Elektronik devre, güç elektroniği sistemi, motor sürücüsü veya batarya ile çalışan bir ürün test edilirken kullanılan DC güç kaynağının yalnızca belirli bir gerilim üretmesi yeterli değildir. Test edilen yükün davranışına göre çıkış akımının da güvenli ve kontrollü biçimde sınırlandırılması gerekir.
Bu noktada DC güç kaynaklarının iki temel çalışma modu devreye girer:
CV – Constant Voltage, yani sabit gerilim ve
CC – Constant Current, yani sabit akım.
Bir laboratuvar güç kaynağında gerilim ve akım değerlerini ayarladığınızda cihazın hangi modda çalışacağını her zaman kullanıcı seçmez. Güç kaynağı, bağlı yükün elektriksel davranışına göre CV ile CC modu arasında otomatik olarak geçiş yapabilir.
Bu nedenle programlanabilir bir güç kaynağını doğru kullanmak için yalnızca voltaj ve amper değerlerini değil, CV/CC çalışma prensibini de anlamak gerekir.
Farklı güç, gerilim ve akım ihtiyaçlarına yönelik modeller Unitek Elektrik’in DC Power Supply ürün grubunda incelenebilir.
CV Modu Nedir?
CV, Constant Voltage ifadesinin kısaltmasıdır.
Türkçede sabit gerilim modu olarak adlandırılır.
Bu modda güç kaynağı çıkış gerilimini kullanıcı tarafından belirlenen değerde tutmaya çalışır.
Örneğin güç kaynağı:
24 V
olarak ayarlanmış olsun.
Bağlanan yük:
2 A
akım çekiyorsa güç kaynağı çıkışını yaklaşık 24 V seviyesinde tutar.
Yük değişerek akım:
3 A
5 A
8 A
seviyelerine çıktığında da akım limiti aşılmadığı sürece çıkış gerilimi 24 V civarında tutulur.
Bu durumda cihaz:
CV modunda
çalışmaktadır.
CC Modu Nedir?
CC, Constant Current, yani sabit akım modudur.
Bu modda güç kaynağının önceliği çıkış gerilimini sabit tutmak yerine akımı belirlenen limitte tutmaktır.
Örneğin:
Gerilim ayarı: 24 V
Akım limiti: 5 A
olsun.
Yük 3 A çekiyorsa güç kaynağı 24 V çıkış verir ve CV modunda çalışır.
Ancak yük 6 A çekmeye çalışırsa güç kaynağı 5 A limitini aşmamak için çıkış gerilimini düşürmeye başlar.
Bu noktada cihaz:
CV → CC
moduna geçer.
Akım yaklaşık 5 A seviyesinde tutulurken çıkış gerilimi yükün özelliklerine göre 24 V’un altına düşebilir.
CV ve CC Modu Arasında Geçiş Nasıl Olur?
Temel bir örnek üzerinden düşünelim.
Güç kaynağı ayarları:
20 V
2 A
olsun.
Bağlanan yük 10 Ω ise Ohm kanununa göre:
I = V / R
20 / 10 = 2 A
akım oluşur.
Sistem tam akım sınırında çalışır.
Yük direnci:
20 Ω
olduğunda:
20 / 20 = 1 A
akım akar.
Akım limiti aşılmadığı için güç kaynağı 20 V çıkışını korur ve CV modunda kalır.
Ancak yük direnci:
5 Ω
olursa teorik olarak:
20 / 5 = 4 A
akım gerekir.
Güç kaynağı 2 A ile sınırlandırıldığı için 4 A sağlayamaz.
Bu durumda gerilimi yaklaşık:
V = I × R
2 × 5 = 10 V
seviyesine düşürür.
Sonuç:
10 V / 2 A
ve cihaz CC modundadır.
Akım Limiti Neden Önemlidir?
Akım limiti yalnızca güç kaynağını korumak için kullanılmaz.
Test edilen cihazın korunması açısından da son derece önemlidir.
Yeni geliştirilmiş bir elektronik kart üzerinde kısa devre olduğunu düşünelim.
Doğrudan yüksek akım kapasiteli bir güç kaynağı bağlanırsa:
- PCB yolları,
- MOSFET’ler,
- regülatörler,
- entegre devreler,
- konektörler
çok kısa sürede zarar görebilir.
