Elektronik yükler, basit çalışma mantıklarının yanında sunduğu özelliklerle mesleğe başladığım ilk günden bugüne benim için ilgi çekici olmuştur. Bu yüzden kendi kullanımlarım için bir çok elektronik yük tasarlamış, bunlardan birini sizlerle bölüm-1, bölüm-2, bölüm-3 ve bölüm-4 olarak paylaşımda bulunmuştum. Bu paylaştığım yazılarda bir elektronik yük ne için kullanılır, neden ihtiyaç duyulur, çalışma mantığı nedir gibi bir çok teknik soruna cevap vermeye çalıştığım gibi örnek bir uygulama ile de bir elektronik yükün neye benzediğini göstermeye çalıştım.

Bundan 6 yıl önce yaptığım bu paylaşımlar (teşekkürü bir borç bilirim) hâlâ ilgi görmekte ve bir çok kişiden elektronik yük konusunda mail ve mesaj almaktayım. Bu paylaşımlar ve bundan 10 sene kadar önce, kendime elektronik yük yapma motivasyonumun arkasındaki en büyük neden; o dönemki cihazların oldukça pahalı olmasına karşın özelliklerinin oldukça kısıtlı olmasıydı. Bu dönemler fiyat etiketi 1300$’dan başlayan BK Presicion 8500B ürünü ise benim gibi bir çok kişinin rüya cihazıydı. Ürünün şekli piyasada o kadar yer edindi ve sevildi ki bugün Rigol’ünden, Uni-T’sine, bilinen ve bilinmeyen bir çok marka benzer tasarıma sahip ürününü piyasada sürdü.Daha alt seviyede, kart şeklinde satışa sunulan ürünler ise bana, ne tasarım ne de yapı olarak güven sağladı. Bugün bunları bilgisayar soğutucu fanları ile rengarenk yapılmış şekilde no-name bulmanız ise mümkün. Tüm bu koşullar ele alındığında, o günkü imkanlar ve elimdeki malzemeler ile kendime 50V/20A/300W gücünde bir elektronik yük tasarladım ve senelerdir bir çok projemde severek kullandım.

Yeni Elektronik Yük Arayışımın Nedeni…
Yıllar geçtikçe kendi deneylerimde kullandığım elektronik yüküm ile ilgili bazı eksiklikler yaşadım. Bunları sıralayacak olursam;
– Cihazın yalnız Constant Current yani Sabit Akım modunda çalışması,
– Daha sonra kutuya koysam da estetiğinin kötü olması,
– Adaptörle beslenmesi nedeniyle dışarıda fazladan bir cihaz daha olması,
– Ekran fonksiyonlarının yetersiz kalması,
– Bazı kötü SMPS cihazları ile çalışırken osilasyona girmesi,
– Malzeme dolabımda var diye kullandığım, aslında çok pahalı olan SOT227 mosfetler kullanmam gösterilebilir.

Elbette projede revizyon yaparak cihaza, CV, CP, CR gibi özellikler katabilirdim fakat o gün için kullandığım işlemci (STM32F072) matematiksel hesaplar için çok güçlü olmadığından ve projenin üzerinden uzun süreler geçtiği için, yazılım ve donanım revizyonu için proje özelinde heyecanımı kaybettim. Cihaz alımı konusunda kendimin güzel bir mottosu vardır; eğer o cihazı yapmayı biliyor fakat zaman ve malzeme maliyeti, hali hazırsa satılan bir ürünün fiyatını geçiyorsa, o hazır ürün almayı tercih ederim. Kazandığım bu süre ile de kendimi geliştireceğim başka konulara yönelirim. İşte hem yukarıdaki eksikleri kapatacak, fiyat/performans oranı yüksek, hazır bir ürün için kolları sıvadığımda karşıma yeni bir elektronik yük cihazı çıktı…

