Flyback dönüştürücüler ilk bakışta güç elektroniğinin en basit topolojilerinden biri gibi görünür. Ancak tasarımın derinliklerine indikçe, denklemlerde yer almayan, uygulama notlarında tek satırla geçilen ve çoğu zaman ancak birkaç prototip yakıldıktan sonra öğrenilen kurallarla karşılaşırız. Daha önce yayınladığım beş bölümlük flyback serisinde (bölüm 1, bölüm 2, bölüm 3, bölüm 4, bölüm 5) çalışma prensibinden manyetik tasarıma, primer endüktans hesaplarından sargı yapılarına, MOSFET ve diyot seçimlerinden geri besleme yöntemlerine kadar birçok temel konuyu ele almıştık. Bir flyback dönüştürücünün teorik olarak nasıl tasarlanacağını adım adım incelemiş, hesap yöntemlerini ve tasarım yaklaşımını detaylandırmıştık.
Güç kaynakları, biz tasarımcılar için olmazsa olmazlardandır. Bu yüzden üreticiler her geçen gün, hem fiyat hem de özellik olarak cazip bir çok model karşımıza çıkarmaktadır. Demirbaş olan bu cihazların fiyatlarının düşmesinin, bu sektöre yeni atılan kişiler için oldukça önemli olduğunu düşünüyorum. Daha önceki yazılarımda, güç kaynağı olarak UNI-T firmasının UTP3315TF-L ve UTP1310 modellerini detaylıca, bir tasarımcı gözüyle incelemiş, çalışma mantıklarını anlamaya çalışmıştık. İncelediklerimiz içinde 30V 5A lineer tipte çalışan UTP3315TF-L modelini senelerdir kullansam da her bir seferinde çıkış gerilimini ayarlayıp, multimetre ile kontrol etmek yorucu olduğundan, dijital ayarlanabilir lineer güç kaynağı arayışına girdim. Bunun sonucunda ise, özellikle elektronik tamircilerinin sıkça kullandığı Korad KA3005D modelini edindim.
Teknoloji ve buna bağlı elektronik cihazlar gün geçtikçe gelişmekte ve bizler koşar adım onu takip etmeye çalışmaktayız. Her gün yeni bir yapay zeka uygulaması, gelişmiş telefonlar ya da bilgisayarlar etrafımızı sarsa da, aslında en büyük gelişme, her gün evde kullandığımız araçlar içerisinde yani mikrodenetleyici dünyasında olmaktadır. Bundan 5 yıl önce bu duruma parmak basıp, uzak doğu üreticisi Nuvoton’un geliştirdiği işlemciler ile ilgili burada bulunan yazı ile Çin’in özellikle 8 bit işlemcilerde, önemli oyuncular arasında olabileceğinden bahsetmiş ve özellikle bilindik işlemci “fanboy”ları tarafından çokça eleştiri almıştım.
Güç elektroniği yeni yapı malzemeleriyle birlikte tasarımcıya bir çok alanda çözümler ve fırsatlar sunarken; eskiden beri süregelen bir çok problem de yine tasarımcıların peşini bırakmamaktadır. Fizik ve evrenimiz değişmedikçe peşimizden ayrılmayacak bu problemlerin başında; bir güç elektroniği tasarımcısının cevaplamak zorunda olduğu, yarı iletken yapılardan modüller mi yoksa discrete yani ayrık yapılar mı kullanmak daha efektiftir sorusu yer alır. Tasarımcı bu soruya yanıt verirken, bir çok alanda avantaj ve dezavantaj arasından seçimini doğru ve optimum yapmak zorundadır.
Tüm elektroniğin kalbi pasif üç elemana dayanır; direnç, kapasitör ve bobin. Güç elektroniğinde ise asıl dayanak noktası manyetik elemanlardır. Manyetik eleman tasarımı sisteminizin tüm performansını etkileyen en önemli parametredir. Bu elemanların bir kısmı hazır bulunsa da büyük çoğunluğu, tasarımın isterine göre, özel olarak üretilirler. Bu yüzden güç elektroniği tasarımcısı, özellikle yüksek verime dayalı, fiyat/performans oranı yüksek projeler ortaya koymak istiyorsa bir trafo üreticisini yönlendirecek kadar sargılı manyetik elemanlara hakim olmalıdır.