Akım limiti düşük ayarlanarak ilk enerjilendirme daha kontrollü gerçekleştirilebilir.
Örneğin devrenin normalde 2 A çekmesi bekleniyorsa ilk test:
12 V / 200 mA
limitiyle başlatılabilir.
Devrede beklenmeyen bir kısa devre varsa güç kaynağı hemen CC moduna geçer.
Bu yaklaşım özellikle prototip geliştirmede oldukça kullanışlıdır.
CV Modu Nerelerde Kullanılır?
Sabit gerilim modu elektronik testlerin büyük bölümünde kullanılır.
Örneğin:
- elektronik kart testleri,
- otomotiv elektroniği,
- LED sürücüler,
- DC/DC dönüştürücüler,
- motor sürücüler,
- haberleşme ekipmanları,
- endüstriyel kontrol sistemleri
belirli bir DC besleme geriliminde çalışır.
12 V ile çalışan bir ürünün testinde kaynak:
12 V CV
modunda kullanılabilir.
Ürün farklı yük koşullarında farklı akımlar çekse bile gerilim sabit tutulur.
CC Modu Nerelerde Kullanılır?
Sabit akım modu özellikle akımın kontrollü olması gereken uygulamalarda kullanılır.
Örneğin:
- LED testi,
- batarya şarjı,
- komponent testi,
- akım sınırlamalı ürün geliştirme,
- kısa devre davranışı testleri
CC modundan yararlanabilir.
Ancak güç kaynağının CC moduna geçmesi her zaman testin özel olarak sabit akım amacıyla yapıldığı anlamına gelmez.
Çoğu uygulamada CC modu aynı zamanda bir koruma mekanizmasıdır.
LED Testlerinde CC Modu Neden Kullanılır?
LED’lerin akım-gerilim karakteristiği doğrusal değildir.
Gerilimde küçük bir değişiklik akımın önemli ölçüde artmasına neden olabilir.
Bu nedenle LED’ler doğrudan sabit gerilimle kontrolsüz şekilde beslenirse aşırı akım meydana gelebilir.
CC modunda güç kaynağı:
350 mA
gibi belirli bir akıma ayarlanabilir.
Kaynak çıkış gerilimini LED’in ihtiyaç duyduğu seviyeye otomatik olarak getirir ve akımı belirlenen değerde tutmaya çalışır.
Bu sayede LED’in elektriksel özellikleri daha kontrollü biçimde test edilebilir.
Batarya Şarjında CV ve CC Nasıl Kullanılır?
CV ve CC modlarının birlikte kullanıldığı en bilinen uygulamalardan biri batarya şarjıdır.
Özellikle lityum iyon bataryalarda kontrollü şarj prosedürünün önemli bölümü CC/CV yaklaşımına dayanabilir.
Basitleştirilmiş olarak şarj iki aşamada düşünülebilir.
CC Aşaması
Batarya belirlenen sabit akımla şarj edilir.
Örneğin:
2 A CC
uygulanabilir.
Batarya gerilimi şarj sırasında giderek yükselir.
CV Aşaması
Batarya belirlenen maksimum şarj gerilimine ulaştığında güç kaynağı gerilimi bu seviyede sabit tutar.
Örneğin:
4,20 V
seviyesinde CV moduna geçilebilir.
Batarya doldukça çekilen akım giderek azalır.
Gerçek şarj gerilimleri, akımlar ve sonlandırma kriterleri mutlaka batarya üreticisinin teknik gereksinimlerine göre belirlenmelidir.
Programlanabilir DC Güç Kaynağı Nedir?
Klasik laboratuvar güç kaynağında kullanıcı gerilim ve akımı ön panelden manuel olarak ayarlar.
Programlanabilir DC güç kaynağında ise bu değerler:
- cihaz üzerinden,
- bilgisayar yazılımıyla,
- uzaktan kontrol arayüzüyle,
- otomatik test sistemiyle
değiştirilebilir.
Böylece tek bir gerilim değeri yerine yüzlerce farklı test adımı otomatik olarak uygulanabilir.
Örneğin Programmable DC Power Supply çözümleri laboratuvar, üretim ve otomatik test sistemlerinde farklı DC çıkış senaryolarının oluşturulmasına yönelik kullanılabilir.
STEP Modu Nedir?
