ESP32-C3 ile Dijital Ayarlı/Göstergeli OCP/OVP Korumalı Laboratuvar Güç Kaynağı Projesi

[Mr_YAMYAM]

Üstat sizin hesabı anlatırmısın ben şimdiye kadar hep yazdığım gibi hesapladim. Sizin hesap şekliniz nasıl

Anlatayım dilim döndüğünce.
AC15V un efektif değeri zaten 15V tur. Yani AC15V ta olan peak değerleri etkin değer olarak hesap edemezsin.
Örneğin. 15V AC ile çalışan bir motor devreden 10A çekiyorsa 15X10=150W dersin. AC deki peak değerleri de hesaba katmazsın.
Ancak arkadaşların yanılgıları şudur.
AC 15V un peak değeri olan 21V u efektif değer gibi kabul ederek hesaplamaları bu yönde yapmaları büyük yanılgıdır.
Doğrultma sonucunda ana kondansatör peak gerilimi kadar dolacağı için çıkışta yük yoksa bu değer ana kondansatör üzerinde 21V olarak okunur. Bu değer geçici bir değerdir. En küçük yükte dahi düşecektir. Ancak 15V AC RMS nin değeri asla düşmez. Çünkü bu efektif değerdir ve gerek AC de gerekse DC de doğrudan güç formülünde esastır.
TRAFO GÜÇ ve AKIMI.
3000W/15=200A
Bu değer trafonun sekonderinin 200A akım verebilme kabiliyeti olduğunu ifade eder. Daha fazla akım çekilmesi halinde gerilim düşümü oluyorsa bu normal olup, oranı trafonun yapım kalitesi ile doğrudan ilgilidir.
Biz testte 100A çektik. (amaç transistörlerin ısınmasını ve tahammülünü ölçmek)
100A için güç harcanması ve hesaplamaları.
15V (artı nabazan-ripple) -13.8V =1.2V transistörler üzerinde düşen ve LM317 nin çalışması için gereken gerilimdir. Ayrıca ripple ölçümleri yapılmasa da kabaca 5Vpp ripple oluşumu varsayılırsa...
5/2=2.5VX0.707=1.7V daha eklenebilir.
1.2V+1.7=2.9V giriş/çıkış gerilim farkı.
2.9X100A=290W transistörler üzerinde düşen gerilim. 10 Adet transistörün toplam güç harcaması 2500W demiştim. Bu gücü rahatlıkla karşılar.
https://alltransistors.com/adv/pdfview.php?doc=mj15003_mj15004.pdf&dire=_onsemi

Transistörler üzerinde toplamda 290W harcanıyorsa yuvarlak hesap 300W diyek..
3000W/300W=%10 oransal kayıp.
Yani 3000W lık sistemde %10 luk bir kaybımız varsa yaklaşık %90 lık bir verimimiz var demektir. Bu da böyle bir güç kaynağının genel olarak %90 verimle çalıştığını ifade eder.
Diyotlar ile ilgili dedikodular.
Diyotlar belli bir gerilimden sonra devreyi açan anahtarlar gibidir. Anahtar gerilimi silisyum teknolojisi için 0.7V denilse de bu her daim geçerli değildir.
Bahsettiğin üzere 100A de diyotlar üzerinde 2V gerilim düşümü olsaydı 2X100=200W güç harcanması demekti ki, bu diyotları soğutabilmek için tabiri caizse EŞEK kadar soğutucu kullanılması gerekirdi.
Bu hesaplamalar teorik de olsa gerçek hayatta aşağı yukarı eşdeğer olacaktır. Eşdeğer olmaması durumunda verilerin yanlış olduğu gerçeğini kabul etmeliyiz.
Ben 50-100A lik bir SMPS ile bu kadar verimli bir güç kaynağına rastlamadım. Rastlayan arkadaşlar varsa ölçümler ile konuya müdahil olabilirler.

 

[TA3UIS]

Devre şemasını KiCad ile en baştan daha düzenli ve anlaşılır bir şekilde çizmeye çalıştım.

Çıkış Aralığı: 0-30V Voltaj ve 0-5A Akım ayarı (Lineer).
Dijital Kontrol Kontrol: ESP32 ve 3.5" ST7796 TFT Dokunmatik ekran üzerinden PWM referanslı kontrol.
Kademe Seçimi: 3 kademeli otomatik trafo sargı seçimi (Röle kontrollü).
(Yeni) Emniyet Katı: LM393 karşılaştırıcı tabanlı, tristör kilitli donanımsal aşırı akım (OCP) ve aşırı voltaj (OVP) koruması.


