AC-DC Dönüştürücüler Nedir ?

AC – DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER NEDİR ?

AC-DC Dönüştürücüler nedir ? AC-DC dönüşümü nasıl olmaktadır ? AC-DC dönüşüm mantığı nasıl çalışmaktadır ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız AC-DC Dönüştürücüler Nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım.

AC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜ TEMELLERİ

Devreler genellikle boyutu, maliyeti azaltmak veya uygulamaya özel ihtiyaçlar nedeniyle optimum strateji gereği olarak entegre bir AC güç kaynağı gerektirir. Dönüştürme ile ilgili temel kavramları ve mevcut pratik alternatifleri anlamak, başarılı bir tasarıma doğru iyi bir başlangıçtır.

Önce güvenliği sağlamalıyız.AC kaynağı bir elektrik priziyse, uygulamanın güvenli bir şekilde kullanılmasına dikkat edilmelidir.

Bir elektrik prizine herhangi bir şey taktığınızda, kullanılacağı ülkedeki yasal sertifika standartlarına uymalıdır. Bundan daha fazlası, test edilmiş ve sertifikalı olmalıdır.Bu durum ise, güvenli olduğundan, diğer insanlarla etkileşime girmediğinden veya AC ana güç hatlarına gürültüye neden olmadığından emin olmak içindir.

AC/DC Dönüştürücü nedir?

Elektrik gücü, bir salınım sabit voltajında ​​bir yönde akan bir doğru akım (DC) veya bir salınım voltajı nedeniyle ileri ve geri akan bir alternatif akım (AC) olarak iletken teller üzerinde taşınır.

AC, güç taşımada baskın bir yöntemdir, çünkü trafo icadı sayesinde daha düşük dağıtım maliyetleri ve voltaj seviyeleri arasında basit dönüştürme yöntemi de dahil olmak üzere DC’ye göre çeşitli avantajlar sunar.

Uzun mesafelerde yüksek voltajda gönderilen ve daha sonra daha düşük bir voltaja dönüştürülen AC gücü, evlerde daha verimli ve daha güvenli bir güç kaynağıdır.

Konuma bağlı olarak, yüksek voltaj 4kV (kilo-volt) ile 765kV arasında değişebilir.

Bir hatırlatma olarak, evlerde AC şebeke, dünyanın hangi bölgesinde yaşadığınıza bağlı olarak 110V ila 250V arasında değişir.

ABD’de tipik AC ana hattı 120VAC’dir.

Dönüştürücüler, voltajı da değiştiği için alternatif bir akımı, depolandığı ve entegre edildiği indüktörler (L) ve kapasitörler (C) gibi reaktif empedans elemanlarına yönlendirir.

Bu süreç, pozitif ve negatif potansiyellerle ilişkili gücü ayırır.Filtreler, depolanan enerjiyi yumuşatmak için kullanılır ve bu da diğer devreler için bir DC kaynağı yaratır.

Bu devre birçok şekilde olabilir, fakat her zaman aynı temel elemanlardan oluşur ve bir veya daha fazla dönüşüm aşamasına sahip olabilir.Ayrıntılı olarak tartışılmasa da, bir geri dönüş dönüştürücüsü, bir işlemin devrede transformatörün hava boşluğunda depolanan enerjiye bağlı olması nedeniyle ileri bir dönüştürücüden farklıdır.

Bu farkın dışında, aynı temel blokları kullanabilirler.

Giriş Filtreleme Bloğu

Bir giriş filtresi, güç kaynağı anahtarlama elemanlarında üretilen gürültünün şebeke güç kaynağına geri dönmesini önlediğinden önemlidir.

Ayrıca şebeke güç kaynağında olabilecek gürültünün sonraki devrelere girmesini önler.

Filtre 50/60Hz şebeke frekansından geçer ve mevcut olabilecek daha yüksek frekanslı gürültü ve harmonikleri azaltır.

AC-DC dönüştürücünün diğer kısımlarında olduğu gibi, kapasitörler ve indüktörler gibi reaktif elemanlar frekans seçici bastırmada önemli rol oynar.

Kondansatörler DC’yi geçmez ve seri olarak (DC engelleme ‘yüksek geçiş filtresi’ ​​öğeleri olarak) veya paralel olarak (yüksek frekansları dönüştürücüye ulaşmasını önleyerek toprağa bağlamak için) kullanılabilir.

Giriş filtreleme bloğu, tipik olarak, elektrik şebekesindeki yüksek voltaj yükselmelerinin güç kaynağına zarar vermesini önlemek için voltaja bağlı bir direnç veya varistör içerecektir.

ac dc dönüştürücü nedir

Bu, resimde görebileceğiniz üzere girişte diyagonal çizgi bulunan dikdörtgen kutudur.