Programlanabilir güç kaynaklarında çıkış değeri belirli adımlarla değiştirilebilir.
Örneğin bir otomotiv elektroniği cihazı şu gerilimlerde test edilebilir:
9 V
10 V
11 V
12 V
13 V
14 V
15 V
16 V
Her gerilim seviyesinde cihazın çalışması kontrol edilir.
Bu testin operatör tarafından manuel yapılması yerine güç kaynağı otomatik sequence veya STEP programıyla değerleri sırayla uygulayabilir.
Gerilim Rampası Nedir?
Bazı testlerde gerilimin bir noktadan diğerine aniden geçmesi istenmez.
Örneğin:
0 V → 48 V
geriliminin 10 saniyede yavaşça yükselmesi istenebilir.
Bu işlem ramp veya gradual olarak adlandırılabilir.
Gerilim rampası;
- açılma gerilimi,
- kapanma gerilimi,
- brown-in,
- brown-out,
- düşük gerilim koruması
gibi davranışların test edilmesinde kullanılabilir.
Programlanabilir Sequence Nedir?
Sequence fonksiyonu farklı gerilim, akım ve sürelerden oluşan test dizisinin otomatik olarak çalıştırılmasını sağlar.
Örneğin:
- 12 V – 5 saniye
- 9 V – 2 saniye
- 14 V – 10 saniye
- 6 V – 500 ms
- 16 V – 3 saniye
- 12 V – 20 saniye
şeklinde test programı hazırlanabilir.
Bu sayede gerçek çalışma koşullarında oluşabilecek besleme değişimleri laboratuvarda tekrarlanabilir.
Otomotiv Elektroniğinde DC Güç Kaynağı
Otomobilde “12 V sistem” ifadesi kullanılsa da gerçek besleme gerilimi sürekli tam olarak 12 V değildir.
Akünün şarj durumuna ve alternatörün çalışmasına göre gerilim değişebilir.
Ayrıca:
- motor çalıştırma,
- yüksek yüklerin devreye girmesi,
- elektriksel arızalar
sırasında farklı geçici gerilimler oluşabilir.
Bu nedenle otomotiv elektronik modüllerinin yalnızca 12 V sabit gerilimde test edilmesi yeterli olmayabilir.
Programlanabilir DC güç kaynağı farklı besleme profillerinin otomatik uygulanmasına imkan verir.
Motor ve Kompresör Testleri
DC motor veya kompresörler ilk çalıştırıldığında nominal çalışma akımından daha yüksek akım çekebilir.
Kaynak yeterli akım kapasitesine sahip değilse çıkış:
CV → CC
moduna geçer ve gerilim düşer.
Bu durumda motor beklenen şekilde kalkış yapamayabilir.
Dolayısıyla motor testi için güç kaynağı seçilirken yalnızca normal çalışma akımına değil, kalkış akımına da bakılmalıdır.
Yüksek güç gerektiren EV motoru, kompresör, kontaktör ve benzeri uygulamalarda High Power Programmable DC Power Supply gibi yüksek güçlü kaynaklar kullanılabilir.
Güç Kaynağının CC Moduna Geçmesi Hata mıdır?
Her zaman değil.
CC göstergesi güç kaynağının belirlenen akım limitine ulaştığını ifade eder.
Bu durum üç farklı anlama gelebilir:
- Yük doğal olarak belirlenen akımı çekiyordur.
- Akım limiti gereğinden düşük ayarlanmıştır.
- Devrede kısa devre veya başka bir problem vardır.
Örneğin 24 V ile çalışan ve normalde 8 A çeken cihaz için akım limiti 3 A olarak ayarlanırsa kaynak CC moduna geçecektir.
Bu, cihazın arızalı olduğu anlamına gelmez.
Akım limiti yanlış seçilmiştir.
Güç Kaynağı CC Moduna Geçtiğinde Gerilim Neden Düşer?
Kaynak aynı anda hem belirlenen maksimum gerilimi hem de akım limitini aşamaz.
Örneğin:
30 V / 5 A
ayarında güç kaynağının maksimum çalışma noktası:
150 W
olabilir.
Yük 30 V altında 8 A çekmek isterse kaynak 5 A akım sınırını korumak için gerilimi düşürür.
Gerilim, yükün 5 A çektiği çalışma noktasına kadar azalır.
