Elektronik Hobi Devreleri

HVDC Güç Kaynağı Tasarımı

Geiger sayaçları, böcek zappers, Nixie tüpleri ve sensörler gibi devreler, yüksek voltajlı doğru akım (HVDC) beslemesi gerektirir. Voltaj katlayıcı ya da dörtlü çevirici, geri dönüş çevirici ve destek dönüştürücü dahil olmak üzere piyasada mevcut olan çeşitli HVDC güç kaynağı tasarımları vardır.

Bunlardan bazıları düşük akım-çıkış kapasitesine sahiptir. Ancak, temel yükseltme dönüşüm formülleri kullanılarak yapılan doğru hesaplamalar sayesinde, temiz ve yüksek akım kapasitesi sağlayabilen HVDC kaynaklarına ulaşabiliriz. Bileşen üreticileri tarafından sağlanan uygulama notları, bu temel formüllerden türetilmiş bileşenleri ile uyumlu birçok kullanışlı formül sağlar. Burada, MC34063 DC-DC dönüştürücüyü kullanan bir destek dönüştürücü tasarımı sunulmaktadır. Yazarın prototipi, Şekil 1’de gösterilmiştir.

Şekil 1: Yazarın prototipi

Dönüştürücü temellerini artırın

Takviye dönüştürücüsünde (Şekil 2), transistörün (T1a) ‘açık’ (ton) olduğu süre boyunca indüktörde (L1a) enerji depolanır. Transistör kapatıldığında (toff), enerji, Vin girişiyle seri olarak çıkış filtre kapasitörüne (Cout) ve yüke (RL) aktarılır. Bu konfigürasyon çıkış voltajının girişden daha büyük bir değere ayarlanmasını sağlar.

Şekil 2: Şalter regülatör devresi

Çıkış voltajı aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:

Vout = Vin (ton / toff) + Vin veya 
Vout = Vin ((toff / toff) +1)

Devre ve çalışma

MC34063 DC-DC dönüştürücü kullanan yükseltme dönüştürücünün devre şeması Şekil 3’te gösterilmiştir. 
MC34063, DC-DC dönüştürücüleri değiştirmek için gereken tüm aktif fonksiyonları içeren monolitik bir kontrol devresidir. Yüksek verimli, ancak basit anahtarlama düzenleyicileri ile kullanım kolaylığı açısından önemli ilerlemeleri temsil eder. Anahtarlama regülatörünün kullanımı, yeni ekipman tasarımlarının boyut ve güç verimliliği gereksinimleri nedeniyle lineer regülatörlerden daha belirgin hale gelmektedir. Anahtarlama regülatörleri maliyeti düşürürken uygulama esnekliğini arttırır.

Şekil 3: HVDC güç kaynağı için devre şeması

MC34063 kova, güçlendirme ve voltaj çevirici dönüştürücü uygulamaları için tasarlanmıştır. Sıcaklık-dengelenmiş referans voltajı, osilatör, aktif tepe-akım sınırı, çıkış anahtarı ve çıkış-voltaj-duyarlı karşılaştırıcı içerir. Tüm bu işlevler 8 pinli DIP veya SOIC paketinde bulunur.

Texas Instruments tarafından verilen veri sayfasına göre MC34063’ün iç diyagramı Şekil 4’te gösterilmiştir.

Şekil 4: MC34063’ün blok diyagramı

Pimi 5 (karşılaştırıcı ters çevirme girişi), Şekil 5’de gösterildiği gibi geri besleme direnci değerlerini hesaplamak için çıkış gerilimini sabit bir değere algılar ve ayarlar.

Şekil 5: Dış dirençler

Vout = 1.25 ((R2a / R1A) 1)

Dahili voltaj regülatörü dahili karşılaştırıcı için 1,25 volt üretir, bu nedenle R1a ve R2a’yı içeren harici voltaj bölücüsü istenen çıkış voltajına ulaşıldığında tam olarak 1,25 volt verecek şekilde düzenlenmelidir. Örneğin, yaklaşık 501 volt çıkış voltajına ihtiyacınız varsa, voltaj bölücü direnç değerleri sırasıyla R2a = 2,4 mega-ohm ve R1a = 6 kilo-ohm olmalıdır.

Blok şemada gösterildiği gibi, karşılaştırıcı çıkışı SR mandalını tetikler ve devre dışı bırakır. Pim 3’teki zamanlama kapasitörünün tahrik ettiği osilatör, harici zamanlama kapasitörünü üst ve alt önceden ayarlanmış eşikler arasında şarj eden ve boşaltan bir akım kaynağı ve lavabo elemanlarından oluşur. Tipik olarak, şarj ve deşarj akımları sırasıyla 35mA ve 200mA’dır, bu da yaklaşık 6: 1 oranındadır. Bu nedenle, hızlanma periyodu hızlanma periyodundan altı kat daha uzundur. Üst eşik 1,25V iç referans gerilimine eşittir ve alt eşik yaklaşık 0,75 V’dir.