En yaygın varistör tipi bir metal oksit varistördür (MOV).

Cihazların “gerilim gerilimi” üzerindeki herhangi bir voltaj, MOV’un iletken olmasına, yüksek voltaj yükselmesini önler ve dalgalanmayı bastırır.

Doğrultma/Düzeltme

En basit AC/DC dönüştürücüler, giriş filtrelemesini izleyen ve daha sonra DC üretmek için bir doğrultucuya geçen bir transformatörden oluşur.

Bu durumda, transformatörler DC’den geçmediği için transformatörden sonra düzeltme gerçekleşir. Bununla birlikte, birçok AC/DC dönüştürücüsü, daha küçük transformatör gereksinimlerinin avantajları ve ana güç kaynağına geri gönderilen daha düşük gürültü nedeniyle resimde gösterildiği gibi daha sofistike, çok aşamalı dönüşüm topolojileri kullanır.

Doğrultucular, diyotlar gibi akımı yalnızca bir yönde koşullu olarak ileten yarı iletken cihazlar kullanılarak uygulanır.

Daha sofistike yarı iletken doğrultucular tristörleri içerir.Silikon kontrollü doğrultucular (SCR) ve alternatif akım (TRIAC) için triyot, küçük bir voltajın daha büyük bir voltaj ve akımın akışını kontrol edebileceği bir röleye benzer.

Bu çalışma şekli, yalnızca kontrol eden bir “kapı” bir giriş sinyali tarafından tetiklendiğinde yürütülür. AC dalga formu akarken cihazı doğru zamanda açıp kapatarak – bir DC ayırımı oluşturmak için akım yönlendirilir.

Bunu yapmak için birçok devre vardır, sinyaller, faz çeyreklerini tristörlerin açık veya kapalı olarak ayarlayan kontrol sinyalleri olarak kullanılan AC dalga formundan çıkarılmıştır.

Yüksek verimli güç kaynakları, bu devrelerde anahtar olarak MOSFET gibi aktif cihazları kullanabilir. Daha karmaşık olan topolojileri kullanmanın nedeni genellikle verimliliği artırmak, gürültüyü azaltmak veya bir güç kontrolü gibi davranmaktır.

Diyotlar, yürütüldükleri zaman içlerinde gerçek bir voltaj düşüşüne sahiptir.Bu, güçlerin içlerinde dağılmasına neden olur, ancak diğer aktif elemanlar çok daha düşük düşüşe ve dolayısıyla daha düşük güç kaybına sahip olabilir.

SCR ve Triyak devreleri, resimdeki ışık kısıcı örneği gibi düşük maliyetli güç kontrol devrelerinde özellikle yaygındır – giriş şebekesi değiştikçe yüke verilen akımı doğrudan yönlendirmek ve kontrol etmek için kullanılır.

Bu uygulamaların devrede bir transformatör olmadığında galvanik olmadığını unutmayın – sadece doğrudan şebekeye bağlı ışık kontrolü gibi uygun devrelerde yararlıdır.Ayrıca, sadeliğin ve sağlamlığın gerekli olduğu yüksek güçlü endüstriyel ve askeri güç kaynaklarında da kullanılırlar.

Güç Faktörü Düzeltmesi (PFC)

Bu, bir dönüştürücünün anlaşılması gereken en karmaşık yönüdür.PFC, optimum güç faktörünü korumak için voltaj dalga formuna çekilen akımın göreceli fazını düzelterek bir dönüştürücünün verimliliğini artırmak için önemli bir unsurdur.

Bu, dönüştürücünün şebeke güç kaynağına sunabileceği ‘reaktif yük’ özelliklerini azaltır.Bu, yüksek kaliteli, verimli elektrik ağlarının ve elektrik tedarik şirketlerinin korunması için önemlidir, hatta zayıf güç faktörlerine sahip müşterilere özel reaktif akım tarifeleri uygulayabilir.Pasif veya aktif PFC, faz ilişkilerini düzeltmek için aktif elemanların mı yoksa pasif elemanların mı kullanıldığını ifade eder.

Yarıiletken PFC, PFC devresini aktif olarak izlemek ve ayarlamak için özel olarak tasarlanmış entegre denetleyicilere sahip özel amaçlı IC’lere başvurabilir, bileşen sayısını azaltır ve daha yüksek performans elde ederken genel tasarımı basitleştirir.

Aşırı/düşük voltaj koruması, aşırı akım koruması, yumuşak başlatma ve arıza tespiti/yanıtı gibi diğer işlevleri de içerebilirler.

Yukarıdaki resimde gösterilen dönüştürücü, tek aşamalı bir PFC dönüştürücüsüdür.

