Hiçbir elektronik devre veya cihaz, kendisine enerji verecek güç olmadan çalışamaz. Bir devrenin farklı güç koşulları altındaki davranışını gözlemlemek, ürün mühendisliği döngüsünün her adımının temel taşıdır.
Bu döngünün merkezinde, mühendislerin tasarımlarına güç sağlamak için ihtiyaç duydukları voltaj ve akımları sağlayan masa üstü güç kaynağı yer alır.
Bu makalede, masa üstü güç kaynaklarının temellerini, karakteristik özelliklerini ve dahili olarak nasıl çalıştıklarını öğrenin.
Masa üstü güç kaynağı nedir?
Masa üstü güç kaynağı, davranışını gözlemlemek için test edilen bir cihaza (DUT) belirli bir doğru akım (DC) veya DC voltajı sağlayan bir güç kaynağıdır. Mühendisler ve kendin yap (DIY) hobicileri, devreleri ve cihazları tasarlarken, test ederken ve hata ayıklarken sıklıkla Masa üstü güç kaynaklarını kullanırlar.
Çoğu elektronik mühendisinin ve hobicinin laboratuvar masalarında hem profesyonel hem de hobi amaçlı kullanım için bir tane bulma ihtimaliniz yüksektir. Diğer yaygın adları arasında masa üstü DC güç kaynağı, laboratuvar güç kaynağı ve DC masa güç kaynağı bulunur.
Bir mühendis ya da hobi sahibi için tüm bu isimler tipik olarak bir aleti çağrıştırır:
- şebeke alternatif akım (AC) kaynağına takılan ve sabit bir DC voltajı veya akımı veren bir AC-DC dönüştürücüdür
- uygun laboratuvar masası kullanımı için uygun nispeten kompakt bir form faktörüne sahiptir
- voltaj ve akımı ayarlamak için kolayca erişilebilen ön panel kontrollerine sahiptir
- çıkış uçlarını takmak için ön panelde banana fiş soketleri sağlar
- ayarlanan voltaj ve akımı bir LED ekran veya LCD ekran panelinde görüntüler
- yerleşik güvenlik ve koruma özelliklerine sahiptir
Masa üstü güç kaynaklarının diğer güç kaynaklarından farkı nedir?
Masa üstü güç kaynakları sadece bir tür DC güç kaynağıdır. Diğer DC güç aletleriyle nasıl karşılaştırıldıklarını görelim:
- Otomatik test ekipmanı (ATE) güç kaynakları: ATE güç kaynakları, üretim ölçeğinde otomatik testler içindir. Masa üstü güç kaynaklarının aksine, genellikle raflarda tutulur, diğer ATE'lere bağlanır ve uzaktan programlanırlar. Bu nedenle, özellikleri daha çok bağlantı ve programlanabilirliğe odaklanırken, masa üstü sarf malzemeleri kullanılabilirlik ve rahatlığa odaklanır. Ayrıca, ATE güç kaynakları programlanan dizilere ayak uydurmak için çok daha hızlı yerleşir. Bununla birlikte, nispeten hızlı yerleşme sürelerine sahip programlanabilir masa üstü güç kaynakları da vardır.
- Kaynak sayaçları: Kaynak sayaçları da güç kaynağı işlevselliğine sahip masa üstü cihazlardır. Ancak masa üstü güç kaynaklarının aksine, dijital multimetrelerin ve elektronik yüklerin işlevselliğini içerirler. Güç sağlarken aynı anda voltaj veya akım ölçebilirler. Ayrıca elektronik yük olarak hareket edebilirler ve kaynak ve batma modları arasında hızla geçiş yapabilirler. Yerleşme süreleri son derece hızlıdır.
- Güç analizörleri: Güç analizörleri de güç kaynağı özelliklerine sahip masa üstü cihazlardır. Ancak bir güç analizörü osiloskop, keyfi dalga formu jeneratörü, multimetre, güç ölçer, elektronik yük ve veri kaydedici özelliklerini içerir. Ayrıca, AC güç analizörleri DC kadar yaygın olsa da, AC Masa üstü güç kaynakları nispeten nadirdir. Mühendisler "masa üstü güç kaynağı" ifadesini duyduklarında çoğu bunun DC olduğunu varsayar.
Bir masa üstü güç kaynağında hangi özellikler önemlidir?
Masa üstü güç kaynakları çok çeşitli özellikleri, fiyatları, performans kabiliyetlerini ve doğruluk seviyelerini kapsar. Bu bölümde, piyasadaki masa üstü güç kaynakları serisinde bulunan yetenekleri ve özellikleri açıklıyoruz.
