Bütün elektronik cihazlar (radyo, teyp, tv, bilgisayar v.b gibi) çalışmak için bir dc enerjiye gereksinim duyarlar. dc enerji, pratik olarak pil veya akülerden elde edilir. Bu oldukça pahalı bir çözümdür. dc enerji elde etmenin diğer bir alternatifi ise şehir şebekesinden alınan ac gerilimi kullanmaktır. Şebekeden alınan ac formdaki sinüsoydal gerilim, dc gerilime dönüştürülür. Bu işlem için dc güç kaynakları kullanılır.
Temel bir dc güç kaynağının blok şeması şekil-1’de görülmektedir. Sistem; doğrultucu,filtre ve regülatör (regulator) devrelerinden oluşmaktadır. Sistem girişine uygulanan acgerilim (genellikle şehir şebeke gerilimi), bir transformatör yardımıyla istenilen gerilim değerine dönüştürülür. Transformatör çıkışından alınan bu ac gerilim, doğrultmaç devreleri kullanılarak doğrultulur.
Doğrultulan gerilim, ideal bir dc gerilimden uzaktır ve az da olsa dalgalanmalar (rıpıl) içerir. Filtre devreleri tam bir dc gerilim elde etmek ve rıpıl faktörünü minimuma indirmek için kullanılır. İdeal bir dc gerilim elde etmek için kullanılan son kat ise regülatör düzenekleri içerir. Sistemi oluşturan blokları sıra ile kısaca inceleyelim.
Şekil-1 AC Gerilimin DC Gerilime dönüştürülmesi
Transformatör : Şehir şebeke gerilimi genellikle 220Vrms/50Hz’dir. Bu gerilim değerini belirlenen veya istenilen bir ac gerilim değerine dönüştürülmesinde transformatörler kullanılır. Bir transformatör silisyumlu özel saçtan yapılmış gövde (karkas) üzerine sarılan iletken iki ayrı sargıdan oluşur. Bu sargılara primer ve sekonder adı verilir. Primer giriş, sekonder çıkış sargısıdır. Primer ile sekonder sargıları arasında fiziksel bir bağlantı yoktur. Bu özellik, kullanıcıyı ve sistemi şehir şebekesinden yalıtarak güvenli bir çalışma sağlar.
Üreticiler çeşitli güç değerlerinde transformatör üreterek kullanıcının tüketimine sunarlar.
Bir trafonun gücü artıkça boyutu ve fiyatı da artmaktadır. Enerji kayıpları az olduğundan primerden uygulanan güç, çok az kayıpla sekondere aktarılır. Primer sargıları genellikle 220Vrms’dir. Sekonder sargıları ise farklı gerilim değerlerinde üretilmektedir.
Transformatörlerin primer ve sekonder gerilimleri ve güçleri üzerlerinde etkin değer (rms) olarak belirtilir.
Transformatör seçiminde; primer ve sekonder gerilimleri ile birlikte gücüne de dikkat edilmelidir. Bir güç kaynağının tasarımında kullanılacak transformatörün toplam gücü; trafo üzerinde ve diğer devre elemanlarında harcanan güç ile yükte harcanan gücün toplamı kadardır. Transformatör her durumda istenen akımı vermelidir. Fakat bir transformatörden uzun süre yüksek akım çekilirse, çekirdeğin doyma bölgesine girme tehlikesi vardır. Bu nedenle transformatör seçimine dikkat edilmeli, tasarlanacak dc kaynağının gücüne uygun transformatör seçimi yapılmalıdır. Şekil-2’de örnek olarak farklı güçlerdeki bazı transformatör görüntüleri verilmiştir.
Şekil-2 Çeşitli güçlerde transformatörler
Doğrultmaç ve Filtre Devreleri
Şehir şebekesinden alınan ve bir transformatör yardımıyla değeri istenilen seviyeye ayarlanan AC gerilimi, DC gerilime dönüştürmek için ilk adım doğrultmaç devresi kullanmaktır. Doğrultmaç devreleri, yarım dalga ve tam dalga olmak üzere iki tiptir.
Yarım dalga doğrultmaç devresi kaliteli bir güç kaynağı tasarımı için yeterli değildir. Çıkış gerilimi düşük ve darbelidir.
