5v/1a dc regüleli dc güç kaynağı projesi

5V/1A DC REGÜLELİ DC GÜÇ KAYNAĞI PROJESİ
2015-2016 BAHAR YARIYILI
Projenin Amacı: YTÜ EHM bölümü 1. sınıf öğrencilerinin, Elektrik Devre Temelleri dersinin bir
projesi olarak, çıkış gerilimi sabit 5 V ve yük akımı maksimum 1 A olan, 5W gücünde regüleli DC
güç kaynağı tasarlamalarını ve gerçekleştirmelerini öğretmektir.
Devre Şeması: Aşağıda tasarlanacak ve gerçekleştirilecek güç kaynağının devre şeması
görülmektedir. Devrenin çıkış gerilimi VL=5 V ve çıkış (yük) akımı maksimum ILmax=1 A olacak
şekilde bu şemadaki tüm eleman değerleri belirlenecektir. Hesaplama yolu ile yaklaşık olarak
bulunacak olan eleman değerleri, pratikte standart değerlere en yakın olan eleman değerlerinden
seçilecektir.
T1
Transformatör
V1
220Vrms
50Hz
0°
F1
1A Sigorta
D1
Köprü Diyot
C1
Filtre
U1
5V-1A Regülatör
LINE
VREG
VOLTAGE
COMMON
~ Vsrms
C2
330nF
C3
100nF
Yük
+
RL VL=5V
-
Devrenin Açıklaması ve İstenenler:
RL: Yük direnci olup, çalıştırılacak bir cihazı veya bir devreyi sembolize eder. Yük uçlarındaki VL gerilimi
regüleli 5 V DC gerilimdir. Teorik olarak ideal bir gerilim kaynağı gibi davranır. Bu gerilim idealde yükten
çekilen akımdan bağımsızdır. Pratikte belirli sınırlar içinde çok az değişir.
C3: Bu kapasite, kararlılığı (stability) ve geçici yanıtları (transient response) iyileştirmek için kullanılır.
Regülatör üretici firmasının önerdiği değer C2=100 nF dır.
C2: Bu kapasite, eğer regülatör entegresi C1 filtre kapasitesinden kayda değer bir uzaklıkta bulunuyorsa
kullanılır. Aksi halde kullanılmaz. Kullanılması durumunda regülatör üretici firmasının önerdiği değer
C2=330 nF dır.
C1: Bu kapasite, tam dalga doğrultulmuş sinüzoidal işareti filtrelemek ve DC işaret elde etmek için
kullanılır. C1 kapasitesi uçlarındaki VC1 gerilimi regülesiz gerilimdir. Bu gerilim yaklaşık olarak
VC1max=VSmax-2∙VD1(on)
eşitliği ile, veya transformatörün VSmax maksimum sekonder gerilimi ise
VSmax=VC1max+2∙VD1(on)
eşitliği ile hesaplanır.
Transformatörün sinüzoidal sekonder geriliminin efektif (rms) değeri VSrms=VSmax/√2, VD1(on) ise bir
diyotun uçlarındaki iletim (on) gerilimi olup silisyum diyotlar için yaklaşık olarak, 0.7V<VD1(on)<0.85V
gerilim aralığındadır.
VC1 gerilimi, teorik olarak ideal olmayan bir gerilim kaynağı gibi davranır (Thévenin Eşdeğeri). Bu gerilim
yükten çekilen akıma bağımlıdır. Yük akımı arttıkça bu gerilimde tepeden-tepeye bir dalgalanma (ripple
voltage peak to peak, Vrpp) olur. Vrpp ne kadar küçük olursa regülatör girişindeki VC1 gerilimindeki
dalgalanma o kadar az olur. Bu da gerçekleştirilen projenin kalitesini arttırır. Ancak, bu da C1 kapasitesinin
değerinin ve maliyetinin artmasına neden olur. Tasarıma ve transformatörün VSmax sekonder gerilimine
bağlı olarak Vrpp, 1V≤Vrpp≤4V arasında seçilebilir. Burada seçim yapılırken önemli olan, C1 kapasitesi
uçlarındaki regülesiz ortalama gerilimin (VC1DC, DC gerilim) 7V’tan küçük 18V’tan da büyük olmamasıdır.
