de PCB tasarımını yapıp internet üzerinden siparişini verebilirsiniz.
Şekil-10: PCB Resmi
Özet
Böylelikle projemizi bitirmiş olduk. Bu lineer regülatör devresini yaparak Güç elektroniği alanında kısa bir bilgi sahip olup başlangıç yaptık. Proteus ve PSIM gibi programlar konusunda bilgi sahibi olup devre yorumlaması yapmayı öğrenmiş olduk. Ayrıca elektronik alanın vazgeçilmezi olan lehimleme işini ilk elden test edip uyguladık. Yanlış olduğunu düşündüğünüzde veya aklınıza takılan sorular olduğunda bizimle iletişime geçmekten çekinmeyiniz. Çalışmalarınızda başarılar dileriz. Hoşça kalın…
Samet Sülün/ Bekir Gevrek
Electrical Engineering at Yıldız Technical University
