image

Ana içeriğe git
Konu: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi (5184 Kez okunmuş)

0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Arkadaşlar sonunda konuyu açmanın zamanı geldi sanırım. @kifvet , @actros_5457 arkadaşlarımız ve  @serkan_48 abimiz bu konu ile epey ilgili idiler :) Zamanı geldi diyorum çünkü benimde yaz sonu gibi işe başlama durumum olabilir o yüzden projeyi yapmak içimde kalabileceği için bir an önce en azından konuyu forumda açayım dedim. Projeden biraz bahsedecek olursak,

Çıkış voltajı 0-50V arasında ve çıkış akımı ise 0-10A arasında ayarlanabilir olacak. Koruma olarak zaten voltaj ve akım ayarları harici opamplarla yapılacağı için bu opamplar, bize özellikle aşırı akım korumasını verecektir. Aşırı akım koruması, kısa devre anında bize sabit 10A verecektir. Bu korumalara ek olarak, primer kısa devre koruması, giriş yüksek ve düşük voltaj korumaları, giriş aşırı güç koruması gibi bir çok koruma eklenecektir. Primer kısa devre koruması akım trafosu ile sağlanacaktır.

Topoloji olarak 2T forward topolojisini uygun gördüm. Neden derseniz üstünde çalışmadığım bir topoloji ve nispeten değişik bir yapıya sahip. Çıkışta 500W verebilecek bir topoloji aynı zamanda. PWM entegresi olarak UC3825 ve UC384X serisi seçilebilir. Büyük ihtimal UC3825 i seçmeyi düşünüyorum. Çünkü soft start ve diğer bi kaç özelliği bünyesinde barındırıyor. TL494, SG3525 gibi klasik entegreler kullanmayın kullananları uyarın diyorum :) Bu entegreler güzel olmasına karşın bi o kadar eski ve performansları düşük. Nedeni ise voltaj kontrollü olmaları ve akım kontrollü olan entegrelere göre performanslarının daha düşük olması. UC3825 hem akım hem voltaj kontrollü yapılabiliyor. UC384X serisi ise akım kontrollüdür.

Çıkışta çift LC filtresi yer alıcak ve düşük ESR kapasitör kullanılacak. Böylece ripple seviyeleri minimuma inecek. Geri besleme ise blogumda verdiğim transfer fonksiyonlarından hesaplanıcak. Bu hesaplamalar sonucu çıkan kapasitör ve direnç değerleri, voltaj ve akım ayar opamplarının negatif geri beslemesinde yer alıcak. PWM entegresi muhtemelen TNY-268 entegresi ile ufak bir flyback converter ile beslenicek. Mosfetler ise gate drive trafosu ile sürülecek. Bunun nedeni geri beslemenin SMPS çıkışından harici opamplara direk geleceği için arada izolasyon olmayacak. Onun için kontrol katı ile SMPS çıkış katı birbirinden izoleli olmayacak. Fakat eğer kontrol katını izoleli besleyip, gate drive trafosu ile mosfetleri sürersek, SMPS çıkışı ile kontrol katının izoleli olmaması sıkıntı olmayacaktır.

Yeni power supply larda PFC devresi görmüşsünüzdür. PFC bizim devremizde de yer alıcak ve bunun için NCP1653 entegresi kullanılabilir. Çıkış voltajı yaklaşık 390V olacak ve bu direk SMPS in DC bara voltajını oluştaracak. Bu DC bara voltajı 0-50V olarak çıkış için 2T forward converter ile dönüştürülmüş olacak. PFC, SMPS devremizin şebekeden sinüs akımı çekmesini sağlayıp, giriş akım harmoniğini düşürürken, güç faktörünü de 0.9 un üstüne çıkaracaktır. PFC nin kontrol katı ise PFC katında yer alan şok bobinindeki ek sarım ile beslenecektir. Böylecek harici olarak büyük 50Hz lik trafo kullanımına ihtiyaç olmayacaktır. Yine bu PFC katında çeşitli korumalar yer alacaktır.

PFC den önce ise, yine kendimizin tasarlayacağı EMI filtresi yer alacaktır. Bu hazırda alınabilir fakat ne kadar başarılı olur bilemem.

Değişik fanteziler eklenebilir :) Fan kontrol devresi ve fan eklenerek, çıkıştan çekilen akım artıkça hızlanan bi fan koyulabilir. Çıkışın sabit voltaj yada sabit akım verdiği durumlarda ikaz ışığı led ile gösterilebilir. Aynı şekilde bütün bahsettiğim korumalar için led ler eklenebilir.

Bunlar şimdilik benim kafamda yer alanlar. Buraya koymamın amacı, beraber değişik fikirlerle, önerilerle projeyi daha güzel hale getirmektir. Amacım hem öğretip, hem de öğrenmektir.

