ADIM ADIM +5 VOLT REGÜLELİ DC GÜÇ KAYNAĞI TASARIMI VE DOĞRULANMASI

   Bu projemizde dijital devreleri beslemek için kullanılabilen bir regüleli +5 Volt güç kaynağı tasarımı yapılarak hem proteus ortamında devremizin similasyonu hemde breadbooard üzerinde gerçek devremizi kurarak çalıştıracağız.

     Amacımız belirlendikten sonra adım adım +5 V DC güç kaynağı yapımına başlayabiliriz.

    Bilindiği üzere dijital entegre devreler, geniş bir yelpazede neredeyse her türlü amaç için imal edilmekteler. Bu kadar çeşitli olsalar da, geniş çoğunluğu %10 oranın regüleli, 5 Volt kaynak voltajına gereksinim duyarlar, ancak bazı daha karmaşık entegre devreler örneğin, mikroişlemciler için %5 regülasyon gerekir.

< TEORİK HESAPLAMALAR >

    Eğer regületör ve DC güç kaynakları konusunda ek bilgi edinmek istiyorsanız  Regülatör Devreleri yazımızı inceleminiz önerilmektedir.

Regülasyon 

Yük regülasyonu’nun oranı şöyle tanımlanır:

YükReg% = ( V_NL – V_L ) / V_L x 100

Yükün yüksüz (NL) durumdan yüklü (L) duruma değişmesi ve yük voltajına bölünmesi ile oluşan yüzde ile ifade edilen, voltajdaki değişmedir. Bu, yükün akım gereksinimindeki ani değişimlere tepki olarak, çıkış voltajının ne kadar fazla değişeceğini gösteren bir ölçüdür. Yük regülasyon denklemi ile %5 regülasyonlu bir 5 volt dc güç kaynağının  çıkış voltajını doğrulayalım.

Aşağıdaki hesaplarda, V_V, yukarıdaki denklemdeki V_NL – V_L‘dir:

±%5 = V_V / 5 x 100

±0.05 = V_V / 5

+V_V = 5(+0.05) = +0.25

-V_V = 5(-0.05) = -0.25

Böylece, ±%5 regülasyonla, 5Voltluk kaynak, akım gereksinimindeki ani yükseliş ve inişlerden bağımsız olarak 5.25 ile 4.75 volt arasında değişecektir. Bu regülasyon giriş voltaj değişimini de kapsamaktadır.

Yük Akımı

     Dijital ICler için yük gereksinimi mantık devreleri için birkaç miliamperden, karmaşık ICler için birkaç yüz miliampere kadar değişmektedir. Güç anahtarlaması yapan cihazlar; ki bunlar motorları, kontaktörleri, lambaları, röleleri sürerler, sık sık 100mA veya daha fazla yük akımlarını kontrol ederler. Bu akım, mantık devresinin kendi iç devre akımına ek olarak gelir. Sonuçta, bir +5Vlık kaynak – en fazla 1A(1000mA) sağlayabilen – veya mümkün ise 1.5Alik (1500mA) bir akım, 10 adet IC ve bazı güç devrelerinden oluşan küçük projeleri ve denemeleri başarabilmek için yeterli olabilmektedir.

Ripple Hesabı

  Ripple özellikleri giriş kondansatörü filitresi formülü  ve girişteki ripple voltajı değişimlerini regülatörün karşılaması sebebi kullanılarak çıkartılır. Bu regülatör karakteristiğine ripple engellemesi denir.

   Dijital mantık devreleri sistem tasarımlarında, kritik mantık seviyelerinde genellikle en az 200 milivoltluk bir gürültü marjına sahiptir. Her güç kaynağı ripple’ı bu tasarım marjındaki tolerans miktarını azaltır. Böylece eğer ripple voltajı, mantık seviyelerinin 20 milivolt değişmesine sebep olursa, gürültü marjını da %10 düşürmüş olur.

   4700 uF’lık bir kapasitesi olan bir giriş filitre kondanstörü CF₁, bir proje için seçilmiştir. 1500mA’lık bir yükte, ripple voltajı:

V_r(rms)=2.4 x 1500/4700

V_r(rms)=0.76 veya 760 milivolttur.

Tasarımda 7805 regülatör kullanılacaktır. Onun ripple engelleme karakteristiği 60 desibeldir. Desibel, dB olarak kısaltılır, girişte belli bir voltaj olduğunda regülatörün çıkışında ortaya çıkan ripple voltajını ifade etmek içindir. Bu bağlantı (bir düşüş) şu şekilde gösterilir:

-60dB = 20 log₁₀ V₀/V_IN

-3 = log₁₀ V₀/V_IN 10^-3 = V₀/V_IN

Anlamı, giriş voltajı V_IN ne ise V₀ çıkış ripple voltajı ondan 1000 kat daha az olacaktır. Giriş ripple voltajı 760 milivolt ise, regülatör çıkışında bu 0.76 milivolt olacaktır. Gürültü seviyesi göz önüne alındığında bu bir problem yaratmayacak kadar küçüktür.

Regüle Seçimi

  Bu +5V güç kaynağı projesinin gereksinimlere, sabit voltajlı 7805 entegre devre regülatörünün özellikleri uymaktadır. 5 Volt çıkış voltajı ve en fazla 1.5 Amper yük akımı, içindeki ısı kesicisi ve akım limitleme özelliği, test devrelerini çalıştırırken ek güvenlik sağlamak için özellikle kullanışlıdır.

