Her donanım mühendisi yaptığı bir PCB kartında mutlaka bir AC-DC veya DC-DC çevirici kullanmak zorundadır. Dolayısıyla bir donanımcının, anahtarlamalı güç kaynağı (SMPS) tasarımını çok iyi bilmesi gerektiğini düşünüyorum. Bu yüzden bu yazımda bir anahtarlamalı güç kaynağı trafosunun nasıl tasarlanacağının ayrıntılarını vermeye çalıştım.

​

İndeks

​

• Giriş

• Çekirdek (Core) Seçimi

• Çekirdek (Core)  Şekli

• Çekirdek (Core) Boyutu

• Volt-Zaman Ürün (V-µSec) Değeri

• Primer Sarım Sayısı

• Sarım Tur Oranları

• Sekonder Sarım Sayısı

• Primer Endüktansı

• Hava Boşluğu

• Tel (Wire) Boyutu

• Dolgu Faktörü (Fill Factor)

• Çekirdek Kaybı (Core Loss)

• Bakır Kaybı (Copper Loss)

• Sıcaklık Artışı

• Trafo Yapısı

• Elektriksel ölçümler

• Transformatör kalkanı(shielding)

• Kontrol Listesi

• İzolasyon

• Vernikleme ve Vakumlama

​

​

Giriş

​

SMPS (Switch-Mode Power Supply) yani anahtarlamalı güç kaynağı için manyetik bileşenler tasarlamak, modern elektronik tasarımlarının artan talepleri nedeniyle zor olabilir. Aşağıdaki adımları takip etmek, mühendislerin zorlukları aşmalarına ve başarılı bir proje sağlamalarına yardımcı olacaktır.

​

Askeri veya ticari olsun SMPS trafosu tasarımı EMC açısından da çok önem arzetmektedir.

​

/Trafo tsarımı yapılırken ferit nüve ve karkas seçimini çok ayrıntılı bir şekilde anlattığım "Anahtarlamalı Güç Kaynakları(SMPS) İçin Ferit Nüve ve Karkas Seçimi (Bölüm-1)" BLOG' umda yer alan bu makaleyi mutlaka dikkatlice incelemenizi tavsiye ediyorum.\

​

/Trafo tsarımı yapılırken ferit nüve ve karkas seçimini çok ayrıntılı bir şekilde anlattığım "Anahtarlamalı Güç Kaynakları(SMPS) İçin Ferit Nüve ve Karkas Seçimi (Bölüm-2)" BLOG' umda yer alan bu makaleyi mutlaka dikkatlice incelemenizi tavsiye ediyorum.\

​

Blog üyeliği olanlar; 10'larca SMPS parametresini içeren makalelere, BLOG kısmından tam erişim sağlayabilirler. 

​

Ayrıca forum kısmında SMPS ile ilgili üyelerin sorduğu sorular ve cevaplar kısmından birkaç detay daha bulabilirsiniz.

​

Yaklaşık 20 yıldır ayrık(discrete) güç kaynağı tasarımı yaparak veya bazen de zaman ve maliyet sorunundan dolayı hazır modül seçeneklerinin kullanan birisi olarak şunu söyleyebilirim;

​

Güç kaynağı tasarımı, bazı ukala dijital donanım tasarımcılar ve yazılımcılar için basit devreler veya 3-5 komponent gibi görülebilmektedir. Ancak; temelde çok fazla ayrıntı barındıran, çok fazla tecrübe isteyen ve tasarım kabiliyeti gerektiren bir tasarım döngüsü içerir.

 

Çok basit gibi görünen bir güç kaynağının tasarımı ve entegrasyonu bazen 1 seneyi bile geçebilir. Bunu yeni tasarım yapacak mühendislere ve bir güç kaynağı tasarımı yaptıran veya beklentisi içinde olan yöneticilere kabul ettirmekte fayda görüyorum.

 

Tabiki şunu da unutmamak gerekir; tecrübeli bir güç kaynağı tasarım mühendisi, tasarımın ve entegrasyonun ne zaman biteceğini ekstrem durumlar hariç çok iyi tahmin edecektir.

