Giriş
Bu giriş yazısında, anahtarlama modlu bir güç kaynağındaki bir indüktörün eyleminden bahsedeceğiz. Güç kaynağı tasarımı konusunda yeniyseniz ve bir diyotun neden doğru önyargılı gibi göründüğünü merak ediyorsanız, o zaman büyük ihtimalle bunun nedeni indüktördür. Bu makale tam size göre.
Endüktörleri Anlamak
Başlangıçta, üniversitede hem AC hem de DC devrelerinde indüktörleri inceledik. Bir AC devresinde, indüktöre sinüzoidal bir giriş veririz ve genlik ve fazdaki değişiklikleri gözlemleriz. Bir DC devresinde, bir birim adım girişi sağlarız ve indüktör boyunca akım veya voltajdaki ortaya çıkan değişiklikleri inceleriz.
Ancak anahtarlama modlu bir güç kaynağındaki endüktörün davranışı, üniversitede incelenen basit AC veya DC devrelerinden önemli ölçüde farklıdır.
Temel Endüktör Prensipleri
Bir indüktör her zaman içinden geçen akımı korumaya çalışır. Bir geri EMF yaratarak akımdaki herhangi bir değişikliğe karşı koyar. Örneğin, bir indüktörden 1A akıyorsa ve bir değişiklik denenirse, indüktör bu değişikliğe karşı koymak için bir geri EMF üretir. Bu prensip, ağır bir arabayı hareketsiz halden itmeye benzetilebilir; başlangıçta harekete direnir ve hareket ettikten sonra durmaya direnir.
DC Devresindeki Endüktör
1V pil, bir anahtar, 1 ohm direnç ve bir indüktörden oluşan basit bir DC devresini düşünün. Başlangıçta, indüktörden geçen bir akım yoktur. Anahtar kapatıldığında, 1V uygulanır ve akım akmaya başlar. İndüktör, uygulanan voltaja (0V) eşit bir geri EMF üreterek 1A'dan 1A'ya olan değişime karşı koyar. Bu, zamanla indüktörden geçen akımda logaritmik bir artış yaratır.
Anahtarlama Güç Kaynağındaki bir indüktör
Bir güç kaynağında direnç neredeyse sıfır ohm'dur ve akım aynı logaritmik eğriyi izlemez. Bunun yerine, düz bir çizgide yükselerek üçgen bir akım dalga formu oluşturur. Akımın açılıp kapatılması, düz bir çizgi (y = mx + c) denklemini kullanarak analizi basitleştiren bu üçgen şekliyle sonuçlanır.
Örnek Devre Analizi
1V kaynak, bir anahtar, 1 ohm direnç, bir indüktör ve başka bir anahtar tarafından kontrol edilen ek bir 2 ohm direnç içeren bir devre düşünelim. İlk anahtar kapatıldığında, akım 1A'ya yükselir. Bu anahtar açılırsa ve ikinci anahtar aynı anda kapatılırsa, indüktör akımın 3 ohm dirençli yeni yoldan akmasını zorlar ve 3A akım akışını sürdürmek için 1V'luk bir geri EMF oluşturur.
Mekanik ve Yarıiletken Anahtarlar
Mekanik anahtarlar anında açılabilir ve havayı iyonlaştırıp kıvılcımlara neden olabilen yüksek bir geri EMF oluşturabilir. Bu yüzden bir anahtarın AC voltaj derecesi DC derecesinden daha yüksektir. Ancak yarı iletken anahtarların açılıp kapanması için sonlu bir zaman gerekir ve bu da indüktörün davranışını etkiler. İndüktörün geri EMF'si için standart denklem, Faraday ve Lenz yasalarından türetilen E = -L (di/dt)'dir.
Pratik Güç Kaynaklarında Endüktör Davranışı
Pratik güç kaynaklarında, MOSFET'lerin hızlı geçişi yüksek di/dt değerleri nedeniyle büyük voltaj yükselmeleri yaratabilir. Örneğin, 10 nanosaniyede 0A'dan 10A'ya geçiş, gürültü ve yükselmeler olarak ortaya çıkan büyük bir geri EMF üretir.
Sonuç
Bu makalede, DC-DC anahtarlama modlu güç kaynaklarında endüktörlerin davranışı, üçgen akım şekli, ters EMF yönü ve yüksek di/dt'nin gerilim yükselmeleri üzerindeki etkisi tartışılmıştır.
