15 Haziran 2023 Perşembe

Güç Kaynakları: Eski usûl doğrusal (lineer) mı yoksa anahtarlamalı (SMPS) mı? Güç kaynağı hikâyem.

 Pil ve akü gibi kimyevî güç kaynakları ayrı tutulursa, eskiden şebeke elektriği ile bir devreyi beslemek için klâsik doğrusal güç kaynakları kullanılırdı. Bu kaynaklarda, şebeke elektriğinin gerilimi önce bir transformatör vasıtasıyla düşürülür, sonra alternatif akım diyotlarla doğrultulup kondansatörlerle süzülüp regüle devreleriyle istenilen gerilime ayarlanarak maksada ulaşılırdı. Bu sistemin en büyük dezavantajı transformatör kayıpları ve çekilecek akıma göre büyük ve ağır transformatörler kullanmak ve ortaya çıkan ısıyı iyi bir soğutma sistemiyle dağıtmak idi. Hele hele 10 amper ve üstü akım gerektiren alıcı-verici devrelerinde kullanılacak transformatörün ağırlığı ve dolayısıyla fiyatı oldukça ehemmiyetli bir yer tutuyordu. İşte bu "istenmeyen tüyleri" yok etmek için anahtarlamalı güç kaynakları ortaya çıktı. Burada, osilatör devreleri ile  şehir şebekesinin 50 Hz'lik frekansından onlu kilohertzlerden yüzlü kilohertzlere kadar üretilen alternatif akım, kullanılan frekansa nisbeten küçük ve ferrit gibi çekirdekleri olan transformatörler kullanılarak daha düşün gerilim seviyelerine düşürülmekte, daha sonra doğrultulup regüle edilmektedir. 

Böylece, onlarca kiloluk transformatörlerin yerini birkaç yüz gramlık transformatörler alınca, "tüy gibi" ve yüksek güçlü güç kaynakları üretmek mümkün oldu. Bugün bilgisayarlarımızın güç kaynakları işte bu anahtarlamalı (Switched Mode Power Supply) tiptedir.

Anahtarlamalı güç kaynakları artık hayatımızın her alanında var: Cep telefonlarımızın doldurma aletlerinden bilgisayarlarımıza, televizyonlara kadar aklınıza gelen pek çok yerde... Tabii ki bu gelişme amatör telsizcilik alanında da kendini göstermekte gecikmedi. "Baba" firmaların ürettikleri çok kaliteli anahtarlamalı güç kaynakları bir yana tutulursa, PC güç kaynağından amatör telsiz güç kaynağı yapmak pek bir revaç görmeye başladı. Elbette gürültü ölçümü yapmadan. Zaten gürültü dediğin nedir ki! :)

"Yahu artık bu eskiden kalma, modifiye cihazlardan bıktım. Şöyle iki küçük cihazla amatör sancılarımı dindirebilirim." noktasına geldikten sonra HF+50 MHz için bir Yaesu FT-891 aldım. VHF ve UHF kısmı için de -Yaesu FT8900 klonu- bir TYT TH9800 aldım. TH9800 10m, 6m, 2m ve 70 cm bandlarında çalışabilen ilginç bir cihaz.  Böylece 30 kHz ilâ 950 MHz arası emrime amade hâle geldi.

Peki bu cihazları neyle, nasıl besleyecektim? Kaliteli güç kaynakları oldukça pahalı olduğundan kafamda bir doğrusal güç kaynağı yapma fikri vardı. Konuyu bir arkadaşımla konuşurken anahtarlamalı güç kaynağı tavsiye etti; hatta bir iyilik yapıp 2 adet HP ESP113 anahtarlamalı güç kaynağı hediye etti! 12v'ta 32 amper verebilen bu güç kaynağını kolayca yapılabilecek bir modifikasyonla 13.8v'a çıkarmak mümkündü, ben de öyle yaptım. Bu güç kaynağı sunucular için tasarlandığından, iyi bir soğutma için oldukça güçlü ve bir o kadar da gürültülü bir fan'ı vardı. Bu fan, sürekli çalışıyordu. Cep telefonu ile yaptığım ölçümde fanın gürültü seviyesi 67dB idi! Dayanılması zor bir ses! İnternette, fan'ın (+) beslemesine seri bir adet 4.7v'luk zener diyot bağlamak şeklinde bir öneri okuyup uyguladım ve gürültü seviyesi 50 dB'ye indi. 

Akım denemelerine başladım. Yaesu FT-891 alma modunda ortalama 1A akım çekiyor. Bağladım HP anahtarlamalı güç kaynağına. 5-10 dakika sonra güç kaynağı kapandı. Tekrar tekrar denedim, bir müddet sonra güç kaynağı kapanıyordu. Fan modifikasyonu yapmadığım diğer HP güç kaynağı ile deneme yaptım, kapanma olmuyordu, ama gürültü dayanılır gibi değildi..