Bu bölümdeki kapasitör, dengesiz enerjiyi titreşimli giriş gücü ve sahnenin nispeten sabit çıkış gücü arasında depolamak için kullanılır.

İki aşamalı PFC dönüştürücüler, dönüşüm verimliliği üzerinde zararlı bir etkiye sahip olan evrensel güç kaynaklarında aldığınız depolama kapasitörü boyunca geniş bir voltaj aralığını işlemek zorunda olmadıkları için yaygın olarak kullanılır.

Ayrıca kapasitör boyutunda daha iyi ödünleşimler sunabilirler ve bu da maliyeti düşürmeye yardımcı olabilir.

Güç kademesi

Güç kademesi, transformatör üzerinden birincil taraftan ikincil tarafa verilen gücü kontrol eder. Yüzlerce kHz’de olabilen yüksek frekansta geçiş yapan aktif bir anahtarlama cihazından oluşur.

Anahtar AÇIK / KAPALI durumu, yüke dinamik olarak iletilmesi gereken güç miktarına bağlı olarak değişen bir darbe genişliği modülasyonu (PWM) girişi tarafından kontrol edilir.Bu bilgi, dönüştürücünün yalıtım gereksinimlerini karşılayan bir dizi teknikle iletilebilen ikincil taraftan bir geri bildirim yolu ile elde edilir.

Daha yüksek frekans anahtarlama, daha küçük bir transformatör gereksinimi ile sonuçlanarak boyut ve maliyeti azaltır.

Transformatör

Bir transformatör, elektromanyetik indüksiyon ile birbirine bağlanan ortak bir çekirdek üzerine sarılmış tellerden oluşur.Bu, endüktif kuplajın doğrudan bağlantıdan çok daha güvenli bir senaryo olan şebekeyi bir sonraki devreden ayırdığı için ‘çevrim dışı’ dönüşüm olarak adlandırılan yüksek voltaj (şebeke) kaynaklarına bağlanırken önemlidir.

‘Galvanik izolasyon’ adı verilen doğrudan bakır devre yerine elektromanyetik alanla yapılan bu bağlantı, transformatörlerin manyetik alan akı hatlarında depolanan enerjiye elektrik çarpmasına veya tehlikeli kıvılcım deşarjına neden olabilecek maksimum enerjiyi kısıtlar.

Transformatörün enerji depolayabilme kabiliyeti (boyut ve malzeme ile ilgili), dönüştürücü tasarımında, transformatörün değişen yük koşullarında istenen voltaj potansiyelini korumak için ne kadar iyi enerji sağlayabileceğini belirlediği için önemli bir husustur.

Transformatör teorisinin ve çalışmasının ayrıntıları burada bulunabilir.

Resimde, mimarinin doğasında bulunan bir mıknatıslanma akımı nedeniyle transformatörün manyetikliğini gidermekle ilişkili ‘Mag Amp Sıfırlama’ adlı bir bloğa sahiptir.Bu olmadan, çekirdek malzemenin kalıntısı, güç aşaması PWM’nin birkaç döngüsünde onu doyurur.

Bu eğitimde kapsam sizin için çok karmaşık olsa da, bu ek devre dönüştürücü devre şemalarını incelerken çok kafa karıştırıcı olabilir ama neden gerekli olduğunu bilmek faydalıdır.

Manyetikliği gidermek için bir dizi teknik vardır, en basit olanı güç kademesi anahtarı kapalı olduğunda manyetikliği giderici bir akım diyotu ayrı bir yardımcı sargı yoluyla geri besler.Bu devre maksimum PWM görev döngüsünü% 50 ile sınırlar, ancak daha yüksek görev döngülerini sağlamak için daha karmaşık yöntemler kullanılabilir.

Transformatörler veya diğer galvanik izolasyon yöntemleri (optokuplörler gibi) sıklıkla birincil ve ikincil taraflar arasındaki bilgi sinyallerini iletmek için kullanılır.

Bu, dönüştürme işleminin daha karmaşık kontrolünü kolaylaştırmak için gereklidir – birincil tarafa yerleştirilmiş bir kontrol devresinin ikincil yan yükün durumuna yanıt vermesini ve daha düşük gürültü ve daha yüksek verimlilik elde etmek için akımı nasıl yönlendirdiğini dinamik olarak değiştirmesini sağlar.

Çıkış Devreleri

Filtreleme bölümünde belirtildiği gibi, kapasitörler ve indüktörler gibi pasif reaktif (depolama) elemanlardaki elektrik alanları enerji depolar.Şarj düzeltmesinden sonra kullanıldığında, alternatif giriş gücü çevrimi sırasında bir enerji rezervuarı görevi görürler.

