LM317 ile 30V/3A Ayarlı Güç Kaynağı Yapımı


    Basit testler için çok fazla özelliği olmayan bir güç kaynağı ihtiyacım bulunuyordu. Elimde bulunan LM317 ve diğer malzemeler ile basit, kullanışlı ve bir o kadar da sağlam bir güç kaynağı projesi ortaya çıkmış oldu. 

  LM317 basit ve güvenilir yapısı nedeni ile uzun yıllardır bir çok ticari ve amatör projede kullanılmaktadır. Hatta ayarlı voltaj regülatör entegresi denince akla ilk gelen  ürünün  LM317 olduğunu söyleyebiliriz. Değişik kılıf yapılarında üretimi olmasına rağmen en çok TO-220 kılıf yapısı ile karşımıza çıkar. En fazla 40V giriş gerilimine sahip olmakla beraber 1.5A e kadar çıkış verebilir.  

    Gerçekleştirdiğim projede 30V çıkış seviyesine ulaşmak istiyordum. Bu nedenle lm317 nin giriş seviyesi 30V üzerinde olmak zorundaydı. 30Vac trafo kullanıldığı durumda giriş voltajı lm317 nin limitlerini (30 x 1x41 ≌ 42V) aşıyor. Bu nedenle 24Vac trafo kullanarak doğrultucu çıkışında 33V elde ettim. Bu değer ile güç kaynağı çıkışında 24V üzerinde düzgün regülasyon sağlanamaz ancak yine de 30V çıkış seviyesine ulaşılabilir. Ayrıca 24Vac seçimi şebeke toleransı yönünden de oldukça uygundur. 

    Kullanılacak trafonun gücü ise arzu edilen çıkış gücünden yüksek olmalıdır. Örneğin 20V/5A sürekli çıkış akımı isteniyor ise 100VA üzeri bir trafo kullanılmalıdır. Doğru büyüklükte güçte trafo seçimi yapılmaz ise istenen çıkış gücü elde edilemez ve trafo zarar görebilir. 

   Ben elimde atıl bulunan trafoya göre projemi şekillendirdim. Trafomun yaklaşım 80VA gücünde olduğu (Bknz. Trafo Gücü Tespiti) tespit ettim. Bu durumda yaklaşık 30V/3A çıkış alabilecektim. Yine elimde hazır bulunan 6A lik bir köprü diyot ve 3300uf/50V bir kapasitör ile doğrultucu kısmını tamamladım. Geriye kalan diğer bir konu ise çıkıştan 3A akım alabilmekti. Lm317 tek başına bu değeri sağlayamadığı için çıkış akımını bir güç transistörü ile kuvvetlendirmem gerekiyordu. Bu konuda iki farklı yöntem var. Birinci yöntemde Lm317 nin çıkışına Npn bir transistör eklenerek akım kazancı yoluna gidiliyor. Bu yöntemi çok uygun bulmuyorum. Lm317 nin adj ucu transistörün base ucundan referans almasından dolayı çıkış regülasyonu transistörün Base-Emiter gerilim düşümü kadar hatalı oluyor. Diğer yöntem ise Lm317 nin giriş trafına Pnp bir transistör bağlamak. Bu yöntem regülasyon başarısı yönünden daha iyi. MJ2955 ile yaptığım denemelerde istediğim çıkış akımına ulaşamadım. Kısa devre testlerinde de iki defa transistör yakınca bu yöntemden de vazgeçtim. Bu aşamada nasıl ilerlemem konusunda bir kararsızlık yaşadım. Transistör yerine yine elimde atıl bulunan mosfetleri kullanma fikri projeye yeni bir boyut kazandırdı. Transistör yerine mosfet kullanarak yaptığım denemeler çok başarılı oldu. Sağlamlık konusunda şöyle bir düşüncem var; devre bozulacak ise test aşamasında bozulmalı. Ürün haline geldikten sonra üstelik tamda bir işe yararken asla bozulmamalı... Bu düşünceme istinaden defalarca devreye işkence ettim ve bozmayı başaramadım. 

Simulasyon için buraya tıklayınız.