Şimdilik NCP1653 ve UC3825 ile ilgili tüm kaynakları okuyup, başlangıç için örnek bir devre şemasını ileriki günlerde buraya koymayı düşünüyorum. İlk önce PFC katından başlayıp, sıra ile çıkışa doğru gitmeyi amaçlıyorum.
"Ne kadar çok bilgi o kadar düşük ego, ne kadar az bilgi o kadar yüksek ego" Albert Einstein

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #1
abi kızmazsan birşey diyecem:-)bizim smps hangi frekansta çalışacak?!ve ilk güç trafosundan başlasak daha mantıklı olmazmı:-)
ayrıyetten kullanacağımız entegrelerin iç blok yapısını gösteren resim ve datasheetleri koysak buraya ek olarak nasıl olur:-)

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #2
abi kızmazsan birşey diyecem:-)bizim smps hangi frekansta çalışacak?!ve ilk güç trafosundan başlasak daha mantıklı olmazmı:-)
ayrıyetten kullanacağımız entegrelerin iç blok yapısını gösteren resim ve datasheetleri koysak buraya ek olarak nasıl olur:-)

Tam yatıyodum seni mesajı gördüm. Yok dostum kızmam, sorabilirsin tabikide. Şimdi frekansı aslında olabildiğince düşük seçmek istiyorum nedeni ise, frekansı ne kadar yükseltirsek, pulse genişliği, periyotta o kadar daralacak. Bunun neticesinde de çıkış voltajının kontrolü de o kadar zorlaşacaktır. Onun için frekansı 21 ile 25kHz arasında yada 25kHz olarak seçmeyi planlıyorum. Bu tabi SMPS in anahtarlama frekansı olacak. Dezavantajı ise biraz daha büyük nüve gerekmesi. PFC de ise NCP1653 ün 67 ve 100kHz olarak versiyonları mevcut. İlk PFC den başlasak daha iyi çünkü PFC nin çıkışında bir takım salınımlar olacak ve min ve max voltajlar belirlenecek. Bu voltajlar direk olarak SMPS in primerine geleceği için, SMPS in trafosunu daha sonraya bırakabiliriz. İlk PFC katı daha sonra SMPS katı daha iyi olur. Çünkü giriş ve çıkış voltajları ilk belirlenirse, devre de ona göre dizayn edilebilir. SMPS in giriş voltajını da PFC belirleyeceği için ilk onu dizayn etmemiz daha mantıklı olur. Datasheetlerin kendisini link olarak aşağıdan verebilirim. Açıklamasını daha sonra yapabilirim. Entegrelerin iç yapıları çok farklı değildir. Temel içinde barındırdıkları kısımlar bilindiği takdirde gerisini zaten rahatça getirebilirsiniz.

NCP1653

UC3825
"Ne kadar çok bilgi o kadar düşük ego, ne kadar az bilgi o kadar yüksek ego" Albert Einstein

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #3
Değerli arkadaşlar,

Her ne kadar evde elektronikle olan hobim sınırlanmış olsa da yönetime darbe yapıp yıkabilir sıkı yönetim ilan edip bu konuya geri dönebilirim. Bende sizleri telefonla arayacaktım. Şu an Köyceğiz'deyim. Malum bayram iznine geldim. Sizler de sezon itibari ile yoğun olabilirsiniz. Görüşme şansımız olursa iyi olur olmaz ise başka bir zaman yine konuşur görüşürüz. @Kemal88 önümüzdeki hafta içi yine Fethiye'ye geleceğim. Büyük ihtimal salı günü sabahı ölüdeniz'de olacağım. Vakit olursa akşam sana uğrayabilirim.

SMPS konusunda irdeleyip bir prototip çizebilir imkanımız çerçevesinde uygulamaya geçebiliriz. Asıl osiloskop olsa test aşamalarında çok daha iyi olurdu ama osiloskop olmadan nasıl ilerleriz bilemiyorum. Elimden geldiğince sonuna kadar destek verip üretmek isterim. Şahsen teorik bilgim zayıf olsa da uygulamada destek verebilirim.

Kolay gelsin iyi çalışmalar. @Kemal88 @kifvet

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #4
Değerli arkadaşlar,

Her ne kadar evde elektronikle olan hobim sınırlanmış olsa da yönetime darbe yapıp yıkabilir sıkı yönetim ilan edip bu konuya geri dönebilirim. Bende sizleri telefonla arayacaktım. Şu an Köyceğiz'deyim. Malum bayram iznine geldim. Sizler de sezon itibari ile yoğun olabilirsiniz. Görüşme şansımız olursa iyi olur olmaz ise başka bir zaman yine konuşur görüşürüz. @Kemal88 önümüzdeki hafta içi yine Fethiye'ye geleceğim. Büyük ihtimal salı günü sabahı ölüdeniz'de olacağım. Vakit olursa akşam sana uğrayabilirim.

SMPS konusunda irdeleyip bir prototip çizebilir imkanımız çerçevesinde uygulamaya geçebiliriz. Asıl osiloskop olsa test aşamalarında çok daha iyi olurdu ama osiloskop olmadan nasıl ilerleriz bilemiyorum. Elimden geldiğince sonuna kadar destek verip üretmek isterim. Şahsen teorik bilgim zayıf olsa da uygulamada destek verebilirim.

Kolay gelsin iyi çalışmalar. @Kemal88 @kifvet

Bayram sonuna kadar yoğunluk git gide artıyor abi, bayramdan sonra ise değişken. Şimdilik öyle gözüküyor. Projeye başlama sebebim sezon sonu bi yerde çalışabilme durumumdan dolayı. O yüzden osiloskop olsa da olmasa da bir an önce son şema haline kadar yapmak istedim.