Çalışma Prensibi ve Katların Detayları
1. AC Giriş, Otomatik Kademe ve Soft-Start Kat ı:
- Ana trafodan 12V, 24V ve 34V olmak üzere 3 farklı voltaj sargısı alınıyor. Devre ilk açıldığında varsayılan olarak K1 ve K2 röleleri pasif (NC konumunda) bekliyor. Bu durumda en düşük sargı olan AC_12V hattı devrededir.
- Çıkış voltaj talebi arttıkça ESP32, PIN_K1_KADEME ve PIN_K2_KADEME pinleri üzerinden sırasıyla K1 ve K2 rölelerini NO (Normalde Açık) konumuna çekerek AC_24V ve AC_34V sargılarını devreye alır. Bu sayede ana güç transistörlerinin (2SC5200) üzerinde düşen gerilim ve ısı kaybı minimumda kalır.
- Giriş hattındaki K3 rölesi ve paralelindeki R3 (39 Ohm 5W) taş direnci ise Soft-Start görevi görür. Cihaz ilk enerjilendiğinde 10.000uF filtre kondansatörünün şebekeden ani akım çekmesini engellemek için akım önce R3 direnci üzerinden akar. Kondansatör dolduğunda ESP32 K3 rölesini çeker, direnci bypass eder ve hattı doğrudan D1 Köprü Diyotuna bağlar.

2. Doğrultucu ve Şönt Direnç Dağıtımı
- Köprü diyotta doğrultulan gerilim C1 (10.000uF) kondansatöründe filtrelenerek lineer kat için +V_HAM DC voltajını oluşturur.
- Devrenin eksi dönüş hattına 5 adet paralel bağlı 0.47 Ohm 5W taş direnç (Şönt grubu) var. Bu direnç bloğunun köprü diyot tarafı devrenin ana şasesi olan GND, klemens çıkış tarafı ise analog şase olan -VDC hattına bağlıdır. Çıkıştan akım çekildikçe bu şönt dirençlerin iki ucu arasında AMP_AKIM_IN noktasında milivolt sinyali oluşur.

3. Analog Ölçüm ve Feedback (Geri Besleme) Katı
- Şönt dirençler üzerinde oluşan bu sinyal, LM358 (U5A) op-amp katına girer. LM358, non-inverting (evirmeyen) yükseltici olarak belirledim ve direnç oranlarıyla sinyali tam 7.2 kat civarı büyüterekl PIN_AKIM_OKU sinyali üretir. Bu sinyal ESP32'nin ADC pinine aktarılır ve kod içerisinde çözülerek ekrana yansıtılır.
- Çıkışın tam klemens uçları (+VDC ve -VDC) arasına ise R22 (8.2k) ve R23 (1k) dirençlerinden oluşan bir voltaj geri besleme köprüsü var. Buradan alınan V_FB sinyali doğrudan LM324 (U4A) voltaj kontrol op-amp'psına gider.

4. Regülasyon ve Güç Çıkış Katı
- ESP32, girilen hedef değerleri PWM sinyali olarak RC filtresine gönderir ve filtre çıkışında oluşan 0-3.3V referans voltajları LM324'ünün girişlerine iletilir.
- LM324 (U4A), ESP32'den gelen referans ile klemenden dönen V_FB sinyalini sürekli kıyaslar ve çıkışındaki VOLTAJ_SURUCU hattı üzerinden BD139 (Q5) sürücü ve 2SC5200 (Q6) ana güç transistörünü kontrol eder. Yük altında çıkış voltajının sabit kalması tamamen bu analog döngüyle sağlanır.
- LM324'ün diğer kapısı olan U4B ise AMP_AKIM_IN hattını dinleyerek donanımsal olarak akım sınırlandırmasını (CC modunu) yürütür. Acil bir durumda ESP32'den gelen PIN_MUTE_CONTROL sinyali Q4 (BC537) transistörünü tetikler ve op-amp referansını sıfıra çekerek çıkışı saliseler içinde kapatır.

5. LM393 Donanımsal Emniyet Kilidi
- Yazılımdan tamamen bağımsız ve paralel çalışan bu güvenlik katında, LM393 (U6B) karşılaştırıcısı, LM358'in ürettiği temizlenmiş PIN_AKIM_OKU sinyalini trimpotla ayarlanan AKIM_KORUMA_ESIGI ile kıyaslar.
- Çıkışta ani bir kısa devre veya aşırı akım oluştuğu an LM393 çıkış vererek BT169D (Q8) tristörünü tetikler. Tristör arıza durumunu kendi üzerinde kilitler, Q7 transistörünün base tetik akımını keser ve böylece çıkıştaki K4 emniyet rölesi açılarak REGULELI_GUC_HATTI nı klemenden fiziksel olarak ayırır. Sistem, fiziksel reset butonuna basılana kadar çıkış vermez.

6. ESP32 ile yönetim
- ESP32, komutları PWM ile analog kata bildirmek ve ADC üzerinden akım/voltajı okuyup ekrana basar.
- Rölelerin 15ms-35ms lik mekanik ark bekleme sürelerinde işlemci delay komutlarıyla kilitlenmeyecek şekilde ayarladım, arka planda dokunmatik paneli taramaya ve ekranı kesintisiz tazeler


Hatalar eksiklikler olabilir, vardır, söylerseniz düzeltmeye çalışırım.