 Yapı oldukça basit ve yine basit bir mantıkla çalışıyor. Çıkış akımı düşük olduğu zaman mosfet kesimdedir ve görev yapmaz. Çıkış akımı 1A olduğu zaman Rg direnci üzerinde 10V gerilim oluşur ve bu gerilim aynı zamanda Mosfetin Vgs gerilimidir. Bu durumda mosfet tam iletime geçerek akımı yükseltir. 10V ve bunun için gerekli olan 1A referans olarak belirlenmiştir ancak gerçekte durum biraz daha iyimserdir. Çoğu mosfet 2-4V eşik gerilimine sahiptir ve Vgs gerilimi bu seviyeye ulaşınca mosfet iletime geçmeye başlayarak voltaj yükseldikçe Rds direnci azalır. Bu durumda Lm317 akımı 300-400mA seviyesini geçtiği zaman mosfet iletime geçmeye başlayarak çıkış akımını üzerine almaya başlar. Mosfetin iletime girmesi ile beraber çıkış voltajı yükselme eğilimi gösterir. Bu durum Lm317 nin adj bacağı üzerinden tespit edilerek çıkış voltajının yükselmesini durdurmak amacı ile lm317 çıkış akımını azaltma eğilimine girer. Bu duruma bağlı olarak Rg direnci üzerindeki gerilim azalır ve mosfet kesime gitme eğilimi gösterir. Buna bağlı olarak çıkış akımı azalma eğilimine girdiğinde Lm317 tekrar çıkış akımını artırarak tekrar mosfetin iletimini artırır. Sonuçta istenilen voltaj regülasyonu ve yüksek akımı sağlayan bir kontrol döngüsü ortaya çıkar. 

Simulasyon için buraya tıklayınız.

  Mosfet seçimi konusunda herhangi bir P kanal güç mofeti kullanmak iş görecektir. Mosfet üzerindeki güç dağılımı optimize etmek ve istenilen çıkış akımını almak için birden çok mosfet paralel bağlanabilir. Projemde 3A için ısı dağılımını hesapladığımda 3 adet paralel mosfet kullanmaya karar verdim. Yine elimde hazır bulunduğu için kullandığım mosfetlerin model numarası ise IRF9530N dir. 

Çıkış kısa devre olduğunda Lm317 çıkışı kapatma eğilimine giriyor ancak çıkış voltajını 1.2V un altına indiremediği çıkış 1.2V sabit, direnç en düşük olduğu için akım en yüksek değere gitmek istiyor. Bu durum süreklilik arz ederse aşırı ısıdan ya mosfetler yada trafo yanacaktır. Çözüm olarak ise daha önce kullanmadığım ve performanslarını merak ettiğim termik sigortalardan kullandım. 


  3A üzerinde sigortanın atmasını bekliyordum ama gerçekte 5-6A seviyesinde sigorta atıyor. Sigortanın atma süresi birkaç saniye sürüyor. Sigorta attıktan sonra üzerindeki butona basarak tekrar aktif olması için ise 5-10 saniye gerekiyor. Bu çalışma şartlarına rağmen bu ürünü kullandığım için memnunum. Kullandığım mosfetli yapı bu olumsuzluklar ile rahatlıkla başa çıkabiliyor. 


  Sistemi soğutma amacı ile 80mm bir fan kullandım. Fanın yüksek sıcaklıkta devreye girmesi için NO kontak yapısına sahip 50°C bir termostat kullandım. İlave bir tedbir olarak ise 90°C NC bir termostatı da sisteme seri bağladım. Soğtucu 50°C ulaştığında fan devreye giriyor. Eğer soğutucu 90°C ye ulaşır ise termostat sistemi kapatıyor. Denemeler sırasında fan devrede olduğu sürece sistemin 90°C ye ulaşamadığını gördüm. Fan çalışmaz ise çıkış koşullarına bağlı olarak sıcaklık 90°C ye ulaşabiliyor. 


  Sistem aşırı akımdan veya aşırı sıcaklıktan korumaya geçtiğinde ne olduğunu gözlemleyebilmek adına ön panele iki adet led yerleştirdim. Koruma durumunda ilgili led yandığı için ne olduğunu anlayabiliyorum. Led lerin bağlantısı yukarıdaki gibidir. Bileşenlerin neredeyse tamamı soğutucu ve ön panel üzerinde olduğu için ayrıca bir pcb tasarlamaya gerek duymadım. Uzay montaj tekniğini kullandım. 

    Devreden istediğim performansı elde edince kutulama işine giriştim. Hazır kutu ve soğutucu fiyatlarının yüksek olması ve istediğim ölçülerde ürün bulma sıkıntıları yüzünden kutu ve soğutucuyu kendim yapmaya karar verdim. 3D tasarımlarını yaptıktan sonra imalatlarını tamamladım. 


  Soğtucuyu  1.5mm aluminyum saçtan imal ettim. 










 Ön paneldeki ledleri sonradan projeye dahil ettiğim için panel yerleşimi biraz uydurma şeklinde oldu. Kullandığı dijital göstergenin performansını hiç beğenmedim. Onun dışında ortaya çıkan üründen oldukça memnun oldum. Gaddar bir ürün oldu. Bozulması pek mümkün değil. Uzun yıllar sorunsuz çalışacaktır. Kısa bir test videosu ile konuyu sonlandıralım. 




Yorum Gönder

Daha yeni Daha eski