Önümüzdeki hafta ben fethiye de olacağım abi. Geldiğinde ararsan görüşürüz. Oturur konuşuruz. Teori, konusunda, hesap konusundaki herşeyi buraya aktaracağım. Anlatacağım için sıkıntı olacağını düşünmüyorum. Yani bende bildiklerimi paylaşıcam, beraber projeyi geliştirip, en iyi haline getirebiliriz.
"Ne kadar çok bilgi o kadar düşük ego, ne kadar az bilgi o kadar yüksek ego" Albert Einstein

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #5
Projenin ilk başında yer alan PFC katından biraz bahsetmek istiyorum. Aslında en başında EMI filtresi var fakat EMI filtresini blogtan da okuyabilirsiniz.

PFC adı üstünde power factor correction (güç faktörü düzeltmesi) olup, şebekeden çekilen akımın sinüse yaklaşmasını sağlamaktadır. Dolayısı ile şebekeden de harmoniği çok daha az olan akım çekebilme şansımız olmaktadır. Harmonik ise istenmeyen bi durumdur ve sinüse ne kadar yakınlaşırsak harmonikten de o kadar uzak olabiliriz diyebiliriz. Profesyonel güç kaynaklarında PFC ve harmoniklere çok dikkat edilmektedir. EMI filtresinin de önemi burada büyüktür. PFC converterda aslında kompanzasyon tekniklerinden biridir.



Yukarda da göreceğiniz üzere, aktif gücün, görünen güce oranı bize güç faktörünü vermektedir. Bunu zaten hemen hemen herkes bilmektedir. Bizim PFC yi koymamızdaki amaç, payda yer alan aktif gücü olabildiğince görünen güce yakınlaştırmaktır. PFC böylece aktif gücü artırırken, reaktif gücü de azaltacaktır.

Eğer voltaj ve akım sinyallerinin ikisi de sinüs şeklinde ve aralarındaki faz farkı 0 ise, o zaman PF 1 olacaktır. Fakat her ikisi de sinüs şeklinde fakat aralarında faz farkı varsa, o zaman PF bu faz farkının cos değeri alınmış hali olacaktır.

SMPS lerde ise, rectifier ve kapasitörlerden dolayı şebekeden sinüs şeklinde akım çekilmeyecektir. Bu yüzden çekilen akım sinüsten uzak olacağı için PF değeri de bi hayli düşük olacaktır.



Yukarda PFC yer almayan SMPS in voltaj ve akım grafiklerini görmektesiniz. Voltaj sinüs şeklinde olsa da, çekilen akım sinüsten uzaktır. Akım grafiğinin bu şekilde olmasının sebebi, kapasitörün sadece giriş voltajının peak değerlerinde şarj olmasından dolayıdır.

Bu şekildeki SMPS in PF değeri yaklaşık 0.6 olacaktır.



Yukarda PF si 0.6 olan SMPS in harmonik tablosu verilmiştir. Tek sayılı harmonikler, çiftlere göre çok daha fazla görüldüğü için genelde tek sayılı harmonikler verilmektedir. Harmonik konusu aslında fourier serilerinden gelmektedir onu belki daha sonra anlatabilirim. 1. harmonik bizim şebekeden çekmek istediğimiz ana sinüs akımıdır. Bu sinüsten ziyade 3, 5, 7 ... gibi harmonik akımları da çekildiği için şebekeden çekilen toplam akım sinüsten çok uzak olmaktadır. Şebekeden sinüs şeklinde akım çekebilmemiz için, 1 harici diğer tüm harmoniklerin olabildiğince bastırılması gerekmektedir. 1. harmonik yani ana sinüs akım sinyali 50Hz iken diğer harmonikler bunun katsayıları halindedir. Örnek olarak 3. harmonik 3 x 50Hz = 150Hz olacaktır. Diğer harmoniklerin frekansı da harmonik sırası ile 50Hz çarpılarak bulunabilir.



Burada ise PF değeri yaklaşık 1 eşit olan SMPS in giriş voltaj ve akım grafikleri ile harmonik tablosu verilmiştir. Gördüğünüz üzere, 1 harici harmonikler bastırıldığı için, şebekeden sinüse yakın akım çekilebilmiştir.



THD denkleminde yer alan Ip ise 1. harmonik (ana sinüs akım sinyali) hariç diğer harmonik akım sinyallerinin karelerinin toplamıdır. I1 ise ana sinüs akım sinyalinin karesidir. Cos theta ise PF ye eşittir ve o da direk THD ile ilgilidir. THD de total harmonic distortion, toplam harmonik bozulma anlamına gelmektedir. Şebekden çekilen voltaj sinüs olduğu için, bozulma akımda oluşacağında, THD de sadece akım incelenmiştir.

Bizim PFC katını yapmaktaki amacımız, THD değerini olabildiğince düşürürken, PF değerini de olabildiğince artırmaktır. PFC nin yerleşimi ise aşağıdaki gibi olmaktadır.



Gördüğünüz üzere, PFC şebeke ile converter arasında kalmaktadır. Converter yerine bizde 2T forward converter gelecektir.