İyi bir güç kaynağı tasarımında mutlaka tamdalga doğrultmaç devresi kullanılmalıdır. Köprü tipi ve orta uçlu olmak üzere iki tip tamdalga doğrultmaç devresi tasarlanabilir. Tipik bir köprü tipi tamdalga doğrultmaç devresi ve çıkışından alınan dalga biçimi Şekil-2’de verilmiştir.
Şekil-2 Köprü tipi ve orta uçlu tam dalga doğrultmaç devreleri
Doğrultmaç çıkışından alınan işaretin dalga biçimi, dc işaretten uzaktır ve çeşitli dalgalanmalar (ripple) barındırmaktadır. İşaret üzerindeki dalgalanmaları minimum düzeye indirip tam bir dc gerilim elde etmek amacı ile filtre devreleri kullanılır. Çeşitli tip filtre devreleri (RC, C, LC, ? v.b) vardır. En pratik ve ekonomik filtre işlemi kondansa-törlerle yapılır. Şekil-3’de tamdalga doğrultmaç çıkışından alınan işaret ve filtre işlemi grafiksel olarak gösterilmiştir.
Doğrultmaç ve filtre devrelerinin çalışmaları ve özellikleri üzerinde fazla durmayacağız. Bu konuları daha önceden bildiğinizi varsayarak sadece hatırlatma yapılmıştır.
Şekil-3 Köprü tipi ve orta uçlu tam dalga doğrultmaç devreleri
Son olarak şekil-4’de komple bir dc güç kaynağı devresi, çıkış işaretinin dalga biçimi ve alabileceği dc değer verilmiştir. Çıkışta filtre amacıyla kullanılan kondansatörün kapasite değeri önemlidir. Büyük değerli kapasiteye sahip kondansatör daha iyi sonuç verir.
Şekil-4 Köprü tipi ve orta uçlu tam dalga doğrultmaç devreleri
Gerilim Regülasyonu ve önemi
Kaliteli bir güç kaynağının yapımında son aşama regülasyon işlemidir. Regülesiz bir güç kaynağı özellikle hassas cihazların beslenmesinde tercih edilmez. Regülesiz bir dc güç kaynağının sakıncaları aşağıda özetlenmiştir.
• Regülesiz bir güç kaynağından çekilen akım miktarı değiştikçe (ya da) çıkış yükü değiştikçe, çıkış gerilimi sabit kalamayarak değişmektedir.
• Regülesiz kaynağın girişindeki ac gerilim değişmesi, çıkış dc geriliminde değişmesine neden olur.
• Regülesiz kaynakta doğrultma işleminde kullanılan yarıiletkenler ısıdan etkilenirler. Dolayısıyla ısıdaki değişimler çıkış dc gerilimini değiştirebilir.
Belirtilen bu üç kusuru ortadan kaldırmak ve çıkıştaki dalgalanma oranını azaltmak amacıyla gerilim regülasyonu yapılır. Her hangi bir güç kaynağının gerilim regülasyonu (G.R) aşağıdaki gibi formüle edilebilir.
Gerilim regülasyonu genellikle % olarak ifade edilir. Bu durumda %G.R;
Örnek :Bir dc güç kaynağının çıkış gerilimi boşta (yüksüz, IL=0A) 12V ölçülmüştür. Güç kaynağının çıkış gerilimi 10mA’lik tam yükte ise 11.9V ölçülmüştür. Kaynağın gerilim regülasyonunu bulunuz?
Çözüm
TRANSİSTÖRLÜ GERİLİM REGÜLATÖRLERİ
Kararlı ve düzenli bir dc gerilim elde etmede ilk adım gerilim regülasyonudur. Gerilim regülasyonu, gerilim regülatörü devreleri kullanarak yapılmaktadır. İlk gerilim regülatörleri zener diyot-transistör ikilisinin kullanılması ile geliştirilmiştir.
Bu bölümde regüle işleminin temel ilkelerini öğrenmek amacı ile transistörlü gerilim regülatörlerini inceleyeceğiz. Regülatör devresinin yüke seri veya paralel olması regülatörün tipini belirler. Seri ve paralel olmak üzere iki tip transistörlü gerilim regülatörü vardır. Paralel gerilim regülatörleri boşta akım çekmeleri, çok güç harcamaları vb nedenlerden ötürü pek tercih edilmezler. Regüle devrelerine, çıkış akımını istenilen seviyede sınırlamak amacı ile bir takım ilave düzenekler eklenebilir.
Paralel Gerilim Regülatörü
Seri Gerilim Regülatörü