Elektrik ya da elektronik tasarımcısı olarak bir çok sorunu çoğu zaman klasikleşmiş metotları akıllıca birleştirip kullanarak çözmekteyiz. Konu güç elektroniği olduğunda ise bu çözümler genellikle topolojiler üzerinden ilerler; bir çoğumuzun ders kitaplarında, uygulama notlarında gördüğü Buck/Boost/Flyback vb. dönüştürücüler neredeyse 100 yıla yakındır kullanılmaktadır. Son dönemde revaçta olan resonant ya da PFC gibi yapılar dahi 20-30 sene öncesine kadar özel sayılsa da günümüzün klasikleşmiş temel yapıları haline gelmişlerdir.
Elektronik yükü ele aldığımız ilk üç bölümde (ilk bölüm – ikinci bölüm – üçüncü bölüm) klasik yöntemler, bunun ışığında yarı iletken kullanımı, tasarım ve cihazı ortaya konarken geçen aşamaları sıraladık. Tasarladığımız elektronik yükün en önemli özelliği bilgisayar tarafından kontrol edilebilmesi ve çeşitli testlerin hızlı bir şekilde bir program ile kolayca yönetilebilmesidir. Bu hem yük testlerini hızlı bir şekilde yapmaya olanak sağlar, hem de sunum, rapor ya da kullanıcı kılavuzları için grafiklerin yerleştirilebilmesine olanak sağlar.
Elektronik yükün çalışma mantığını ele aldığımız ilk iki bölümden (ilk bölüm – ikinci bölüm) ve uzun bir aradan sonra, sıkı bir çalışmanın ardından DC Elektronik Yük projemi bitirmiş bulunmaktayım. Proje gelişim sürecinde bir çok fikir ortaya çıksa da, yıllar içinde farklı güç değerliklerinde tasarlamış olduğum güç kaynakları ve onlara yaptığım yükleme testleri ile birlikte ihtiyacım olan akım ve gerilim aralığı ile test türlerini belirlemiş oldum. Bilgisayar programı ile birlikte bir çok kaynağın testine olanak sağlayan elektronik yük, hedefimiz olan basit yapı ile de geliştirmeye oldukça açık hale geldi.
Güç kaynağı elektronik ile ilgilenen bir çok kişi için masa üstünde bulunması gereken yegane cihazlardan. Güç elektroniği üzerine geliştirdiğim mühendislik çalışmaları nedeniyle, çok değişik güç kaynakları ile hem çalışma hem de benzerlerini tasarlama fırsatım olduğu için şahsıma ait bir adet güç kaynağı edinme konusunda uzun süre direndim. Bu direncin en büyük nedeni olarak piyasada bulunan genel/geçer cihazlardan, özellikle elektronik yapıda, daha iyi bir cihaz tasarlayabilecek kabiliyetim olması yatsa da acil bir ihtiyaç altında bu cihazlardan bir tane edinmek zorunda kalmam beni bir seçime yönlendirdi. Uzun bir araştırma sonucunda fiyat/performans olarak işimi göreceğine inandığım UNI-T firmasının 3315-TF ürün kodlu 0-30V, 0-5A ayarlı lineer güç kaynağını aldım.
Son yıllarda değişen standartlar ve enerjinin verimli kullanımı gereklilikleri ile birlikte güç faktörü düzeltme konusu oldukça önem kazanmıştır. Başlarda, yüksek enerji kullanımının gerçekleştiği sanayi ve türevi işletmeler için olmazsa olmazlardan olan PFC, şimdilerde değişen ve yaygınlaşan teknolojiler ile (bilgisayarlar, led sürücüler, motor kontrol uygulamaları, kaynak makineleri, UPS’ler vb.) en alt kullanıcılar için dahi gerekli hale gelmiştir.
İki bölüm sürecek bu yazı dizisinde; PFC’nin tanımını yapıp, PFC için kullanılan topolojileri inceleyerek, gerekli hesaplamalar ile güç elektroniği uygulamalarında beğenerek kullandığım PSIM programını kullanarak örnek bir uygulama yapacağız.