"Ne kadar çok bilgi o kadar düşük ego, ne kadar az bilgi o kadar yüksek ego" Albert Einstein

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #6
@Flatron , abi sende ayarlı SMPS ile ilgileniyodun. Senden bahsetmeyi unuttum kusura bakma. Konuyu biraz acele açtım ondan oldu :)
"Ne kadar çok bilgi o kadar düşük ego, ne kadar az bilgi o kadar yüksek ego" Albert Einstein

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #7
Estağfurullah.
Ben  bir polonya sitesinde çok güzel kaynaklarda buldum.Adamlar herşeylerini vermişler kit halindede satıyorlar .Ben o devreleri de test etmeyi düşünüyorum.Bu konuyu da takipteyim Kemal.

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #8
Değerli arkadaşlar,

Her ne kadar evde elektronikle olan hobim sınırlanmış olsa da yönetime darbe yapıp yıkabilir sıkı yönetim ilan edip bu konuya geri dönebilirim. Bende sizleri telefonla arayacaktım. Şu an Köyceğiz'deyim. Malum bayram iznine geldim. Sizler de sezon itibari ile yoğun olabilirsiniz. Görüşme şansımız olursa iyi olur olmaz ise başka bir zaman yine konuşur görüşürüz. @Kemal88 önümüzdeki hafta içi yine Fethiye'ye geleceğim. Büyük ihtimal salı günü sabahı ölüdeniz'de olacağım. Vakit olursa akşam sana uğrayabilirim.

SMPS konusunda irdeleyip bir prototip çizebilir imkanımız çerçevesinde uygulamaya geçebiliriz. Asıl osiloskop olsa test aşamalarında çok daha iyi olurdu ama osiloskop olmadan nasıl ilerleriz bilemiyorum. Elimden geldiğince sonuna kadar destek verip üretmek isterim. Şahsen teorik bilgim zayıf olsa da uygulamada destek verebilirim.

Kolay gelsin iyi çalışmalar. @Kemal88 @kifvet

Eğer gerekli malzemeleri temin edebilirsem osiloskop ölçümleri gibi konularda müsait oldukça yardımcı olabilirim :)En olmadı muğlaya geldiğimde osiloskopu kapar gelir ölçeriz @kemal88 abiyle:)
PFC katı ile ilgili teknik detaylardan sonra hangi malzemeleri kullanacağımızı nasıl dizeceğimizi belirleyerek PFC kısmını tamamlayalım bence.Ama önce merak ettiğim iki kısımdan bahsetmek isterim.
1.Bizim yaptığımız PFC güç transistörlerinden kaynaklanan gürültüden etkilenecek mi?Yoksa sadece şebeke voltajının harmonikleri göz önüne alınıp o şekilde mi hesaplama yapılacak???
2.Burada verdiğimiz PFC entegresinin 100kHz ve 300W örnek devresi var:)

Burdaki 100kHz ne anlama gelmektedir?ve gücü artırmak için hangi komponentler değiştirilmelidir hesabı neye göre yapılır bunlara biraz değinelim bence:)Bende datasheeti inceledikçe yardımlarda bulunacağım.Bize gerekli olan güç, SMPS verimini %80 olarak alırsak
Pin x Verim=Pout hesabından
Pin = Pout/Verim
Pin = 500/0.8 buradan Pin =625W çıkacak yani PFCnin aktif vereceği güç 625Wden az olmamalı.

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #9
PFC ile teknik detay ve hesaplari en gec 2-3 gune hesaplayip paylasirim. Bayram oldugu icin malum ziyaretler falan. Internetim bile yok telefonda kuzenin netten yaziyorum :) PFC gurultuden ne kadar etkilenir okuyup arastiricaz, su an bile ciktilari kitap haline getirdim okuyorum. PFC de asil amac belirttigim gibi harmonikleri elimine etmektir. 100kHz anahtarlama frekansidir. Gucu artirmak icin mosfet, diyot, bobin gibi ana akimin gecegi yerlere dikkat edilmelidir. Zaten hesapta gereken hersey yer alacaktir. Onun icin herseyi rahatca gorebilicez. SMPS verimi %80, pfc verimi ise %85 alinabilir. Herseyi sindire sindire yaparsak, en iyi sonucu alabiliriz.
"Ne kadar çok bilgi o kadar düşük ego, ne kadar az bilgi o kadar yüksek ego" Albert Einstein

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #10
Hesaplamalara geçmeden önce, NCP1653 hakkında bilgi verilecek olursa;

NCP1653 CCM çalışan PFC entegresidir. Sabit frekanslı olup, boost topolojisi için dizanyn edilmiştir. Follower boost (değişken çıkış voltajlı) ve constant output voltage (sabit çıkış voltajlı) olarak dizayn edilebilmektedir. NCP1653 100kHz, NCP1653A 67kHz olarak çalışmaktadır. Follower boost da, şok bobin ve güç transistörleri daha düşük ve ufak dizayn edilebilme şansı vardır. Fakat buna karşın, değişken çıkış voltajına sahip olduğu için PFC den sonra gelecek olan her topolojiye uyumlu olmama durumu da vardır. CCM modu, en yüksek PF değerini elde etmemizi sağlamaktadır. DCM modundan bu kadar yüksek PF değerleri elde edilmemektedir.