1- Ayarlanabilir çıkış gerilimi ve çıkış akımı
Ön panel düğmeleri aşağıdaki besleme parametrelerini ayarlamanızı sağlar:
- desteklenen voltaj aralığı dahilinde DUT'a beslenecek sabit voltaj
- maksimum ve minimum voltaj aralığı
- Desteklenen akım aralığı dahilinde DUT'a beslenecek sabit akım
- maksimum ve minimum akım aralığı
Sabit voltaj modunda, ayarlanabilir bir güç kaynağı belirlenen voltajı sabit ve kararlı bir seviyede verir. Dijital ekranda, ayarlanan voltajı ve herhangi bir anda çekilen amperi gösterir.
Sabit akım modunda, güç kaynağı voltajı sürekli ayarlayarak DUT tarafından belirtilen akımın çekilmesini sağlar. Ekranında, ayarlanan akım seviyesini ve herhangi bir anda itilen voltları gösterir.
Maksimum ve minimum seviyeler DUT'un korunmasını sağlar ve daha sonra tartışılacaktır.
Voltaj kontrolünün bir başka yönü de polaritedir. Bunu değiştirmek için bir diyotu ileriden ters önyargıya geçirirken bir kullanım durumu vardır. Çoğu değişken güç kaynağı tek kutupludur, yani pozitif terminalleri negatif terminallerinden daha yüksek voltajlardadır. Ters polarite için, DUT'a giden bağlantıları manuel olarak ters çevirmeniz gerekir. Bununla birlikte, bazı güç kaynakları iki kutupludur, yani DUT'a bağlantıları yeniden kablolamadan kutuplarını dahili olarak tersine çevirebilirler.
Otomatik ayarlı masa üstü güç kaynakları nedir?
Otomatik ayarlanan bir güç kaynağı, voltajını ve akımını yükün gereksinimlerine uyacak şekilde otomatik olarak ayarlar. Bu, güç kaynağının manuel ayarlamalar olmadan çok çeşitli voltaj ve akım kombinasyonları sağlamasına olanak tanır.
Ayarlanabilir voltaj ve akım, çeşitli elektronik uygulamalar için bir masa üstü güç kaynağının çok yönlülüğüne nasıl katkıda bulunur?
Sabit voltaj modunu kullanarak, bir güç kaynağı bir cihazın duvar adaptörü gibi davranabilir ve DUT'un şebekeye bağlı olduğunu düşünmesini sağlayabilir.
Bazı kullanım durumları için sabit akım gereklidir. Örneğin:
- Işık yayan diyotlar (LED'ler) ve lazer diyotlar: LED'ler ve yarı iletken lazer diyotlar sabit akım güç kaynağı gerektirir.
- Pil şarjı: Sabit akım için bir başka kullanım alanı da akü şarj devrelerinin test edilmesidir. Bir pilin şarj edilmesi, sabit bir akım beslemesini ve ardından sabit bir voltaj beslemesini içerir. Güç kaynakları, çıkış listeleri veya programlanabilirlik gibi özelliklerle bu tür karmaşık dizileri taklit edebilir.
2. Hat ve yük regülasyonu
Hat regülasyonu, bir masa üstü güç kaynağının AC giriş voltajı dalgalanırken, yükselirken veya gürültü ve geçici akımlar içerirken bile sabit bir çıkış voltajını koruma yeteneğidir.
Yük regülasyonu, DUT'un yükü ve giriş akımı çekişi değişirken sabit bir çıkış voltajını koruma yeteneğidir.
Voltaj regülasyonu bir masa üstü güç kaynağının performansında nasıl önemli bir rol oynar?
Mükemmel hat ve yük regülasyonu, bir masa üstü güç kaynağının temel işlevselliği için gereklidir. Sabit ve kararlı bir voltajı ancak regülasyon devresi hızlı geçişleri algılayabilir ve bunları hızla telafi edebilirse koruyabilir.
Hat ve yük regülasyonu nasıl ölçülür?
Yük ve hat regülasyonu, ayar noktasından uzaktaki voltaj değişikliklerine göre ölçülür ve ayar noktası değerinin yüzdesi olarak belirtilir. Örneğin, %0,01, kaynağın tüm koşullar altında çıkış voltajını ayar noktasının ± %0,01'i dahilinde tutabileceği anlamına gelir.