Bu davranış güç kaynağının normal akım sınırlama fonksiyonudur.
OVP Nedir?
OVP, Over Voltage Protection, yani aşırı gerilim korumasıdır.
Kullanıcı maksimum izin verilen çıkış gerilimini belirleyebilir.
Örneğin hassas elektronik cihazın hiçbir koşulda 15 V üzerinde beslenmemesi gerekiyorsa:
OVP = 15 V
olarak ayarlanabilir.
Çıkış beklenmeyen şekilde sınırın üzerine çıkarsa güç kaynağı korumaya geçebilir.
OVP özellikle pahalı prototiplerin testinde önemli bir güvenlik katmanı sağlar.
OCP Nedir?
OCP, Over Current Protection, yani aşırı akım korumasıdır.
CC modu ile OCP birbirine benzese de aynı şey değildir.
CC modunda cihaz akımı belirlenen seviyede sınırlayarak çalışmaya devam edebilir.
OCP devreye girdiğinde ise güç kaynağı uygulamaya göre çıkışı tamamen kapatabilir veya alarm oluşturabilir.
Bu nedenle test prosedürü hazırlanırken:
CC limiti
ile:
OCP eşiği
birbirinden ayrı değerlendirilmelidir.
OPP Nedir?
OPP, Over Power Protection, yani aşırı güç korumasıdır.
Güç:
P = V × I
ile hesaplanır.
Güç kaynağının maksimum güç kapasitesi aşıldığında OPP devreye girebilir.
Örneğin kaynak:
1000 W
maksimum güce sahipse:
100 V × 10 A = 1000 W
çalışabilir.
Ancak:
100 V × 20 A = 2000 W
aynı cihaz için mümkün olmayabilir.
Bu nedenle katalogda yazan maksimum gerilim ve maksimum akımın her zaman aynı anda kullanılabileceği varsayılmamalıdır.
V-I Çalışma Alanı Nedir?
Programlanabilir güç kaynaklarında önemli özelliklerden biri gerçek Voltage-Current Operating Area, yani V-I çalışma alanıdır.
Örneğin cihaz yüksek gerilimde daha düşük akım, düşük gerilimde ise daha yüksek akım sağlayabilir.
Bu nedenle yalnızca:
Maksimum 600 V
ve:
Maksimum 100 A
değerlerine bakıp cihazın:
60 kW
sağlayacağı sonucuna varmak yanlış olabilir.
Gerçek maksimum güç kapasitesi ve V-I eğrisi ayrıca kontrol edilmelidir.
Remote Sense Nedir?
Yüksek akım kullanılan testlerde güç kablolarında gerilim düşümü meydana gelir.
Örneğin güç kaynağı terminallerinde:
24,00 V
bulunurken uzun test kabloları nedeniyle DUT girişinde:
23,45 V
ölçülebilir.
Remote Sense bağlantısı gerilimi doğrudan DUT terminallerinden ölçer.
Güç kaynağı kablo üzerindeki düşümü belirli sınırlar içerisinde kompanze ederek yük üzerinde istenen gerilimin bulunmasına yardımcı olur.
Bu özellik özellikle:
- düşük gerilim,
- yüksek akım,
- uzun kablo
kullanılan test sistemlerinde önemlidir.
2 Telli ve 4 Telli Besleme Arasındaki Fark
Standart bağlantıda güç kabloları hem akımı taşır hem de kaynak çıkış gerilimi bu terminaller üzerinden değerlendirilir.
Remote Sense bağlantısında ise iki ek ince kablo doğrudan DUT terminallerine bağlanır.
Kalın kablolar:
yük akımını
taşırken ince sense kabloları:
gerilim ölçümünü
gerçekleştirir.
Bu yapı 4 telli direnç ölçümündeki Kelvin yaklaşımına benzer bir mantık kullanır.
Rack Tipi DC Güç Kaynağı Ne Zaman Kullanılır?
Otomatik test sistemlerinde masa üzerinde büyük bir güç kaynağı yerine 19 inç kabin içerisine yerleştirilebilen rack tipi cihazlar tercih edilebilir.
Bu sistemler:
- üretim hatlarında,
- burn-in testlerinde,
- laboratuvarlarda,
- entegre otomatik test sistemlerinde
kullanılabilir.