Bu entegrede belli başlı özellik olarak;

CCM çalışma, average current veya peak current modu, constant veya follower boost çıkış özellikli, sabit frekanslı, soft start özellikli, over ve under voltage, over current, over power koruması ve termal korumaya sahip olması olarak sayabiliriz.

FB/SD pini (1) feedback, shutdown pinidir. Bu pin, feedback akımı almaktadır ve bu akım PFC nin çıkış voltajı ile doğru orantılı olup, çıkış voltajının regülasyonu, çıkış aşırı voltaj koruması, çıkış düşük voltaj koruması için kullanılmaktadır. IFB akımı, IREF referans akımının %107 sini aştığı anda, aşırı voltaj koruması aktif hale getirilir, çıkış devre dışı kalmaktadır. IFB akımı, IREF akımının %8 nin altına düştüğünde ise, entegre düşük tüketim kapanma (shutdown) moduna girmektedir.

Vcontrol pini (2), kontrol voltajı ve soft start pinidir. Bu pindeki Vcontrol voltajı, direk olarak PFC den önce yer alan giriş empedansını dolayısı ile güç faktörü kontrolünü kontrol etmektedir. Bu pine harici olarak bağlanacak Ccontrol kapasitörü ile de Vcontrol pininin bantgenişliğini limitlemektedir. Genel olarak bantgenişliği 20Hz in altına limitlenmektedir, böylece güç faktörü 1 e çok yakın olabilmektedir. Vcontrol voltajı 0V ise entegre çıkış vermemektedir. O yüzden bu pine bağlanacak Ccontrol kapasitörü ile soft start sağlanabilmektedir.

In pini (3) ise, giriş voltaj sense pinidir. Bu pin ise IVac değerinde giriş şebeke akımını almaktadır. IVac akımı ise, giriş voltajı Vac nin RMS değeri ile doğru orantılıdır. Bu IVac akımı ise, aşırı güç koruması ve PFC duty cycle modülasyonu için kullanılmaktadır. Is x IVac çarpımı 3nA^2 üzerinde ise aşırı güç koruması aktif hale gelir ve entegre çıkışının duty cycle oranı Vcontrol voltajı düşürülerek giriş gücü azaltılmaktadır. Is ise aşağıda anlatılmıştır.

Cs pini (4), giriş akım sense pinidir. 4. pin, Is akımını sağlamaktadır ve bu akım bobin akımı olan IL ile doğru orantılıdır. Is akımı, aşırı akım korumasında, aşırı güç limitlemesinde ve PFC duty cycle modülasyonunda kullanılmaktadır. Is akımı 200uA (mikro amper) üzerinde olduğu durumda, aşırı akım koruması devreye girer ve çıkış devre dışı kalır.

Vm (5) pini, multiplier voltage pini olarak geçer ve PFC duty cycle modülasyonu için Vm voltajını sağlar. PFC giriş empedansı, bu pine harici olarak bağlanacak olan RM direnci ile doğru orantılıdır. Eğer RM direncine paralel CM kapasitörü varsa, entegre average current modunda, CM kapasitörü yoksa entegre peak current modunda çalışacaktır.

GND pini (6) entegre için referans noktasıdır, ground yada toprak olarak nitelendirilebilir.

Drv (7) pini ise çıkış mosfetleri için gate sinyalleri üretmektedir.

Vcc ( 8 ) pinine entegrenin çalışması için gereken voltaj verilmelidir. Entegre ilk çalışacağında ise minimum olarak 13.25V istemektedir. 13.25V sağlandıktan sonra ise, entegre beslemesi 8.75V a kadar indirilebilir. 8.75V un altında ise entegre kapanmakta olup, tekrar çalışması için 13.25V a ihtiyaç duymaktadır. Max olarak ise 18V a kadar beslenebilmektedir. 13.25V ile 8.75V arasına hysteresis denmektedir ve entegrenin sürekli açılıp kapanmasını engellemektedir.

PFC boost, boost ve diğer topolojilerden biraz daha farklı çalıştığı için sadece çalışma mantığını kısaca anlatabiliriz.



Yukardaki devre CCM PFC boost converter sadeleştirilerek gösterilmiştir. Giriş voltajı doğrultularak Vin şeklinde 50 yada 60Hz sinyaller elde edilmiştir. Burada yer alan mosfet yüksek hızda anahtarlama yapmaktadır. Bobin akımı ise bu anahtarlamadan dolayı hem yüksek hem de düşük frekans komponentlerine sahiptir. Cfilter filtre kapasitörü ise çok düşük değerde olup, bobin akımındaki yüksek frekansı elimine etmek için kullanılır. Buradaki filtre kapasitörünün yüksek değer kapasitansa sahip olması durumunda güç faktörünü düşerebileceği kaynakta belirtilmiştir.



Burada ise CCM çalışan bobin akımının grafiği verilmiştir. CCM de bobin akımı hiçbir zaman 0 a inmemektedir. 0 a inme sadece DCM de olmaktadır.



t1 burada ton zamanı yani mosfetin on durumudur. Mosfet bu durumda iletimdedir. t2 de ise mosfet kapalıdır ve off konumundadır. T anahtarlama periyodudur. Buradaki denklemler CCM çalışan boost dan gelmektedir. Nereden geldiğine blogta yer alan Boost bobin deklemlerinden bakabilirsiniz.