3- Maksimum güç
Bir masa kaynağının DUT'lara itebileceği güç, çeşitli kullanım durumlarına hitap etmek için düşükten yükseğe kadar değişir. Örneğin, Keysight E36150 yüksek güç kaynakları, otomotiv akü testi gibi yüksek akımlı uygulamalar için 800 watt (W) ve 60 ampere kadar güç sağlayabilir. Buna karşılık, 30 W E36102B düşük güçlü DC analog ve dijital devreler için uygundur.
4. Düşük dalgalanma ve gürültü ile kararlı voltaj
Dalgalanma, sinüzoidal AC giriş voltajını sabit bir DC voltajına doğrulturken kondansatörün boşalması gibi masa kaynağının dahili olayları nedeniyle çıkış voltajındaki periyodik bir düşüştür.
Şekil 1. Çıkış gerilimindeki dalgalanma.
Gürültü, giriş hattındaki gürültü ve ortamdaki elektromanyetik olaylardan kaynaklanan gürültü nedeniyle çıkış geriliminde meydana gelen rastgele küçük dalgalanmalardır. İyi besleme kaynakları çok düşük dalgalanma ve gürültüye sahip olmalıdır. Bunlar aşağıdaki parametreler aracılığıyla belirlenir:
- milivolt cinsinden maksimum tepeden tepeye gerilim farkı
- milivolt veya mikrovolt cinsinden dalgalanma ve gürültü sinyallerinin maksimum kök ortalama kare voltajı
- mikroamper veya miliamper cinsinden dalgalanma ve gürültü nedeniyle kök ortalama kare akım
Dalgalanma ve gürültü test edilen elektronik bileşenleri nasıl etkiler?
Dalgalanma ve gürültü, dijital sinyallerdeki küçük yanlışlıklardan hassas cihazlarda ve aşağıdaki gibi bileşenlerde önemli arızalara kadar her şeye neden olabilir:
- analogdan dijitale dönüştürücüler
- yüksek kaliteli ses devreleri
- düşük gürültülü amplifikatörler
- radyo frekans devreleri
- di̇ji̇tal bi̇leşenleri̇
Düşük dalgalanma ve gürültüye ek olarak, çoğu güç kaynağı şasi toprağından izole edilmiş terminallere sahiptir. Bu, hat gürültüsünü ve toprak döngülerini azaltır.
5. Programlanabilirlik
Programlanabilirlik, güç kaynaklarının karmaşık güç dizilerini taklit etmesini sağlar. Programlanabilir bir güç kaynağı, hem çıkış listeleri gibi cihaz üzerinde kullanım arayüzü özelliklerini hem de programlama dilleri kullanılarak uzaktan programlanabilirliği destekler.
6. Güvenlik ve koruma özellikleri
Masa üstü güç kaynakları aşağıdaki gibi bazı temel güvenlik ve koruma özelliklerine sahip olmalıdır:
- Aşırı gerilim koruması: Maksimum voltaj, DUT'yi yüksek voltajlardan korur.
- Aşırı akım koruması: Maksimum akım, DUT'yi çok fazla amper çekmekten korur. Örneğin, kısa devre olması durumunda bu durum meydana gelebilir.
- Sıcaklık koruması: Güç kaynakları, yüksek akım çekimi nedeniyle iç sıcaklıklarının çok yüksek olup olmadığını algılamalı ve kapanmalıdır.
- AC giriş ani yükselmeleri ve dalgalanmaları: Güç kaynakları kendilerini ve DUT'ları AC şebeke hattındaki ani yükselmelerden ve dalgalanmalardan korumalıdır.
Masa üstü güç kaynakları, iç tasarımlarına bağlı olarak iki türden biri olabilir:
- doğrusal DC güç kaynakları
- anahtarlamalı DC güç kaynakları
Doğrusal güç kaynakları
Şekil 2. Doğrusal bir güç kaynağının blok diyagramı.
Doğrusal bir besleme aşağıdaki gibi çalışır:
- Bir düşürücü transformatör sinüzoidal şebeke AC gerilimini daha düşük bir gerilime düşürür.
- Bir doğrultucu devresi bunu yarı sinüzoidal bir DC gerilimine dönüştürür.
- Kapasitif filtre devreleri dalga şeklini düz bir DC'ye (biraz dalgalanma ile) değiştirir.
- Voltaj ve akım regülatör devreleri sabit voltaj veya akım sağlar.
Anahtarlamalı güç kaynakları
Bir anahtar modlu güç kaynağı aşağıdaki gibi çalışır:
- Şebeke AC'sini düşük frekanslı, yüksek voltajlı DC'ye doğrultur.
- Kapasitif filtreleme dalgalanmayı ve gürültüyü azaltır.