Unitek Elektrik’in Rack Mount DC Power Supply serisi kompakt rack yapısında farklı gerilim seçenekleri ve paralel kullanım imkanı sunan DC kaynak çözümlerinden biridir.
Paralel Bağlantı Ne İşe Yarar?
Tek bir güç kaynağının akım veya güç kapasitesi yeterli değilse uyumlu modeller paralel çalıştırılabilir.
Örneğin iki kaynak birlikte kullanılarak daha yüksek toplam çıkış gücü elde edilebilir.
Ancak herhangi iki laboratuvar kaynağını doğrudan paralel bağlamak doğru değildir.
Cihazların üretici tarafından paralel çalışmayı desteklemesi ve uygun kontrol bağlantılarının kullanılması gerekir.
Aksi durumda kaynaklar arasında istenmeyen akım paylaşımı oluşabilir.
Seri Bağlantı ile Gerilim Artırılabilir mi?
Bazı DC güç kaynakları seri bağlantıya izin verebilir.
Bu durumda iki kaynağın gerilimleri toplanabilir.
Ancak seri bağlantı yapılmadan önce:
- çıkış izolasyonu,
- maksimum terminal-toprak gerilimi,
- cihazın seri kullanım desteği,
- güvenlik sınırları
mutlaka kontrol edilmelidir.
Üretici açıkça izin vermiyorsa güç kaynakları seri bağlanmamalıdır.
Ripple Nedir?
Gerçek bir DC güç kaynağının çıkışı tamamen düz bir DC çizgisi değildir.
Çıkış üzerinde küçük miktarda AC bileşen bulunabilir.
Bu bileşene ripple denir.
Hassas;
- analog devreler,
- RF sistemleri,
- sensörler,
- ölçüm cihazları
test edilirken güç kaynağının ripple ve noise performansı önemli olabilir.
Güç kaynağında yüksek ripple olması test edilen cihazın kendi gürültüsüyle karıştırılabilir.
Transient Response Nedir?
Transient response, yük aniden değiştiğinde güç kaynağının çıkış gerilimini ne kadar hızlı toparlayabildiğini ifade eder.
Örneğin yük:
1 A → 10 A
seviyesine çok hızlı çıkarsa çıkış gerilimi kısa süreli düşebilir.
İyi transient performansına sahip kaynak bu gerilimi kısa sürede nominal seviyesine geri getirir.
Bu özellik;
- işlemci güç sistemleri,
- sunucular,
- motor sürücüleri,
- hızlı değişen elektronik yükler
için önemlidir.
Dinamik Yük Testi Nasıl Yapılır?
DC güç kaynağının transient davranışını test etmek için programlanabilir elektronik yük kullanılabilir.
Yük örneğin:
1 A ↔ 10 A
arasında hızlı şekilde değiştirilebilir.
Osiloskop üzerinden güç kaynağının çıkış gerilimindeki:
- düşme,
- yükselme,
- toparlanma süresi
izlenebilir.
Bu test, güç kaynağının datasheet performansının doğrulanması veya ürün geliştirme çalışmalarında kullanılabilir.
Burn-In Testi Nedir?
Burn-in testi ürünün belirli süre boyunca kontrollü elektriksel ve termal stres altında çalıştırılmasıdır.
Amaç erken oluşabilecek üretim kusurlarının sevkiyat öncesinde ortaya çıkarılmasıdır.
Örneğin elektronik cihazlar:
48 saat
boyunca belirli gerilim ve yük altında çalıştırılabilir.
Programlanabilir DC güç kaynakları çok sayıda cihazı aynı koşullarda uzun süre beslemek için kullanılabilir.
Bu tip uygulamalarda güç kaynağının:
- sürekli çalışma kapasitesi,
- verimliliği,
- uzaktan kontrolü,
- koruma fonksiyonları
önem kazanır.
Otomatik Test Sistemlerinde DC Kaynak
Üretim hattındaki test sistemi bir bilgisayar veya PLC tarafından kontrol edilebilir.
Test yazılımı güç kaynağına komut göndererek:
- 12 V çıkış oluşturabilir.
- Akım limitini 3 A yapabilir.
- DUT’yi enerjilendirebilir.
- Akımı ölçebilir.
- 14 V’a geçebilir.
- Sonucu kaydedebilir.
