SMPS Devresi Tasarlama |
4. Bölüm

SMPS devremizin topolojisinden başlayıp Snubber devrelerine kadar olan yolculuğumuzu üçüncü bölümümüzde geride bıraktık. Snubber devrelerinden sonra çıkan çıkış voltajının nasıl bir yol izleyeceğini bu bölümde göreceğiz.

A- A+

26.04.2022 tarihli yazı 6607 kez okunmuştur.

SMPS Devresi Snubber Devresi Optokuplör Transformatör Anahtarlamalı Güç Kaynağı

SMPS Devresi Tasarlama yazı serimizin bir önceki bölümü olan 3.bölümümüzde snubber devresinden bahsetmiştik. Tasarladığımız devreyi hatırlamak için aşağıdaki görseli inceleyebilirsiniz.

Şekil 1: Devrenin Son Hali

►İlginizi Çekebilir: SMPS Devresi Tasarlama | 1.Bölüm

Snubber devresinden sonra TinySwitch anahtarına ve snubber devresine bir transformatör bağlanacaktır. Bu transformatör yüksek AC gerilimini düşük gerilime dönüştürecektir. Transformatörün görevi sadece gerilim dönüşümünü sağlamak değil aynı zamanda transformatörün sekonder kısmına bağlanacak devrenin de, primer ile izolasyonunu sağlamaktır. Bu izolasyona Galvanik İzolasyon denir. Transformatör seçimi SMPS devresi için çok önem arz etmektedir. Bu yüzden doğru transformatörü kullanmak önemlidir. Flyback dönüştürücü devrelerinde Flyback transformatörler kullanılır ve bu transformatörler doğrudan bir üretici firma tarafından sağlanmaz. Flyback transformatörünü kendimiz sarmamız gerekebilir. Fakat devrede kullanılacak olan transformatöre benzer bir flyback transformatör elde edersek bu bizim işimizi görecektir. Eğer bir üretici firmadan transformatörü bulamazsak, elimizde benzer bir 12V adaptör veya SMPS devresi varsa, bu devrenin içinden transformatörü kurtarabiliriz. Bu transformatörde işimizi görebilir. Bulunamadığını varsaydığımızda devrede kullanılacak transformatör için Elektrik Diyagramlarına bakmamız gerekmektedir.

Şekil 2: Transformatör Elektrik Diyagramı

►İlginizi Çekebilir: SMPS Devresi Tasarlama | 2.Bölüm

Materyal Listesi

Transformatör Sarımı

Bahsedildiği üzere eğer transformatör bulunamazsa yukarıda gösterildiği şekilde transformatör sarımı gerçekleştirilebilir. Transformatör artık hazır. Transformatör primer tarafından gelen yüksek gerilimi daha düşük seviyeye dönüştürecektir.

Şekil 3: Transformatörün Devreye Bağlanmış Hali

►İlginizi Çekebilir: SMPS (Anahtarmalı Güç Kaynağı) Nedir? | ElektrikPort Akademi

Transformatörün sekonderinden çıkan 12V’a yakın olan voltajın artık düzeltilmesi gerekmektedir. Transformatörün çıkışına bağlanan D3 Schottky Diyot ile çıkış voltajı doğrultulur. D3 üzerindeki C10 ve R9 ‘dan oluşan bir diğer snubber devresi ise anahtarlama işlemleri sırasında oluşacak voltaj değişiminin bastırılması için kullanılır. Bu tam olarak yeterli değildir ve çıkan voltajın filtrelenmesi gerekmektedir. Filtreleme işini C7 kondansatörü üstelenecektir. C7 kondansatörü voltaj dalgalanmasını ve gürültüsünü azaltmaya çalışacaktır. Buradan çıkan voltaj ise bir LC filtreden daha geçerek istenilen voltaj üretilmiş olacaktır. LC filtre ise L2 ve C8 ‘den oluşmaktadır. Bu filtre ise ripple durumunu azaltacaktır. Düşük kapasitör değeri seçilmesi durumunda dalgalanma (ripple) azalacaktır.

Şekil 4: Son Doğrultma ve Filtreleme

►İlginizi Çekebilir: Güç Kaynaklarında Yaşanan 5 Problem

Daha önce transformatörün sadece voltaj dönüşümünde değil izolasyon bölümünde de rol aldığını söylemiştik. İki ayrı devrenin izolasyonunu Optokuplör kullanarak sağlamış olacağız. Böylece kaynağın çıkış voltajı belirlenecektir. Kaynağın çıkış voltajı Zener Diyot VR2, R7 ve U2’den gelen voltaj ile belirlenir. Zener Diyot sonrasında R7 kullanmamızın sebebi gelen maksimum akımı sınırlamasındandır. U2 bir Optokuplör’dür. Optokuplörler, içinde ışın verici ve foto alıcı bulunduran elektriksel bir bağlantı olmadan iki ayrı devreyi birbirinden izole (yalıtmayı) etmeyi sağlayan bir devre elemanıdır. Optokuplörün görevi, iki devreyi elektriksel olarak yalıtmaktır. Giriş uçlarında LED diyot ve çıkış ucunda fototransistör bulunur. Giriş uçlarına elektrik akımı geldiğinde LED yanarak ışık yayılır. Yayılan ışık fototransistör tarafından algılanarak iletime geçer. Bu sayede akım ışık ile iletilir. Böylece iki ayrı devre birbirinden yalıtılmış olur.

Şekil 5: Optokuplör

TNY288PG anahtarının EN/UV ve BP/M pininden bahsetmiştik. EN/UV pini “Undervoltage” durumu ile ilgiliyken BP/M pini ise “Overvoltage” durumuyla ilgilidir. Çıkış voltajı VR1, D4 voltajı Bypass voltajının toplamını aştığında aşırı voltaj oluşacaktır. Böylece TNY288PG ‘nin BP pinine akım akmaya başlayacaktır. Eğer akan akım 5mA ‘İ aşarsa BP pini aktif olur ve U1’deki kapatma devresi etkinleştirilir. R3 direnci ise aşırı gerilimi düzeltmek için kullanılır. Son olarak C9 kapasitörünü devreye ekleyerek çıkan voltajın üzerinde bulunan gürültüyü azaltmaya yardımcı olabiliriz.

Şekil 6: Devrenin Son Hali

Devre tasarımı bittiğine göre artık diğer bölümümüzde Altium Designer üzerinden baskılı devre kartını (PCB) çizmeye başlayacağız.

Kaynak:

► ridleyengineering.com
► digikey.com
► researchgate.net
► circuitdigest.com
► power.com/ - Power Integrations
► Trilogy of Magnetics Design Guide for EMI FILTER Design, SMPS & RF Circuits (2018)