- Bir anahtarlama devresi, DC'yi yüksek bir frekansta (kilohertz ila megahertz) hızla açıp kapatmak için transistörler kullanır ve DC'yi yüksek frekanslı AC'ye dönüştürür.
- Yüksek frekanslı bir düşürücü transformatör AC voltaj seviyesini düşürür.
- Yüksek frekanslı AC tekrar DC'ye rektifiye edilir.
- Doğrultulmuş DC, dalgalanma ve gürültüyü daha da azaltmak için tekrar filtrelenir.
- Kararlı çıkış gücünü düzenlemek ve korumak için bir geri besleme döngüsü kullanılır.
Doğrusal ve anahtarlamalı masa güç kaynaklarının avantajları ve dezavantajları nelerdir?
Doğrusal kaynakların anahtarlamalı kaynaklara göre avantajları şunlardır:
- Daha düşük gürültü: Önemli ölçüde daha az elektriksel gürültü ve dalgalanmaya sahiptirler.
- Basit tasarım: Daha az bileşen daha yüksek güvenilirlik anlamına gelir.
- Mükemmel regülasyon: Değişken koşullar altında kararlı çıkış gerilimi sağlayabilirler.
- Daha hızlı geçici tepki: Doğrusal beslemeler geçici durumlara daha hızlı yanıt verme eğilimindedir.
- Daha az parazit: Daha az elektromanyetik parazite neden olurlar.
Anahtarlamalı güç kaynaklarının doğrusal olanlara göre avantajları şunlardır:
- Daha verimli ve uygun maliyetli: Yüksek güç seviyelerinde, anahtarlamalı beslemeler daha verimlidir, daha az ısı harcar ve küçük bileşenler nedeniyle daha uygun maliyetlidir.
- Hafif ve kompakt: Yüksek frekanslı çalışma, lineer kaynaklara kıyasla daha küçük ve hafif transformatörlere olanak sağlar.
- Daha geniş giriş voltajı aralığı: Doğrusal transformatörlerin voltajla birlikte daha hantal hale gelmesi gerekirken, daha geniş bir giriş AC aralığını idare edebilirler.
Bir masa üstü güç kaynağı seçerken nelere dikkat etmelisiniz?
Bunlar, bir masa üstü güç kaynağı seçerken göz önünde bulundurulması gereken bazı temel özellikler ve hususlardır:
- Güç, voltaj ve akım aralıkları: Bunlar, kullanım durumunuza uyması gereken üç temel parametredir.
- Dalgalanma ve gürültü: Düşük dalgalanma ve gürültüye, özellikle de DC ayar noktasından maksimum sapma olan maksimum tepeden tepeye gerilime bakın.
- Bilgisayar arayüzleri ve programlanabilirlik: Programlanabilir bir DC güç kaynağına ihtiyacınız olup olmadığını ve karmaşık dizileri taklit etmek için ihtiyacınız olan bağlantı ve programlanabilirliğe sahip olup olmadığını kontrol edin.
- Gerilim ve akım geri okuma: Bazı güç kaynakları, çıkış voltajını ve akımını ölçmek için dahili multimetrelere sahiptir. Geri okuma doğruluğunun kullanım durumunuza uygun olduğunu doğrulayın.
- Ön veya arka çıkışlar: Ön terminaller masa kullanımı için daha uygunken, arka terminaller otomatik kullanım için daha iyidir.
- Çıkış sayısı: Kaynağın tek çıkışlı, çift çıkışlı, üçlü çıkışlı veya daha yüksek çıkışlı olup olmadığını kontrol edin. Daha fazla çıkış, daha karmaşık test dizilerine izin verir ve masa alanından tasarruf sağlar.
- Güvenlik özellikleri: DUT'lara zarar gelmesini önlemek için kaynağın aşırı gerilim, aşırı akım ve sıcaklık korumalarına sahip olduğundan emin olun.
- Kalibrasyon: Zaman içinde optimum performansı korumak için kaynağın kalibrasyon programını kontrol edin.
Masa güç kaynağı - her masa için vazgeçilmez bir araç
Bu makale, güç kaynakları, temel özellikleri, nasıl çalıştıkları ve kullanım durumunuz için doğru olanı seçmek için ipuçları hakkında derinlemesine bir anlayış sağladı.
Keysight, her endüstri kullanım durumuna hitap etmek için çok çeşitli güç kaynakları ve cihazlar üretmektedir. Laboratuvarlarınız veya üretim katlarınız için doğru güç kaynaklarını seçme konusunda rehberlik için bizimle iletişime geçin.