UNI-T UTL8212+ DC Elektronik Yük
Kendi yaptığım cihazın, yukarıda saydığım eksikliklerini kapatabilecek, fiyatı erişebilir, PC haberleşmesi bulunup en önemlisi haberleşme protokolü açık olan bir cihaz aradığımda karşıma UNI-T’nin UTL8211+ ve UTL8212+ modelleri çıktı. Her iki cihaz da toplamda 400W güce ulaşsa da ben daha esnek olduğu için UTL8212+ modelini seçtim. Yanda görülebilecek cihazın önemli özelliklerini sayacak olursak:
a) Kanal başı 150V/20A/200W toplamda 400W yük kapasitesi.
b) Çözünürlüğün 1mV ve 1mA olması.
c) Dinamik akım değişkenliğinin 5kHz frekansa çıkabilmesi.
d) Akım slewrate’inin değişken olması.
e) CC/CV/CP/CR yanında dinamik/batarya/liste modunun olması
f) RS232 bağlantısı ile PC haberleşmesi olması.
g) İki kanalı paralel bağlayarak yük kapasitesini artırmak.
h) Fan devrinin sıcaklığa göre hızlanması ve sessizliği.
i) Malzeme kalitesinin ve cihaz iç tasarımının kalitesi.

UNI-T UTL8212+ DC Elektronik Yükü Parçalayalım
Biz tasarımcıların en sevdiği şeylerden bir tanesi, hazır ürünleri açarak, nasıl tasarlandıklarını, neler düşünüldüğünü görmek ve bunu ileriki tasarımlarda kullanabilmektir. UTL8212+’ın iç yapısı incelendiğinde öncelikle tasarımın çok sade ve bir çok plastik parçanın kalıptan çıktığı görülebilir. Yükün soğutucuları ve fanının oldukça yeterli seçildiği de yine aşağıdaki yapıda görülecektir.

Bunun yanında cihazda iki adet 150V/20A/200W güç atabilecek analog kart bulunmaktadır ve bu kartların her birinde 3 adet, elektronik yüklerde görmeye alışık olduğumuz IRFP250M ürünü bulunmaktadır. SOA bölümü çok iyi olan bu mosfet ilgili güç değerleri için oldukça yeterlidir. Her bir mosfet için 1 adet şönt ile opamp kontrolcü kartta bulunmaktadır. Bu şekilde mosfetlerden eşit akım çekilmesi garanti altına alınmıştır. Cihazda opamp olarak karşımıza SGM8249 çıkmaktadır. Bu ürünün input offset gerilimi 10uV olduğu için elektronik yük uygulamalarına oldukça uygundur.

Cihazda ana akım ise büyük şönt dirençler üzerinden ayrıca okunup, tüm modlar bu değer üzerinden akmaktadır. Cihazdaki 2 adet röle ile gerilim ve akım ölçüm aralıkları değiştirilerek, yüksek ve düşük akımlarda daha doğru değerler okunmaya çalışılmaktadır.

Cihazın beslemesi 50/60Hz basit saç bir trafo ile yapılmaktadır. Elektriksel gürültülerden arınmak için bu tarz bir beslemenin seçilmesi, bu cihaz için oldukça makuldür. Yalnız Uni-T’nin bu trafoda biraz fiyattan kaçtığını dolayısı ile trafonun belli bir süre sonra titreşerek, 50~60Hz civarlarında ses çıkardığını belirtmem gerekiyor. Bunu önlemek için trafonun altına yumuşak deri parçaları koyarak (sarı ile belirtim) sesi belirgin düzeyde azaltmayı başardım.

Cihazın kalbini ise, 480MHZ’lik STM32H750VBT6 oluşturmaktadır. İşlemcinin barındırdığı 12bit DAC ile 3.6MSPS’lık 16bit’lik ADC ölçüm ve hesaplamalar için oldukça yeterlidir. Bunun yanında cihazın renkli TFT sürdüğü göz önüne alındığında yüksek frekanslı işlemcinin kullanılmasının da uygun olduğu gözükecektir.