Cfilter kapasitörü yüksek frekanslı bobin akımlarını elemektedir. O yüzden giriş akımı Iin = IL-50 olarak gösterebiliriz. 50 burada 50Hz i belirtmektedir. Bobin üzerindeki yüksek frekanslı ripple akımları hesaplarda göz ardı edilebilmektedir.



Zin PFC girişindeki giriş empedansıdır. Güç faktörünün düzeltilmesi için, bu giriş empedansının sabit yada yavaş bi şekilde değişiyor olması gerektiği kaynakta yazmaktadır.



Burada ise PFC entegresinin iç yapısından bir örnek verilmiştir. Sinyalleri ise aşağıda görebilirsiniz. Ich burada şarj akımıdır. PFC modulation kısmı hysteresis barındıran comparator (karşılaştırıcı) dır. Bu comparator ın çıkışı R ye Latch Reset olarak gelmektedir. Set pininin grafiği ise Latch Set olarak verilmiştir. Clock sinyali yardımı ile Cramp kapasitörü şarj-deşarj olmaktadır. En sağda yer alan ise SR flip flop (Latch) u dur. Clock sinyali ise S pinine gelmektedir.

Q nun çıkış verebilmesi için, 1 olabilmesi için, S (Set) pininin 1 olması gerekmektedir yada Q önceki durumda 1 ise, S pini hem 1 hem de 0 iken Q bi sonraki durumda yine 1 olacaktır. S 0, R (Reset) pini X (1 veya 0) iken Q (Quit) çıkış pini 0 olacaktır. Latch ler, en ilkel hafıza türlerinden biridir.



Yukarda anlatılanlara ait çeşitli grafikler verilmiştir. Mosfetin on zamanı olan t1, Vref ile Vramp voltajının kesiştiği noktaya kadardır. Denklemi ise aşağıdaki gibidir.



Cramp kapasitörünün üzerindeki akım, Ich = Cramp.(dv/dt) olarak bilinmektedir. Bu denklem kapasitörün akım denklemidir. Buradan denklem dv/dt = Ich/Cramp olarak değiştirilip, dv = (Ich/Cramp).dt olarak bulunabilir. dV burada voltajdaki değişimi, dt ise zamandaki değişimi göstermektedir. Vref, Vramp ve Vm grafiklerine baktığımızda ise, dt nin mosfetin on zamanı olan t1 olacağını görebiliriz. dv denkleminde yerine koyduğumuzda ise dv = (Ich/Cramp).t1 olacaktır.



Ich akımının ise, yukardaki ifadeye göre dizayn edildiği belirtilmektedir.



Vm denkleminin yeni hali ve Zin giriş empedansının son hali yukarda verilmiştir.

Vref ve Vout hemen hemen sabit olduğu için, Zin giriş empedansını sabit tutabilmemiz için, Vm voltajı ile IL-50 bobin akımının doğru orantılı olarak birbiriyle bağlantısı olması gerekmektedir. Yani bobin akımı arttığı yada azaldığı durumda, Vm voltajının da artması ve azalması gerekmektedir. Böylece güç faktörü 1 e yaklaştırılabilecektir.



NCP1653 ün güç faktörünü nasıl 1 e yakınlaştıracağı kısaca anlatılmıştır. Geri kalan özellikler de bu şekilde anlatılabilir. NCP1653 türkiye de bulunan bir entegre olduğu için türkiye de bulunmayan bir üst model olan NCP1654 seçilmemiştir.
"Ne kadar çok bilgi o kadar düşük ego, ne kadar az bilgi o kadar yüksek ego" Albert Einstein

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #11
Merhaba Kemal

Ben bu konu ile ilgili ilk sorularımı sormak istiyorum.

Önce bu konudaki benim neyi, niçin yapacağımızın “benim bildiklerimi” izah edeyimki baştan yanlış bilerek tekrar geriye dönmeyeyim.

EMI filtresi:
Öncelikle EMI filtre devresi ekleyeceğiz ki bunun amacı .Devre güçlü  bir motorun yanında yada atıyorum bir  mikrodalga fırının yanında çalışırken manyetik ortamlarda sapıtmasın,parazitlerden mümkün olduğunca yalıtılmış olsun diye bu devreyi ekliyoruz.EMI filtresinin “genel” faydası bu.

PFC Devresi
Anlaşılacağı üzere “Güç  faktörünü düzenleyen,düzelten devre.
Ne işe yarayacak.Eğer yükümüz lineer bir yük değilde endüktif yada kapasitif bir yük olursa  çok kabaca bir tarifle “ 4 liralık  elektrik harcamasına rağmen 6 liralık güç harcanmasının önüne geçecek.Tabiki daha başka birkaç avantajlarıda var.

Peki benim öğrendiklerime göre bunu nasıl yapıyor
Bununla ilgili türkçe bir kaynak burada
http://hbogm.meb.gov.tr/MTAO/1Elektroteknik/unite5.pdf

Buradada anlatıldığına göre 

PFC=Aktif Güç/Görünür Güç (Yani oranları)

Bu linkteki pdf den anladığım kadarıyla ,Eğer gerilim ,akım ve görünür gücü monitoring yaparsak aradaki açıyı bulur ve hangi değeri ne derece değiştirmesi gerektiğini (VAR değerini ve (sanırım voltaj değerini) anlayarak oranı 1 (bire) mümkün olduğunca yaklaştırıyor .Tüm bu işleride bize bu PFC chipi yapacak.