Bu, enerji depolaması bir kaynak olarak hareket ettiğinden, değişken yük koşullarında sabit bir çıkış voltajı sağlayan bir dönüştürücüde hayati bir unsurdur.Aktif elemanlar yüke sunulan voltajı ve/veya yüke akan akımı algılar ve negatif geri besleme kontrol döngüsünde, sabit çıkış voltajı seviyesini korumak için bu depolama elemanlarına pompalanan enerjiyi ayarlamak için bu bilgileri kullanabilirsiniz.

Bu işlemde, geniş düzenleme konsepti altında belirtilen depolama elemanlarına akan akımı açmak ve kapatmak için aktif elemanlar kullanır.

Regüle Etme

Yükün dinamik empedansından bağımsız olarak bir yük devresine sunulan sabit bir voltaja ihtiyacımız vardır.Bu olmadan, aşırı veya düşük voltaj koşulları oluşabilir, bu da sahte devre davranışına veya hatta devre hasarına yol açabilir.

Bu özellikle, besleme voltajlarının nominal değerin yüzde birinden oluşan bir pencerede sıkı bir şekilde kısıtlanması gereken düşük voltajlı dijital elektronikler için geçerlidir.

Bir AC/DC dönüştürücünün sıkıca kontrol edilen bir çıkış voltajı penceresi elde etme yolu, düşük empedanslı reaktif depo kaynağında depolanan enerjiyi koşullu olarak kontrol etmektir.

Güç çıkışı zamanla değiştiğinde voltaj çıkışı zamanla değişecektir.

Voltaj Kontrol Modu

Regülasyon devresi çıkış voltajını algılar, bir hata fonksiyonu oluşturmak için referans voltajıyla karşılaştırır.

Hata sinyali, çıkışı istenen seviyeye yaklaştırmak için anahtarlama oranını değiştirir.Bu en basit kontrol yöntemidir.

Akım Kontrol Modu

Hem çıkış gerilimi hem de indüktör akımı algılanır ve kombinasyon, görev döngüsünü kontrol etmek için kullanılır.

Bu iç ‘akım algılama döngüsü’ yük değişimine daha hızlı tepki süresi sağlar, ancak voltaj kontrol modundan daha karmaşıktır.

Regülasyon elemanını kontrol yönteminin üstünde ve daha da karmaşık hale getiren bir dönüştürücünün bir komütasyon döngüsü olarak hareket etme şekline sürekli veya süreksiz bir çalışma şekli denir.

Sürekli çalışma modu, indüktör akımının asla sıfıra düşmediği moddur (dönüştürücü topolojisinde bir tane varsa).

Bu, daha düşük bir çıkış dalgalanması ve dolayısıyla daha düşük gürültü çalışma modudur, ancak indüktör her zaman ilettiği için, ideal olmayan seri iletim kayıplarında her zaman bir miktar enerji yayar.

Süreksiz modda, indüktör akımının sıfıra gitmesine izin verilir ve yükün depolama kapasitörlerinden enerji elde etmesine neden olur.Bu daha yüksek bir çalışma modudur, ancak potansiyel olarak daha fazla dalgalanma ve daha zayıf düzenleme kontrolüne sahiptir.

Konvertör Çeşitleri

Kısaca değinildiği gibi, topolojileriyle ilgili, geri dönüş ve buck-geri dönüş mimarileri dahil olmak üzere çeşitli dönüştürücü türleri vardır.Bunlar, transformatörleri içerdikleri, düşük bileşen sayısına sahip oldukları ve diğer seçeneklere göre düşük maliyetli olabildikleri için yaygın topolojilerdir.

Geri dönüş dönüştürücüleri, indüktör bir transformatör ile değiştirilen bir yükseltme dönüştürücüsüdür (yukarı adım/aşağı adım).

Transformatör içindeki depolanan enerji, sekonder bir aktif veya pasif doğrultma devresi aracılığıyla iletişim kurmak için kullanılır.

En yaygın geri dönüş dönüştürücüsü tipi, süreksiz mod (DCM) kullanır – transformatördeki akım sıfıra düşer – tipik olarak en basit kontrol döngüsüne ve en düşük maliyete sahiptir.

Daha yüksek güç seviyeleri için sürekli akım modu (CCM) geri dönüş dönüştürücüler gereklidir, ancak sürekli iletkenlik nedeniyle daha yüksek transformatör sargı kayıplarına neden olur.

Birçok güç kaynağı, yük seviyesine bağlı olarak modlar arasında geçiş yapar.

AC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER NEDİR SONUÇ :

Bugün AC-DC Dönüştürücüler Nedir adlı yazımızla karşınızdaydık.Umuyorum faydalı birtakım bilgiler edinmişsinizdir.

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.