Anahtarlamalı (S.M.P.S.) güç kaynağı topolojilerine giriş

Anahtarlamalı (S.M.P.S.) güç kaynağı topolojileri konusu, elektroniğin en temel ve en önemli konularından biridir. Bu nedenle, teknik ayrıntılara girmeden, sade bir dil ve açıklayıcı resimlerle konuyu anlaşılabilir hale getirmeye çalışacağım. Lütfen sizlerde katkılarınızı esirgemeyiniz.

Barajlarda üretilen elektrik, kablolar üzerinden ev ve iş yerlerimize taşınmaktadır. İletim mesafesi uzadıkça, kabloların iç direncinden kaynaklanan kayıplarda artmaktadır. Bu nedenle baraj çıkışında üretilen elektriğin gerilim değeri 154.000V (154kV) gibi yüksek bir değerdir. Üretilen bu elektrik ev ve iş yerlerimize ulaşmadan önce, belirli bölgelerde kurulan trafo ve aktarma merkezlerinde 110V, 230V veya 380V AC voltaja çevrilir.

Türkiye'nin de içinde bulunduğu Avrupa ülkeleri ve Dünya'nın büyük bir bölümünde 230Vac şebeke gerilimi kullanılırken, Kuzey Amerika ve Japonya gibi ülkelerde 110Vac şebeke gerilimi kullanılmaktadır.

Prizlerimizde, kullanımımız için hazır şekilde bulunan 230Vac gerilim, kullandığımız bir çok elektrikli cihaz için uygun bir çalışma gerilimi değildir. 24V, 12V, 5V, 3,3V gibi değişik DC gerilim değerlerine çevrilmesi gereklidir.

Bunun için günümüzdeki en geçerli ve en verimli yöntem; elektrik enerjisinin önce manyetik enerjiye, daha sonra yeniden elektrik enerjisine çevrildiği tranformasyon yöntemidir.

Bugün de kullanılmaya devam eden saçlı trafolar, bu yöntemin ilk malzemeleridir. Primer (primary-giriş) sargısına uygulanan elektrik enerjisi, saç nüve üzerinde manyetik enerjiye çevrilirken, aynı fazda sekonder (secondary-çıkış) sargıları üzerinde indüklenir ve yeniden elektrik enerjisine çevrilir.

Ancak, şebeke frekansının 50Hz / 60Hz gibi çok düşük frekans değerine sahip olmasından dolayı, bu trafolardan elde edilen verim oldukça düşüktür. Diğer bir deyişle, çevrim kayıpları çok fazladır. Bu nedenle günümüz modern sistemlerinde AC gerilim önce DC gerilime çevrilir. Ardından, 100kHz, 300kHz gibi çok yüksek frekanslarda anahtarlanarak yeniden AC gerilime elde edilir. Yüksek frekanslı bu AC gerilim, saçlı trafolara göre çok daha küçük boyutlara sahip olan Layer ya da Slot tip transformatörler vasıtası ile istenilen DC gerilim değer(ler)ine çevrilir.

Bu tarzda çalışan güç kaynaklarına, Anahtarlamalı Güç Kaynakları (Switch Mode Power Supply - SMPS) diyoruz. SMPSler temelde primary (giriş) ve secondary (çıkış) bölümlerinin birbirinden izole olup olmamasına göre:

• Non-Isolated (Galvanic izolasyonsuz) ve
• Isolated (Galvanic izolasyonlu)
olmak üzere ikiye ayrılırlar.

Bir sonraki yazımda, Non-Isolated Topolojiler hakkında genel bilgiler verip, bu topolojilerden ilki olan Buck Convertor sistemlerini detaylandırmaya çalışacağım.

Bu yazı ilk kez; 17.11.2011 tarihinde, Murat Yaman tarafından, www.izmirarge.com blogunda yayınlanmıştır. Yazı içeriği ve resimler gözden geçirilip, güncellenmiştir.