Sorularım:

1- Senin önceki mesajlarında izah ettiğin PFC ile ilgili  “Sinüse yaklaştırmamız gerekiyor ve “Asıl amaç harmonikleri elimine etmek”  cümlelerini tam anlamadım.Bunları kısaca biraz izah edermisin?


2-Bir SMPS chipinde  frekansını farklı değerlerdeki R-C kombinasyonlarıyla oluşturulabiliyor.Demek istediğim (tamamen değerleri sallıyorum) Diyelimki SG3525 i 200 Khz lik frekans için ayarlamak 100 nf ve 10 K ile çalıştırabileceğim gibi 33 nf 150K ilede bu frekansta çalıştırabiliyorum.
Ancak bu değerlerde hangisinin kullanılması daha uygun.Yani mesela üzerinden 10 amper akım geçen bir bobin kullanıyorsan kapasitörü  mümkün olan en küçük değeremi yakın seçmelisin ,empedansa göremi ne bileyim duty cyle göremi?

Bunlar gibi bazı değerleri seçmekte oldukça önemli püf  noktaları olduğunu düşünüyorum .Bu tür püf noktaları nelerdir?

Selamlar

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #12
Merhaba Kemal

Ben bu konu ile ilgili ilk sorularımı sormak istiyorum.

Önce bu konudaki benim neyi, niçin yapacağımızın “benim bildiklerimi” izah edeyimki baştan yanlış bilerek tekrar geriye dönmeyeyim.

EMI filtresi:
Öncelikle EMI filtre devresi ekleyeceğiz ki bunun amacı .Devre güçlü  bir motorun yanında yada atıyorum bir  mikrodalga fırının yanında çalışırken manyetik ortamlarda sapıtmasın,parazitlerden mümkün olduğunca yalıtılmış olsun diye bu devreyi ekliyoruz.EMI filtresinin “genel” faydası bu.

PFC Devresi
Anlamındanda anlaşılacağı üzere “Güç  faktörünü düzenleyen,düzelten devre.
Ne işe yarayacak.Eğer yükümüz lineer bir yük değilde endüktif yada kapasitif bir yük olursa  çok kabaca bir tarifle “ 4 liralık  elektrik harcamasına rağmen 6 liralık güç harcanmasının önüne geçecek.Tabiki daha başka birkaç avantajlarıda var.

Peki benim öğrendiklerime göre bunu nasıl yapıyor
Bununla ilgili türkçe bir kaynak burada
http://hbogm.meb.gov.tr/MTAO/1Elektroteknik/unite5.pdf

Buradada anlatıldığına göre 

PFC=Aktif Güç/Görünür Güç (Yani oranları)

Bu linkteki pdf den anladığım kadarıyla ,Eğer gerilim ,akım ve görünür gücü monitoring yaparsak aradaki açıyı bulur ve hangi değeri ne derece değiştirmesi gerektiğini (VAR yada (sanırım voltaj) anlayarak oranı 1 (bire) mümkün olduğunca yaklaştırıyor .Tüm bu işleride bize bu PFC chipi yapacak.

Sorularım:

1- Senin önceki mesajlarında izah ettiğin PFC ile ilgili  “Sinüse yaklaştırmamız gerekiyor ve “Asıl amaç harmonikleri elimine etmek”  cümlelerini tam anlamadım.Bunları kısaca biraz izah edermisin?


2-Bir SMPS chipinde  frekansını farklı değerlerdeki R-C kombinasyonlarıyla oluşturulabiliyor.Demek istediğim (tamamen değerleri sallıyorum) Diyelimki SG3525 i 200 Khz lik frekans için ayarlamak 100 nf ve 10 K ile çalıştırabileceğim gibi 33 nf 150K ilede bu frekansta çalıştırabiliyorum.
Ancak bu değerlerde hangisinin kullanılması daha uygun.Yani mesela üzerinden 10 amper akım geçen bir bobin kullanıyorsan kapasitörü  mümkün olan en küçük değeremi yakın seçmelisin ,empedansa göremi ne bileyim duty cyle göremi?

Bunlar gibi bazı değerleri seçmekte oldukça önemli püf  noktaları olduğunu düşünüyorum .Bu tür püf noktaları nelerdir?

Selamlar

Abi EMI filtresini yüksek frekansla çalışan devrelerin önüne koyulur ki, hem yaydığı yüksek frekans sinyalleri şebekeye hem de başka yerlerden gelen yüksek frekanslı sinyaller devreye karışmasın. Bu sinyalleri parazit olarak yorumlayabiliriz. PFC de anlattıkların doğru.

