Entegre Besleme Dizaynı
Giriş voltajının 20V dan büyük olduğu yada PWM entegresi ve driver entegresinin max besleme voltajından büyük olduğu durumlarda, start-up devreleri dediğimiz, entegreleri besleyen devrelere ihtiyacımız vardır. Shunt regulator ve seri lineer regülatörlerden farkı yoktur. Amacı VCC denilen entegre beslemelerini olabildiğince stabil şekilde tutup gerektiğinde şebekeden gerektiğinde trafonun auxiliary winding dediğimiz ek sargıdan beslemektir. Besleme devresi şebekenin yada SMPS in girişinden alınacağı için, besleme devresinin voltaj değeri bu giriş değerinden yukarda alınmalıdır. Besleme, AC şebekeden 50Hz lik trafo, doğrultma ve lineer voltaj regülatör üçlüsü ile de sağlanabilir. Fakat 50Hz lik trafo hem maliyet hem de yer kaplama açısından dezavantajları vardır.
Düşük güç kayıplarının önemli olmadığı durumlarda aşağıdaki gibi basit zener shunt regülatörü kullanılabilir. Burada, başlangıç, start-up akımı sürekli olarak şebekeden çekilmektedir. Eğer PWM ve driver entegreleri için gereken akım sağlanamazsa (yaklaşık 0.5mA), SMPS hiccup mode dediğimiz bir duruma geçer. Hiccup ın türkçe karşılığı hıçkırık demektir, bu modda isminden de anlaşılacağı gibi PWM entegresi, çıkışını sürekli olarak kapatıp açmaktadır. Hiccup moddan çıkıncaya kadar bu böyle devam etmektedir. Kapatıp açma süresi bir zamanlamaya bağlıdır fakat bu zamanlama PWM entegresinin kendi içindeki bir zamanlama mı yoksa, voltajı düzgünleştirmek için kullandığımız VCC kapasitörüne mi bağlıdır orasını şu an bilmiyorum. Burada amaç ise, PWM entegresi ve driverlar için gereken minimum start-up akımını DC baradan çekip, geri kalan akımı trafonun auxiliary winding kısmından almaktır. PWM entegresinin start-up akımından az akım sağlanması hiccup moduna, start-up ile ICC akımı arası ise PWM entegresinin current foldback moduna giriş yapmasına neden olur.
Üstteki devrede, VDz yi VCC yi beslemek için kullanacağınız voltaja göre seçmelisiniz. Eğer VCC yi 12V istiyorsanız, o zaman 12V zener kullanmalısınız.
Yukardaki tablo UC3825 in datasheetinden alınmıştır. Burada gördüğünüz gibi start-up, başlangıç akımı ve ICC akımları belirtilmiştir. Start-up akımını ICC yazan yerdeki akımı baz almalısınız çünkü simülasyonda yaptığım testlerde de ilk başta entegre ICC akımını alamadığı müddetçe hiccup moda giriş yaptığı gözlemlenmiştir. Onun için, entegreyi ilk başta ICC akımı ile çalıştırmanız gerekmektedir. IDzmin akımı ise zenerin 12V da kalabilmesi için gereken minimum akım fakat bunu tabi her zaman öğrenemeyiz. Bu durumda R üzerinden geçicek akımı biraz daha yüksek alabiliriz. PWM entegresinin ise maksimum düşük voltaj eşiği ise 9.6V olarak görebilirsiniz. Bu da demek oluyor ki VCC yi min 9.6V olarak beslememiz gerekmektedir. Zener de bu durumda minimum 9.6V seçilmelidir. Tabi biraz eşik değeri bırakılarak 10V yada 12V olarak alınabilir. Entegreyi auxiliary winding kısmından beslemek için bu sarımın doğrultulmuş ve filtrelenmiş voltajı, yani düz DC voltaj değeri, soldaki DC baradan elde edilen zener voltajından daha yüksek olmalıdır ki, entegre DC baradan beslenmek yerine, auxiliary winding kısmından beslenebilsin. Eğer, zener voltajından düşük veya eşit alırsanız, entegre her zaman DC baradan beslenecektir ki bu da verimliliği azaltan bir faktördür.
Current foldback eğrisine bakarsanız, voltaj ve akım aynı anda aynı miktarda, lineer olarak azaldığını göreceksiniz.
Burada belirtilen akım değerleri ve akım değerlerinde entegrenin gireceği modlar, entegreden entegreye değişiklik gösterebilmektedir.
Off-line SMPS lerde, yani giriş kısmının AC şebekeden alındığı durumlarda, şebekeden sürekli olarak akım çekilmektedir. Bu akımda göz ardı edilemeyecek güç kayıplarını beraberinde getirebilir. Bu durumda aşağıdaki devre kullanılabilmektedir.
Yine UC3825 entegresi üzerinden gidersek, Istart akımı UC3825 in ICC akımı alınmalıdır. 22mA yada 33mA alınabilir fakat garanti olması bakımından 33mA alınması kötü olmaz. IDzmin değerini, Istart ı belirledikten sonra Q1 in Beta değerinden bulabilirsiniz. Q1 in VCEO değerinin DC baranın max değerinden büyük olması gerektiğini de unutmayın. Kapasitör yine bi önceki gibi 10uF dan büyük seçilmelidir.
Driver kullanıldığı durumlarda, driverların ICC akımları göz önüne alınarak ICC akımı hesaplanmalıdır. Driverların çekeceği ICC akımı PWM entegresinin ICC akımına eklenmelidir. Böylece trafonun ek sargısını (auxiliary winding) ve DC baradan beslenmesi için araya konulan dirençleri dizayn ederken ICC(PWM) + ICC(Driver) olarak alınmalıdır.
Kısaca, VCC nin sol tarafındaki devrede sadece entegreleri çalıştırmak için gereken akım çekilirken, auxiliary winding kısmından geri kalan akım çekilmektedir. Son olarak, zener voltajını her zaman için auxiliary winding voltajından daha düşük seçmelisiniz ki, entegreniz dediğim gibi her zaman auxiliary winding kısmından kendini besleyebilsin.
Auxiliary winding ana trafonun, primer tarafında yada çıkış tarafında olabilir fakat dikkat etmeniz gereken bu sarımın izolasyona gereksinimi olup olmayacağı ve diğer yanındaki sargıların izolasyonunu etkilemiyecek şekilde dizayn edilmesi gerektiğidir. Trafo, nüve sarım tekniklerinden nasıl dizayn edilmesi gerektiği hakkında fikir edinebilirsiniz.
Auxiliary winding ana trafonun, primer tarafında yada çıkış tarafında olabilir fakat dikkat etmeniz gereken bu sarımın izolasyona gereksinimi olup olmayacağı ve diğer yanındaki sargıların izolasyonunu etkilemiyecek şekilde dizayn edilmesi gerektiğidir. Trafo, nüve sarım tekniklerinden nasıl dizayn edilmesi gerektiği hakkında fikir edinebilirsiniz.