   7805 entegre devresi güç kaynağı akımı olarak 1 Amper ve belki en fazla 1.5 Amper akım verebileceğinden ve en düşük 8 Volt (8-5=3Volt) giriş gerektiğinden, en fazla yükte (3×1.5) en az 4.5 Wattlık ısı yayacaktır. Yüksek ısıdan etkilenmemesi için bir soğutucunun bulunması ve bağlı olması ve cihaz kutusunun da delikleri olması şarttır.

Transformatör ve doğrultucu seçimi

   7805 entegre devre regülatörü giriş ve çıkışındaki en az voltaj farkı olarak 3 Volta gerek duyar. Böylece, 5 Voltluk bir çıkış için, regülatöre giriş en az 8 Volt olmalıdır.

  Transformatörün orta bağlantısı (OB) sekonderi 1 Amperde 9 Volt verebilmektedir. İki diyotlu tam dalga doğrultucu şeması kullanılarak 1 Amperde 12,6 tepe (9 x 1.414) voltajı sağlar. Doğrultucu diyotlarının ters tepe voltajı (PIV) (Ters voltaja dayanma) 27 volt ve regülatörün bacaklarına bağlı olan koruma diyotu 3A, 50V PIV olmalıdır. Ortadan bağlantılı 18V transformatör seçilirse, tepe voltajı arttırıldığından güç kaynağı sürekli 1.5A de çalışabilir.Ancak regülatörün güç dağılımını ve kutunun ısı limitlerini aşmaması için 7805 regülatörünün soğutucusu daha geniş olmalıdır.

Filitreler

  Filitreleme ve toplam ripple voltajı daha önce 7805 regülatörü için açıklanmıştı. Yük tarafından gelebilecek yüksek frekanslı gürültüyü yok etmek için regülatörün çıkış uçları arasına küçük bir kondansatör (0.1uF) bağlanmıştır

<TASARIMIMIZDA KULLANILAN ELEKTRONİK MALZEMELER>

< SİMİLASYON VE GERÇEK DEVREYE AİT RESİMLER >

Tasarım işlemlerimizi hallettikten sonra devremizi proteus ortamında kurup simüle ettikten sonraki devrenin resmi ;

Tasarım işlemlerimizi hallettikten sonra devremizin gerçek elektronik ortamında ortamında kurulduktan sonraki devrenin resmi ;

Tasarım işlemlerimizi hallettikten sonra devremizin gerçek elektronik ortamında ortamında kurulduktan sonra devrenin çıkışına bağladığımız elektronik kartlarına ait devrenin resmi ;

< SİMİLASYON VE GERÇEK DEVREYE AİT VERİLER >

Tasarım işlemlerimizi hallettikten sonra devremizi proteus ortamında kurup simüle ettikten sonra A ve B noktalarında elde edilen veriler ;

Tasarım işlemlerimizi hallettikten sonra devremizin gerçek elektronik ortamında ortamında kurulduktan sonra  A noktasında  osiloskoptan elde veri ;

Tasarım işlemlerimizi hallettikten sonra devremizin gerçek elektronik ortamında ortamında kurulduktan sonra  B noktasında  osiloskoptan elde veri ;

< SONUÇ >

1. Güç anahtarı SW1, çift kontaklı anahtardır. Şebeke canlı ucunun dış bağlantı tarafına gelmesine çalışın. Böylece şebeke voltajını anahtar kapalı durumda iken izole edilmiştir.
2. Transformatör kısa devrelere karşı korunmak için ise bir giriş sigortası transformatörün primer uçlarından birisine seri olarak bağlanmıştır.
3. Bir LED gösterge, pilot ışığı olarak çıkış uçlarına bağlanmıştır ve aynı zamanda filitre kondansatörünün ne zaman deşarj olduğunu anlamaya yardımcı olacaktır.
4. Çıkıştaki bir seri sigorta devrenin çıkışında 1A değerinden yüksek akım değerlerine engel olmaya yardımcı olur.Tasarımdaki kullanım şeklini tanıtmak maksadıyla eklenmiştir. Gerçekte gerekli değildir, çünkü 7805 regülatörün akım limitleyicisi vardır. Devremizde kullanılan regülatörün kısa devre koruması olmadığı için bu  sigorta kesinlikle kullanılmıştır.
5. Bu güç kaynağı değişik yüklerle kullanılabildiğinden, normal kullanımda ters biaslı olması için girişten çıkışa bir diyot bağlanmıştır. Eğer çıkışa büyük bir kondansatör bağlanırsa, bu koruma sağlayacaktır. Giriş voltajı kesildiğinde, çıkıştaki büyük kondansatör girişteki kondansatörden daha yavaş deşarj olabilir. Bu, regülatörü ters biaslayabilir ve bozabilir. Diyot, deşarj akımı için “güvenli bir yol” sağlamaktadır.
6. Devremizin çıkışına Mikrodenetleyici içeren kartlar eklenerek devremizin düzgün çalıştığı gösterilmiştir.

Ek Bilgiler

Kurulan devrenin proteus ortamında oluşturulan devresini,malzeme listesini ve devre ve osiloskop ortamına ait ayrıntılı ölçüm fotoğraflarını 5 Vdc Güç Kaynağı ifadesine tıklayarak indirebilirsiniz.

Sitemizde paylaştığımız veya sitemizde paylaşım yapılması istediğiniz konular hakkında sizlere hızlı cevap verilmesi ve canlı sohbet desteği için facebook sayfamızdan( https://www.facebook.com/electrolog.blog/) bizler ile iletişime geçebilirsiniz arkadaşlar.Bilgi paylaşıldıkça güzeldir…