1- Şimdi şöle abi, güç faktörünü 1 e yakınlaştırabilmemiz için şebekeden olabildiğince sinüse benzer akım çekmemiz gerekiyor. Bunu yapabilmenin yolu da harmonikleri elemektir. 50Hz sinüs bizim ana sinyalimizdir, buna 1. harmonik denir. En çok karşılaşılan 3, 5 gibi tek sayılı olanlar ise 50 x 3, 50 x 5 gibi yani 50Hz x harmonik sayısı ile frekansı bulunmaktadır. Bu harmoniklerin varlığı, ana sinüs sinyalinin şeklini değiştirmektedir. O yüzden ana sinüs sinyali hariç tüm harmonikler bi şekilde yok edilmelidir. PFC olabilmesi için harmoniklerin yok edilmesi şarttır. Nedenini ise alttaki grafikten de anlayabilirsin.



Kırmızı sinyal bizim 50Hz lik sinüs sinyalimiz olsun. Belli harmonikler bu sinüs ile birleştiği zaman ortaya kare dalgaya benzer bi sinyal çıkmaktadır. PFC de de buna benzer bi durum vardır sadece sinyal kareye değil ilk mesajlarda verdiğim sinyale benzemektedir. Değişik harmonikler ile birlikte üçgen, testere, gibi değişik sinyallerde elde edilebilmektedir. Her sinyal kendine özgü harmoniklerle ortaya çıkmaktadır.

Harmonikler dediğim gibi fourier serisinden gelmektedir. Fourier serisi bize, tüm sinyallerin cosinus veya sinus şeklinde yazılabileceğini göstermektedir. Onun için de ana 50Hz lik sinüs sinyalinde harmonik bulunmamaktadır. Yada diğer bi deyişle 1. harmoniktir. Diğer tüm sinyaller ise bu ana 50Hz lik sinüs sinyali ile birlikte toplanarak yazılırlar fakat frekansları daha yüksektir.

2- Abi frekans ayarlamak için kullanılan R ve C değerleri datasheetdeki hesaplamadan veya grafiğinden alınmaktadır. Her entegreye göre farklılık gösterebilir. Onun için kesin bişi diyemiyorum. Diğer bahsettiğin 10A mevzu ise yani demek istediğin L ve C ise çıkışta yer alan LC filtre nin bi hesabı var ona göre yapılıyor. İleriki zamanlarda hesapları göstericem.
"Ne kadar çok bilgi o kadar düşük ego, ne kadar az bilgi o kadar yüksek ego" Albert Einstein

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #13
NCP1653 ün AN8184 datasheetinden alınan formüllere göre yapılan hesaplar aşağıdaki gibidir.



fac = şebeke voltajıdır ve 50Hz alınmıştır. VacLL ise en düşük şebeke voltajı olup 185V, VacHL en yüksek şebeke voltajı olup 265V alınmıştır. Vout istenen çıkış voltajı, VoutLL ise çıkışta istenen en düşük çıkış voltajıdır. eff verimlilik olup %85 dir. Pout çıkıştan istenen max güç olup, 800W dır. Delta Ipk-pk ise şok bobininde istediğimiz ripple yüzdesidir ve %20 olarak alınmıştır. Rdson başta 0.19 alsamda seçilecek mosfete göre değişecektir. Thold-up, enerji kesildiğinde çıkışta yer alan kapasitörün enerjiyi tutma süresidir. Voutmin ise bu enerji kesintisinde minimum istenen çıkış voltajdır. %Vpk-pk ise çıkışta istediğimiz düşük frekanslı ripple voltajıdır. Icoil(rms)max şok bobininden geçen max rms akımıdır. Icoilmax ise peak akımıdır. L şok bobinin endüktansıdır fakat daha sonra şok bobin dizaynı yaparken değeri belki değişebilir. Dizaynda ise nüve, tel seçimi vs gibi hesaplar yapılacaktır.



Bu hesaplarda yer alan Cbulk ise çıkışta yer alan büyük kapasitanslı kapasitördür. ESR değerini düşürmek için paralel küçük kapasitanslı yada düşük ESR değerli kapasitör bağlanabilir fakat ESR nin oluşturduğu voltaj, düşük frekans voltaj ripple ından küçük olacağı için belki göz ardı edilebilir. Rfb1 - 2 ve 3 dirençleri feedback dirençleridir. Tek direnç yerine birkaç dirençten oluşmasının sebebi, tek direncin kısa devre olması halinde entegrenin direk bozulacağından dolayıdır çünkü geribesleme çok yüksek voltaj olan 390V dan direk alınmaktadır.



Cfb1 ve C2 filtre için kapasitörlerdir ve datasheet de belirtilmiştir. Rin direnci ile şebeke voltajından örnek alınmaktadır. Cin1 ve Cin2 yine filtre kapasitörleridir. Rsense ile akım izlenmektedir.



Pon(max) mosfette harcanan max güçtür. Seçilecek mosfetin Rdson direncine göre hesaplanabilir. Pbridge ise köprü diyotlarının toplamda harcayacağı güçtür. Yine seçilecek diyotların forward voltaj düşümüne göre hesaplanabilmektedir.

Bu hesaplara göre PFC nin ilk şeması yakında gelecektir.
"Ne kadar çok bilgi o kadar düşük ego, ne kadar az bilgi o kadar yüksek ego" Albert Einstein

Ynt: 0-50V, 0-10A Çıkış Ayarlı SMPS Projesi

Yanıt #14
@Kemal88
Lise sondaki integral çözümlerinden sonra bu kadar hesap kitapla uğraşmamıştım:)Heveslendirdin beni:)