Böylece ağır, hantal, ısınan doğrusal güç kaynağı yapma fikrine tekrar döndüm. Peki bana ne kadar amper gerekli idi? FT-891'in kitapçığında tam güçte 23A gerekli olduğu yazıyordu. 

OH8STN çağrı işaretli amatör telsizcinin yaptığı deneyde ( https://www.youtube.com/watch?v=H1aShLDZcFg ) ise güç ihtiyacı şöyle çıkıyor:



Tam güçte (yani 100W'ta) 15.2A! Ben cihazı hiç bir zaman tam güçte kullanmayı düşünmediğimden, azamî 15A'lik bir güç kaynağının yeterli olacağını düşünerek, araştırmaya başladım. Elimde eski yıllarda TEKNİM'in sardırdığı devasa bir trafo vardı. Devreyi kutulayabilmek için oldukça büyük bir kutu gerekiyordu. Sonunda, trafoyu ve güç kaynağı devresini ayrı ayrı kutulamaya karar verdim. Kutu olarak Altınkaya'nın 12.6cm x 25.8cm x 14.5cm ebadındaki DT-410 kodlu laboratuvar güç kaynağı kutusunu kullanmayı düşünüp ona göre tasarım yapmayı düşündüm.

Elimde bulunan ve üzerinde 4 adet TO-3 transistörü için delikler bulunan 15cmx 10cm büyüklüğündeki kanatlı soğutucuyu kullanmaya karar verdim; kutuya sığmadığı için uzunluğundan 5mm'yi kesmek şartıyla!

Soğutucum nisbeten küçük olduğundan, bir de izolatör ile verimi düşürmemek için kullanacağım transistörlerin kollektörlerini soğutucudan izole etmeden kullanabilmek için güç kaynağının negatif kutbunu regüle etmenin daha uygun olacağını düşündüm.  TA5THG çağrı işaretli "Tamirci Hasan Gonya"nın bir çalışmasını esas alarak, aynı gerekçelerle regülasyon için LM337 kullanmaya karar verdim. 

Ama aldığım her iki LM337 de (ON yani Motorola üretimi olmalarına rağmen) nazlanıp bende çalışmadı. Bunun üzerine 7912 kullanmaya karar verdim.



Yaptığım devrenin ilk test sonuçları şöyle:

1. deney:

Yaesu FT-891 alma modunda 1 amper akım çektiğinden önce 1,1 amper çeken bir yükle 10 dakikalık bir deney yaptım. Başlangıçta soğutucunun sıcaklığı 26,8 derece iken, her dakikada 1 derecelik artış gösterdi. 8. dakikada 34 derece civarında fan devreye girince, sıcaklık 10. dakikaya kadar 34,5 derecede sâbit kaldı.

2. Deney:

Yaesu FT-891, QRP olarak 5W'ta çalıştırıldığında 5,7 amper akım çektiğinden, 2. deneyi 6,06 amper çeken bir yükle yaptım. Başlangıçta soğutucu 24,6 derece iken ilk 4 dakikada her dakika başına 3 derecelik bir artış gösterdi. 4. dakikada fanın devreye girmesiyle birlikte neredeyse sâbit kaldı, hatta 1 derece düşerek 10. dakikaya ulaştı. 5W ile 10 dakikalık bir göndermeden sonra almaya geçince durum ne olacak diye merak ettim; sonraki 4 dakika boyunca sıcaklık 34 derece civarında sâbit kaldı.

Şimdi sıra 10 amper ve 15 amper deneylerinde.

3. Deney:

3. deneyi 10.4 amper çekerek yaptım. 34,2 derece ile başlayan testte 5 dakika süreyle  10.4 amper çektiğimde fanla birlikte sıcaklık 35,3 dereceye kadar yükseldi. Sonra 5 dakika süreyle 1.1 amper çektiğimde sıcaklık 33,9 dereceye düştü. Sonraki 10 dakika boyunca sürekli 10.4 amper akım çektim. Soğutucu sıcaklığı 36,9 dereceye kadar yükseldi. Daha sonra 40 dakika boyunca 1.1 amper çektim. Toplam 1 saatlik çalışma sonunda soğutucunun sıcaklığı 33,9 derece idi. 10.4 amper akım FT-891'de 40W çıkış gücü üretmek için gerekli besleme gücüne denk düşüyordu.

Âcil duruma hazırlık

Güncelleme : 5  Geçenlerde basında şöyle bir haber yer aldı: 'İngiltere Başbakan Yardımcısı Oliver Dowden, bir felaket sonucu internet v...