Transformersiz Güç Kaynakları. (Transformerless power supply)

Öncelikle şunu belirtmeliyim ki yüksek voltaj izolasyonu olmayan devrelerde çarpılma riskiniz var. Bundan dolayı tedbirlerinizi alıp denemelerinizi yapın.

Bu tip güç kaynakları çeşitli şekillerde yapılabilir. Sadece kapasitif ya da sadece rezistif (Dirençli) ya da bunların karışımı. Ayrıca bu tip devreler için yapılmış özel entegreler de vardır.

Bu tip devrelere neden ihtiyaç duyulur.
Bu tip güç kaynakları, çok az akım çeken yerlerde kullanılması için pratik çözümdür. Yerden tasarruf ettirir, ayrıca ucuzdur. Mesela çin malı gece lambaları. Bunlar küçük bir devre ile çok uzun zaman çalışabiliyorlar. Malzemeler ısınmıyor.
Tabii ki bu tip güç kaynaklarının en büyük dezavantajı tehlikeli olmaları. Bunu önlemek için adaptör devrelerinde trafo izolasyonları kullanılıyor. (Tabii ki çok ucuzlarında kullanıldığını düşünmüyorum. )
Bu tip devrelere geçmeden önce, akımı nasıl düşürüyoruz, voltajı nasıl düşürüyoruz sorusunu soralım. Bunun cevabı ise yüksek watt lı bir direnç ya da seri bağlı kondansatör kullanmak. Bunun dışında dengelenmiş transistörlü devreler de kullanılabiliyor. Gerilim ise çıkıştaki yük gerilimi kadar oluyor. (Aşağıdaki bilgilerde ne demek istediğimi anlayacaksınız)
Direnç için OHM kanunu zaten öğrenmiştik. Bakmak isteyenler bu adresi kullanabilirler.

Kapasitif Transformatörsüz güç kaynağı. 
Kondansatörlerin(kapasitör, sığaç), AC gerilimlerde kullanılırken Reaktans denilen dirençleri vardır. Bu direnç sayesinde akımı sınırlarlar.
Güç Kaynaklarında, faz çizgisine uygun olarak bir X tipli Gerilim Düşme kondansatörü kullanmamız gerekir. Bu uygulamalarda sıradan bir kapasitör kullanılmamalıdır. Çünkü Şebeke Spikes ( Gerilim ve akım darbeleri ) sıradan kapasitörlerin dielektriğinde(iç malzemesinde) delikler oluşturabilir ve kondansatör çalışmaz. Bu, şebekeden akımı keserek cihazı tahrip edebilir.
Kondansatörlerde X Y tipler ne ifade ediyor bu yazıya bakabilirsiniz.
250, 400, 600 V AC ve daha yüksek gerilimlere sahip X tipi Kondansatörler mevcuttur.  Çalışmalarınızda 250 volt yeterli olmakla birlikte yer sorununuz yoksa daha büyük voltajlı olanlarını seçerseniz daha iyi olabilir. Voltaj büyüdükçe kondansatörün boyutları da büyüyebilir.
Kullanılacak kondansatörler kutupsuz kondansatör olmalı.  
Kutuplu olanlar ise adaptörlerin içinde görebileceğiniz devreye paralel bağlanan yüksek voltajlı kondansatörlerdir. Bu tip kondansatörler entegreli güç kaynaklarında kullanılmaktadır.
Kondansatörler, kullanacağımız akıma ve gerilime göre hesaplanır demiştik.
Bunu hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanabilirsiniz.
Kondansatörün Reaktansı, X = 1 / 2ΠfC
Π = Pi sayısıdır= 3.14
F= frekans= 50Hz Türkiye için
C= kondansatör değeri (Farad olarak yazılır.) =0.22uF=0,00000022Farad
X= Reaktans
yerine koyduğumuzda X=1/2×3.14x50x0.00000022=14.4Kohm
Bu direnci bulduğumuza göre geçebilecek akımı da hesaplayabiliriz.
Formülümüz Ohm kanunundan hatırlayacaksınız
I=V/R = 230V/14.4kohm=16mA dir.
Aşağıda bazı kondansatörlerin maksimum çalışma akımları verilmiştir.

Tabloda bazı yüksek voltajlı kondansatörlerin verebileceği gerilim ve akım değerleri bulunmaktadır. Current=akım.

Yukarıdaki hesap ve tablo ile kapasitörümüzü seçebiliriz.
Aşağıda kapasitif yaklaşımla yapılan bir örnek devre göreceksiniz.

Dikkat: 220V çarpılma tehlikesi.