Bendeki versiyon (Mart 2023) PCB’leri incelediğimde, azımsanmayacak bir kalitede olduklarını gördüm; kapalı via’lar yolların yumuşak dönmesi vb. Ortalama Çin malı üretim kalitesinin üzerinde olduğunu belirtmekte fayda var.

1 - UTL8212+ Inside

2 - UTL8212+ Transformer

3 - UTL8212+ Transformer

4 - UTL8212+ Electronic Load Board

5 - 3 - UTL8212+ Mosfets

6 - 3 - UTL8212+ Meas Relays

7 - 3 - UTL8212+ Shunts

8 - 3 - UTL8212+ Main MCU

Cihazı biraz daha incelediğimde, mosfetlerin her birinin yaklaşık 70W atması görülecektir. Bunun için termal pad gibi ısı atımını zorlaştırıcı yapılardan kaçınmak için tüm mosfetler soğutucuya izolesiz şekilde basmaktadır. Dolayısı ile soğutucu yüzeyleri canlıdır. Bu nedenle cihaz tasarlanırken soğutucular hem birbirine hem de gövdeye değmemesi için gerekli plastik izolasyon parçaları tasarlanmış ve cihaz buna göre toplanmış. Cihazın maliyetini diğer rakiplerine göre azaltan en önemli unsurun bu olduğunu düşünüyorum.

Cihazdaki RS232 tamamen izoleli. Dolayısı ile gönül rahatlığı ile bilgisayarınıza bağlamanız mümkün. Bunun yanında ön panel ayarlamaları oldukça kullanışlı, rotary pot hissiyatı oldukça iyi. Bu konuda UNI-T’nin iyi iş çıkardığını söylemek gerekiyor.

UNI-T UTL8212+ DC Elektronik Yük Testi
Cihazın menüler ile birlikte kullanımı oldukça sade ve basittir. Öncelikle çalışmak istenilen kanal ve çalışma modu seçilerek cihaza girilir ve ilgili kanalın ON tuşuna basılarak cihaz çalıştırılır. Cihaz test anında ters bağlandığında, yüksek gerilim, akım ve güç çektiğinde sesli uyarı vererek koruma moduna geçmektedir. Cihazın parametre ekranından bu değerleri daha düşük limitlemek mümkündür.

3 - Uni-T Screen3

4 - Uni-T Screen4

1 - Uni-T Screen1

2 - Uni-T Screen2

5 - Uni-T Screen5

6-1Aus

7-1Aus

8-0.5Aus

9-0.1Aus

10-Periodic

Cihaz her zaman ayarlanan slewrate cinsinden akım değeri ile kalkış sağlamaktadır. Bu cihaz için bu değer maksimum 1A/us şeklinde belirtilmiştir. Cihaz ile 1A/us ile test yapıldığında yukarıdaki slaytta ilk iki sinyal şeklindeki akım kalkış ve iniş şekilleri ortaya çıkmaktadır. Sonrasında bu değerleri 0.5A/us ve 0.1A/us şeklinde değiştirdiğimizde elde ettiğimiz diğer şekilleri de sonraki iki şekilde görebilirsiniz.

Benim bu cihazı alma nedenlerimden biri olan, son sinyal şeklinde, PSU tasarımında en zorlu testlerden olan periyodik akım giriş/çıkış testini görebilirsiniz. Bu testte ilgili PSU 20V/10A ayarlanmışken, anlık 5ms 2.5A ve 10ms 7.5A uygulanacak şekilde ayarlanmış ve cihaz bu akım döngüsüne sokulmuştur. Burada PSU’nın gerilimindeki overshoot ve undershootlar çok net gözükebilmektedir. Bu modu, kontrol döngülerinizin ne kadar iyi çalıştığını test etmek veya PID ayarlarınızı belirlemek için kullanabilirsiniz. Bunun yanında cihazda bulunan liste testi ile, tasarladığınız cihazı geçişler halinde CC,CV,CP,CR şeklinde de yükleyebilirsiniz.