​

Şunu bilelim ki ; EMC/EMI dediğimiz şeyin temeli bile güç kaynağıyla ilişkilidir. Bu yüzden bir güç kaynağı tasarımcısının, aynı zamanda çok iyi bir EMC mühendislik bilgisine sahip olması gerekmektedir.

 

Tüm bu bilgiler ışığında; ayrık (discrete) malzemelerle tasarlanmış olan temel izole bir SMPS için, trafo tasarımı nasıl yapılır? Şimdi bu konuya odaklanalım!

​

Trafo tasarımı, güç kaynağının en önemli ve ilk adımıdır. Trafoyu tasarlamak güç kaynağını tasarlamak anlamına gelir ama trafonun tasarımını güç kaynağının %60' ı olarak değerlendirebiliriz.

 

Bu durumda kalan %40 iş gücü için aşağıdaki adımları sayabiliriz;

​

1. Geri besleme (feed-back) devresi

2. Uzak algılama(remote sense) devresi

3. Soft start

4. Akım transfer oranı ve opto kuplör kullanımı ve seçimi

5. Mosfet ve diyotların seçimi

6. Sönümleme(snubber) devreleri

7. Seçilen topolojinin getirdiği ek devreler

8. Yük altında çalışma yeteneği

9. Giriş filtresi tasarımı

10. Çıkış filtresi tasarımı

11. Kompanzasyon devreleri

12. ON/OFF gibi kontrol devreleri

13. Gerekiyorsa power squencer için kontrol

14. EMI/EMC ortak mod gürültü için filtreler

15. ESD korumaları

16. Surge korumaları

17. Burst korumaları

18. Inrush current korumaları

19. Giriş ve çıkış için akım algılama veya sınırlama

20. Paralel veya seri kullanım için ek devre ve komponentler

21. Redundant veya hot-plug kullanım için ek komponentler

22. Birden fazla SMPS varsa senkronizasyon ve clock kullanımı

23. Gürültü azalmak için ferrite bead kullanımı

24. Soğutma için parametrelerin belirlenmesi ve soğutucu seçimi

25. Gerekiyorsa ferit kelepçe (soft ferrite or ferrite clamp) kullanımı

26. Tümleşik olarak; kutu, kablo ve SMPS PCB board olarak EMC önlemleri

27. SMPS "ON TIME" ayarlanması

28. PCB yerleşim ve montajı

29. PCB ayak izlerinin çok düzgün yapılması

30. Giriş ve çıkış konnektörlerinin seçimi

​

Yukarıda belirttiğim parametreleri açıklamak bir makalende yazılabilecek bir şey değildir.

 

Şimdi SMPS mühendisi olarak bir trafo tasarımı yapmamız gerekmektedir. Bu durumda ilk olarak trafo ile ilgili parametrelere bir göz atalım.

​

SMPS manyetik bileşenlerini tasarlamak için aşağıdaki parametreler gereklidir:

​

1. Giriş Gerilimi Aralığı

2. Çıkış gerilimi

3. Çıkış gücü veya çıkış akımı

4. Anahtarlama frekansı

5. Çalışma modu

6. IC' nin maksimum görev döngüsü / Duty cycle

7. Güvenlik gereksinimleri

8. Ortam sıcaklığı

9. Boyut gereksinimleri

10. İzolasyon

11. Maliyet

12. EMC

​

Bu uzun soluklu makalenin devamına yandaki linkten ulaşabilirsiniz: "SMPS Trafosu Tasarlamaya İlk Adım"

​

/Trafo tasarımı yapılırken ferit nüve ve karkas seçimini çok ayrıntılı bir şekilde anlattığım "Anahtarlamalı Güç Kaynakları(SMPS) İçin Ferit Nüve ve Karkas Seçimi (Bölüm-1)" BLOG' umda yer alan bu makaleyi mutlaka dikkatlice incelemenizi tavsiye ediyorum.\

​

/Trafo tasarımı yapılırken ferit nüve ve karkas seçimini çok ayrıntılı bir şekilde anlattığım "Anahtarlamalı Güç Kaynakları(SMPS) İçin Ferit Nüve ve Karkas Seçimi (Bölüm-2)" BLOG' umda yer alan bu makaleyi mutlaka dikkatlice incelemenizi tavsiye ediyorum.\