Osilatör sürekli olarak zamanlama kapasitör değeri tarafından kontrol edilen bir hızda çalışır. Ayrıca indüktör akımı tarafından pime 7 bağlı küçük değerli, yüksek voltajlı bir direnç direnci boyunca üretilen gerilimi algılayarak tepe akımını algılar. .

Blok şemada gösterildiği gibi, çıkış anahtarı bir npn Darlington transistörüdür. Kolektör pim 1’e ve yayıcı pim 2’ye bağlanmıştır. Bu, tasarımcının MC34063’ü kova, yükseltme veya invertör konfigürasyonlarında kullanmasına izin verir. 1.5A’da (tepe) maksimum kollektör-yayıcı doyma voltajı 1.3V ve çıkış anahtarının maksimum tepe akımı 1.5A’dır. Daha yüksek tepe çıkış akımı için harici bir transistör kullanılabilir. Salınımlı darbeler, artırma / kova dönüşümü sağlamak veya daha yüksek güç derecesini almak için daha yüksek dereceli bir harici güç transistörü çalıştırmak için kullanılabilen dahili transistörleri çalıştırır.

Bazı devre tasarımları, esas olarak yükselme ve gerilim ters çevirme için, 0,857’den yüksek ton / (ton + toff) oranını gerektirir. Bu, germanyum diyot kullanan ve sıcaklığa duyarlı bir oran genişletme devresi eklenerek elde edilebilir. Negatif sıcaklık katsayılı bir zamanlama kapasitörü bu hassasiyeti azaltmaya yardımcı olacaktır. Şekil 3’te, uzatma devresi transistör T2 (BC557), germanyum diyot D2 (1N34A) ve zamanlama kapasitör C3’ten oluşur. Burada, T2, IC’nin 3 pimi ile çalışan C3 kapasitörünün boşaltma ve şarj anahtarından başka bir şey kullanmamaktadır. Akım sınırlama, oran genişletici devresini kullanan tüm kademeli ve voltajı ters çeviren tasarımlarda kullanılmalıdır. Bu, indüktörün, şalterin ilk açılışı sırasında aşırı akım döngüleri arasında sıfırlanmasına izin verir. Çıkış filtresi kapasitörünün nominal gerilimine ulaştığında,

Ana devrede, her iki çıkış kapasitöründe şarj dengeleme için R1 ve R2 dirençlerinin birleşme noktası ve C1 ve C2 kapasitörlerinin arasına bir kablo bağlanır. Sadece MC34063’ün 5. pimine bağlanan direnç R3 voltaj bölücüyü oluşturur.


Yazılım

MC34063’e dayalı bir güç kaynağının hızlı prototiplemesi için bileşen değerlerini daha hızlı bulmak üzere bir yardımcı program tasarladık. Yazılım programı HTML ve JavaScript kullanılarak yazılmıştır ve PHP’nin kurulu olduğu bir sisteme dahil edilebilir. PHP geliştirme ortamı altında çalışır. HTML bir ön uç yazılımdır, PHP ise bir arka uç yazılımdır. JavaScript dosyası, HTML formundaki boş alanları kontrol eder. PHP bir web sunucusunda bulunur. Böylece, bir laboratuarda veya kolejde olduğu gibi bir ağdaki birden fazla kullanıcı istemcisi bu yazılımı aynı anda kullanabilir. Program PHP için NetBeans IDE kullanılarak geliştirilmiştir.

Kaynak kodu indir

Yazılım yükleme.

1. WampServer’ı (localhost geliştirme için) www’den indirin. https://netbeans.org/features/php/ adresinden wampserver.com/en/ ve NetBeans IDE. Bunları Windows PC’nize yükleyin. IDE ve Apache sunucu ortamının sorunsuz çalışması için tüm önkoşul dll dosyalarını almak için WampServer’ı kurmadan önce uygun Visual C ++ eklentisini (burada VC ++ 2012) kurun.

2. WampServer, çevrimiçi modda seçeneği ile arka planda çalışır. Görev çubuğundaki WampServer simgesinin yeşile döndüğünden emin olun.

3. C: \ wamp \ www klasörü altındaki HighVoltage adlı bir klasör oluşturun. HVBoostCalculator.html, HVDesign.js ve HVcircuit.jpg resim dosyalarını proje klasörüne kopyalayın.