UNI-T UTL8212+ PC Kontrol Programı
Bugün bahsettiğimiz BK Precision ve UNI-T dahil bir çok elektronik yük cihazı üreten firmanın PC yazılımı da ücretsiz olarak kullanıcılara sunuluyor. Fakat bugüne kadar kullandığım tüm yazılımların ara yüzleri o kadar kötüydü ki hiç bir zaman kullanma ihtiyacı hissetmedim. UNI-T’nin bu modelinde de aslında yine aynı durum mevcut. Çok güzel bir cihaz ve onunla paralellikte iğrenç bir PC programı…

Bu durumu daha önce deneyimlesem de UNI-T’nin UTL8212+ modelini seçmemdeki en büyük unsur cihazın açık kaynak PC haberleşme bölümü oldu. UTL8212+, RS232 üzerinden “Standard Commands for Programmable Instruments” yani SCPI protokolünü kullanmaktadır. Şu ana kadar bir çok profesyonel cihazda gördüğüm için gözüm kapalı cihazı alsam da aslında bu haberleşme metodunu hiç sevmediğimi belirtmek isterim. Protokol incelendiğinde gürültüye oldukça açık olduğu görülecektir. Buna rağmen bilimsel cihazlarda bu protokolün nasıl kullanıldığını hala anlamış değilim (bilenler yorum bölümüne yazarsa sevinirim). Buna rağmen UNI-T’nin programını es geçerek aşağıda kendimin ihtiyaçlarını karşılayacak programı C# üzerinde yazdım.İlgili programda UNI-T’nin programından farklı olarak tüm değerleri daha güzel bir şekilde göstermeye çalıştım. Bir çok elektronik yük üreticisinin niçin programlarına eklemediklerini anlamadığım, yük artışını anlık olarak grafik halinde sunarak, tasarlanan cihazların yük grafiklerini gösterdim. Ayrıca kısa devre testini de yazılımıma ekledim. Cihazda iki ayrı cihazın da aynı anda yükleme şansına da sahipsiniz. Aşağıda programın çalışırken alınmış videosunu görebilirsiniz.

Yazılım ile ilgili tüm dosyaları aşağıdaki GitHub linkine yükledim. Linke tıklayıp giderek, açık kaynak kodlarına ulaşabilir, isterseniz yazılım üzerinde geliştirmeler yapabilirsiniz.
UNI-T_UTL8212+ PC Program Download

Projeyi GitHub’ta yüklemiş olsam da maalesef gelen hataları çözümlemeye cihazın haberleşme protokolünü sevmediğim için yardımcı olamayacağım. Yazılım konusunda geliştirme yapacaksanız GitHub’tan bana istek göndermeniz yeterli olacaktır.

Bitirirken…
Nisan 2024 fiyatıyla 9000TL (~275$) fiyat etiketine sahip olan UTL8212+, pahalı rakiplerinin bir çok özelliğini bünyesinde barındırması ve bu özellikleri düzgün çalıştırabilmesi ile benden geçer notu almış bulunuyor. Uzunca bir süre yük ihtiyacımı karşılayacak olan ürünün elbette yukarıda saydığım iyi özelliklerinin yanında, içerisinde bulunan trafosan belli bir süre sonra ses gelmesi ve sense ucunun bulunmaması gibi iki kötü özelliği olduğunu da belirtmek gerek. Sense ucunun olmayışı, normal şartlarda hassas ölçümler için hiç bir yük cihazının ölçümüne bir Fluke kadar güvenmediğim için benim için sorun olmasa da tercih yaparken bu özelliğin olmadığına dikkat etmenizi öneririm.

Bu cihaz incelemesi için herhangi bir sponsorluk almadığımı belirtirken yine daha önceki yazılarımda değindiğim gibi, bu tarz cihaz incelemelerimde asıl amacın ürün tavsiyesi olmadığını, eğitici bir inceleme olduğunu, dolayısı ile ürünü almanız ve sorun yaşamanız halinde sorumluluk kabul etmediğimi belirtmek isterim.

Tüm soru ve görüşlerinizi yorum kısmından bana iletebilirsiniz.
Herkese iyi çalışmalar dilerim!