- Testi PASS/FAIL olarak tamamlayabilir.
Bu nedenle programlanabilir güç kaynaklarında:
- Ethernet,
- RS-485,
- RS-232,
- GPIB
gibi haberleşme seçenekleri otomasyon açısından önemlidir.
Yüksek Güçlü DC Kaynaklar Nerelerde Kullanılır?
Yüksek güçlü programlanabilir kaynaklar yalnızca elektronik kart beslemek için kullanılmaz.
Kullanım alanları arasında:
- elektrikli araç sistemleri,
- motor ve kompresörler,
- sunucu güç sistemleri,
- kontaktör ve sigortalar,
- PV inverterler,
- yüksek güçlü DC/DC dönüştürücüler
bulunabilir.
Bu sistemlerde onlarca hatta yüzlerce kilowatt seviyesinde kontrollü DC güç gerekebilir.
Çift Yönlü DC Kaynak ile Farkı Nedir?
Standart DC güç kaynağı esas olarak DUT’ye enerji sağlar.
Çift yönlü sistem ise hem enerji sağlayabilir hem de test edilen cihazdan geri gelen enerjiyi absorbe edebilir.
Örneğin batarya şarj edilirken kaynak modunda, deşarj edilirken yük modunda çalışabilir.
Bu tür uygulamalar için ANEVH(F) Programlanabilir Çift Yönlü DC Güç Kaynağı gibi source-sink ve rejeneratif çalışma sağlayan sistemler kullanılabilir.
Standart CV/CC güç kaynağıyla çift yönlü source-sink cihaz arasındaki temel farklardan biri budur.
DC Güç Kaynağı Seçerken Nelere Dikkat Edilmeli?
Maksimum Gerilim
DUT’nin ihtiyaç duyduğu en yüksek gerilimi karşılamalıdır.
Maksimum Akım
Normal çalışma akımının yanı sıra kalkış ve transient akımlar da değerlendirilmelidir.
Maksimum Güç
Gerilim ve akımın aynı anda kullanılabileceği gerçek güç sınırı kontrol edilmelidir.
CV/CC Geçişi
Kaynağın sabit gerilim ile sabit akım modları arasındaki davranışı uygulamaya uygun olmalıdır.
Ripple ve Noise
Hassas elektronik uygulamalarda düşük çıkış gürültüsü önemlidir.
Transient Response
Hızlı yük değişimlerinde çıkış geriliminin ne kadar hızlı toparlandığı değerlendirilmelidir.
Remote Sense
Uzun veya yüksek akımlı kablolarda gerilim düşümünün kompanze edilmesine yardımcı olur.
Programlanabilir Fonksiyonlar
STEP, ramp ve sequence özellikleri otomatik testleri kolaylaştırır.
Haberleşme
Üretim hattı ve laboratuvar otomasyonu için gerekli arayüzler bulunmalıdır.
Koruma Fonksiyonları
OVP, OCP, OPP ve sıcaklık koruması gibi özellikler hem DUT hem test sistemi açısından önemlidir.
Sonuç
CV ve CC modları, programlanabilir DC güç kaynaklarının en temel ancak en önemli çalışma özelliklerindendir.
CV modunda güç kaynağı çıkış gerilimini sabit tutarken yükün ihtiyacına göre akım değişir.
CC modunda ise belirlenen akım sınırı korunur ve gerekirse çıkış gerilimi düşürülür.
Bu nedenle güç kaynağının CC moduna geçmesi her zaman bir arıza göstergesi değildir. Çoğu durumda cihazın belirlenen akım limitine ulaştığını gösterir.
Doğru test sistemi oluşturulurken yalnızca voltaj ve amper değerlerine değil;
- maksimum güce,
- V-I çalışma alanına,
- ripple seviyesine,
- transient performansına,
- remote sense özelliğine,
- programlanabilir test fonksiyonlarına
birlikte bakılmalıdır.
Özellikle Ar-Ge ve üretim testlerinde programlanabilir DC kaynaklar sayesinde farklı gerilim, akım ve zaman senaryoları otomatik olarak uygulanabilir. Böylece elektronik kartlardan elektrikli araç sistemlerine kadar çok farklı ürünlerin güç besleme davranışları kontrollü ve tekrarlanabilir koşullarda test edilebilir.