4. NetBeans’ta yeni bir PHP projesi oluşturun. ‘PHP Uygulaması’ seçeneğini seçin ve ‘İleri’yi tıklayın. Bir proje klasörü otomatik olarak oluşturulur. HighVoltage klasörünüzün bu proje klasörünün altında olduğuna dikkat edin.

5. ‘Konfigürasyonu Çalıştır’ penceresi altında, Farklı Çalıştır: alanından ‘yerel sunucu’ seçeneğini seçin. Ardından, devam etmek için ‘Tamam’ı tıklayın.

HVBoostCalculator.html HTML betiği ve ilişkili resmi HVcircuit.jpg’dir.

HVDesign.js, Javascript betiğidir. Sayfayı Şekil 6’da gösterilen şekilde elde etmek için HVBoost Calculator.html dosyasını çalıştırın.

Şekil 6: HVDC Güç Kaynağı için program çıktısının ekran görüntüsü

İlk önce, kullandığınız kaynağa göre 9-12V DC giriş ve voltaj toleransı beslemeniz gerekir; genellikle, voltaj toleransı yüzde 1’dir. Ardından ilgili çıkış alanlarındaki gerekli çıkış voltajını ve akımı belirtin. (Daha yüksek çıkış voltajları için, lütfen daha yüksek voltaj ve akım özelliklerine sahip transistör T1 kullanın.)

Güç transistörü T1 veri sayfasını kullanarak Vce doygunluk değerini bulun ve form alanına koyun. Ayrıca D1 diyotundaki voltaj düşüşünü form alanındaki veri sayfası beslemesinden alın. Bu parametreler, bileşen değerlerinin hesaplanması için çok önemlidir. Tüm değerler ilgili alanlara doldurulduktan sonra, ‘Bileşen Değerlerini Bul’ düğmesine tıklayın. Form boş alanlar için doğrulanır ve bileşenler için hesaplama yapılır. R3, R6, L1, C1 ve C2 olmak üzere R1 değerlerinin yanı sıra görev döngüsü, anahtarlama frekansı ve çıkış gücü gibi devre parametrelerini elde edersiniz.

Program çıkış ekran görüntüsünde gösterildiği gibi, DC giriş gerilimi DC, 500V DC çıkış, 2mA çıkış akımı ve 4.4nF zamanlama kapasitörü için devre tasarlayın. Program çıkışından, çıkış kapasitörünün 8.20 asF, R6’yı 1.59 ohm (en yakın 1.50 ohm değeri) ve indüktör L1’in 6.8 mH olarak algılanmasını sağlar. Bu tasarımın tam devre şeması, Şekil 3’te gösterilmiştir.

Yapımı ve Testi

MC34063’ü kullanan HVDC güç kaynağının gerçek boyutlu PCB düzeni Şekil 7’de ve bileşenleri Şekil 8’de gösterilmiştir. Transistör T1 için uygun ısı emici kullanın. İndüktör L1 ve transistör T1’i ana devre bölümünden uzak tutun. Tercihen Ll için korumalı tip bir indüktör kullanın.

Şekil 7: HVDC güç kaynağının PCB yerleşimi
Şekil 8: PCB için bileşenler düzeni

PCB ve bileşen düzenini indirin: buraya tıklayın

R6 2W, aleve dayanıklı direnç olmalıdır. Yazılım tarafından verilen en yakın değeri kullanın. Güç transistörü T1 için uygun ısı emici kullanın. EMI girişimini en aza indirmek için indüktör L1, transistör T1 ve MC34063’ü tahta üzerinde birbirlerinden uzak tutun.

R3’ün kesin değeri için, dirençlerin paralel bir kombinasyonunu kullanın. Örneğin, 6 kilo-ohm elde etmek için 56 kilo-ohm’luk bir dirençle paralel olarak 6.8-kilo-ohm’luk bir direnç kullanın. Termal kayma nedeniyle trimpot kullanmaktan kaçının. Transistör T1’in anahtarlama problemlerini ve ısınmasını önlemek için, kapasitör C3’ü, frekans 10 kHz dahilinde olacak şekilde kullanın.

Dikkat

Yüksek voltajlı DC devresini, elektrik çarpmasına neden olabileceğinden, büyük bir özenle kullanın.

Bu makale buradan çevrilmiştir.

Related posts

Diyot 1N4001

Ömer Ersin

Genlik Modülasyonunun (Amplitude Modulation) Tarihi

Ömer Ersin

Mitsubishi Electric Eğitim-Gerektirmeyen Robot Sistem Teknolojisi Geliştiriyor.

Ömer Ersin