Tepeden tepeye dalgalanma gerilimi, tam dalga doğrultucu devrelerinde yaklaşık olarak
Vrpp=ILmax / (2∙f∙C1)
olarak bulunur. Şehir şebeke geriliminin frekansı f =50 Hz olup, buradan
C1=ILmax / (100∙Vrpp)
eşitliği ile hesaplanır.
C1 kapasitesi uçlarındaki regülesiz ortalama gerilim (VC1DC, DC gerilim) yaklaşık olarak
VC1DC=VC1max-Vrpp/2= VC1max- ILmax / (200∙C1)
eşitliği ile hesaplanır. Tasarıma bağlı olarak VC1DC, 7V≤VC1DC≤18V aralığında olabilir. Regülatörün regülasyon
yapabilmesi için regülatörün girişi ve çıkışı arasındaki diferansiyel gerilim Vdif =VL-VC1DC ≥2 V olmalıdır.
Devrede kullanılan kapasite elemanlarının patlamaması için maksimum çalışma (dayanma) gerilimleri, bu
elemanların uçlarında oluşabilecek en büyük gerilimden, en az %50 daha büyük seçilmelidir.
D1: Dört adet diyottan oluşmuş tümleşik (entegre) köprü diyot devresidir. Tam dalga doğrultma için
kullanılır. Köprü diyot devresi içinden en az 1A akım geçebilecek, diyotların ters yönde kutuplama
gerilimlerinde (tıkama gerilimleri) ise en az 50 V’a dayanabilecek şekilde seçilmelidir.
F1: 1A’ lik sigorta elamanı olup kısa-devre elemanı gibi davranır. Devreyi aşırı akımdan korumak için
kullanılır. İçinden 1A’den fazla akım geçtiğinde açık-devre olur. Bir kere açık devre olduktan sonra artık
kullanılamaz, yenisiyle değiştirmek gerekir.
T1: iki-kapılı bir eleman olan T1 transformatörü, primer kapısına uygulanan V1=220V efektif sinüzoidal
gerilimi, belirleyeceğiniz VSrms gerilimine düşürmek için kullanılır. Sekonder geriliminin ve transformatör
gücünün ne olması gerektiği tasarıma göre hesaplanacak ve transformatör piyasadan ona göre satın
alınacaktır. Transformatörün gücü büyüdükçe maliyetinin arttığı, boyutlarının büyüdüğü ve ağırlaştığı
unutulmamalıdır.
Projenin Teslim Tarihleri:
1. Teslim Tarihi (3-4 Mayıs 2016, ilk ders saatinde teslim edilecektir)
Bu teslimde istenenler; Proje kapak sayfası, teorik hesaplamalar, tüm elemanların parametre
değerleri, maksimum çalışma gerilimleri, çalışma akımları, güçleri, parça numaralarını ve sayılarını
belirten eleman malzeme listesi, tahmini maliyet analizi, Multisim Simülasyonu ve sonuç içeren
rapordur.
2. Teslim Tarihi (Bölümün ilan ettiği EDT Final/Bütünleme Sınavı tarihidir)
Bu teslimde istenenler; fiziksel olarak baskılı devresi gerçekleştirilmiş, plastik kutuya konmuş
kapatılmış ve üzerlerine öğrencilerin, bilgisayar çıktısı olarak isimleri, numaraları, grupları yazılmış
ve yapıştırılmış 5V/1A regüle devreleri ve devrelerin değişik akımlarla yüklenmesi sonucunda elde
edilen ölçme sonuçlarını içeren raporudur.
ÖNEMLİ UYARI:
Laboratuvarda transfomatör kullanmadan, sekonder gerilimine eşdeğer gerilim üreten sinyal
jeneratörleri kullanılarak devrenin testleri yapılacaktır. Testten geçen devrelere transformatör
bağlanacaktır. Transformatörün primerine 220V gibi yüksek gerilim geldiği için emniyet
tedbirlerinin alınması ve gerekli izolasyonların yapılması gerekmektedir. Aksi halde çok tehlikeli
sonuçlar doğabilir.
Prof. Dr. Herman SEDEF