Yukarıdaki Kapasitif devrenin çalışması :
Öncelikle girişe 1A lik bir sigorta koruması konulmuş. Yanında bulunan C1 kondansatörü, 400V olarak yüksek voltaj kutupsuz kondansatör kullanılmıştır. Hemen ona bağlı R2 direnci ise şebeke voltajı kesildiğinde kondansatörün üzerinde birikmiş olan yüksek gerilimi güvenli bir şekilde boşaltmak için konulmuştur. Yüksek değerli direnç olduğundan ve kısa sürede boşalacağından dolayı 1W olmasına gerek yoktur.
Önemli bir direnç ise R1 direncidir. Bu direnç güç açıldığında oluşabilecek yüksek akımı sınırlamak için kullanılır. ( Proteus videosunda bu direncin Güç kısmına değineceğiz Güç kısmı için şimdilik 5W kabul edelim)
Burada daha önce Direnç konusunda gördüğümüz Varistörü görüyorsunuz (MOV)
Yukarıdaki malzemeler, AC tarafta çalışan kısımdadır. Köprü diyot (D1..D4) ile gelen gerilimi DC ye çeviriyoruz. Burada kullandığınız diyotlar ise kullanacağınız gerilime ve akıma uygun seçilmelidir.
C2 kondansatörü, gelen DC gerilimin filtrelenmesi için kullanılmıştır. Bu kondansatörün voltajı ise kullanılacak ZENER voltajından büyük olması gerekir. R3 direnci, hem çıkış akımını, hem de zener akımını dengelemek için kullanılır. Gücü ise kullandığınız akım ve gerilime bağlı olarak değişecektir. Zener diyot, çıkış geriliminizin sabitlenmesi görevini üstlenmiştir. Burada 7805 gibi bir voltaj regülatör entegresi de kullanabilirsiniz.

AVANTAJLARI :
a- ) Transformatörlü güç kaynaklarından çok daha küçük ve hafif
b- ) Transformatörlü ve SMPS dediğimiz güç kaynaklarından çok daha ucuz.
c- ) Kapasitif güç kaynağı transformatörsüz Rezistif(Dirençli) güç kaynağından daha verimlidir.

DEZAVANTAJLARI :
a- ) Rezistif güç kaynağından daha maliyetli.
b- ) Güvenlik sorununu ortaya çıkaran AC şebekesinden izolasyon yok.

Rezistif (Dirençli) Transformatörsüz güç kaynağı.
Dirençli devre kapasitif devreye benzer. Aradaki fark ise R1 direncinden kaynaklanır. Burada akımı sınırlamak için direnç kullanılır. Buradaki aşırı gerilim Direnç üzerinde ısı olarak kendini gösterir. Bundan dolayı Direncin değeri önemli olduğu kadar GÜCÜ de çok önemlidir. Güç formülünü kullanarak bulduğunuz değerden en az %20 daha fazlasını seçmenizi tavsiye ederim.

Dikkat: 220V çarpılma tehlikesi.

Yukarıdaki devrenin çalışma prensibi aynıdır, sadece akım sınırlaması için R1 direnci kullanılmış ve ilk anda akım değişmeleri olmayacağı için MOV varistörünün altındaki direnç de kullanılmamıştır.

AVANTAJLARI :
a- ) Transformatörlü güç kaynaklarından çok daha küçük ve hafif
b- ) Transformatörlü ve SMPS dediğimiz güç kaynaklarından çok daha ucuz.
c- ) Kapasitif güç kaynağından daha ucuz

DEZAVANTAJLARI :
a- ) Güvenlik sorununu ortaya çıkaran AC şebekesinden izolasyon yok.
b-) Dirençli transformatörsüz güç kaynaklarının verimi Kapasitif devrelerden daha azdır. Çünkü aşırı gerilim düşmesinden dolayı Direncin ısınması söz konusudur.

Entegreli Transformatörsüz güç kaynakları (izolasyon Yok)
Bu tip devreler switch entegresi ile yapılır. LNK304 – LNK306 bunlardan bir tanesidir. Diğer firmalara ait entegreler de vardır.
LNK304 -LNK306 Katalog bilgisi (Datasheet) buradan bakabilirsiniz.
Bu entegre ile yapılmış (12V 110ma) bir projeyi ve açıklamalarını bu siteden alabilirsiniz. PCB çizimlerine ve ayrıntılı sonuçlara yer vermişler.

Ayrıntılara yukarıdaki linkten ulaşabilirsiniz.
Dikkat: izolasyon yok 220V tehlikelidir.

LED floresan devresi : (Denenmiş devre)
Buradaki devre ise kendi tasarımım, kullandığım led florasan devresidir. 30cm lik 72 ledli florasan. Aşağıda proteus videosu üzerinde çalışması gösterilmektedir.
Çizimi buradan yükleyebilirsiniz.
Resimleri buradan yükleyebilirsiniz
Proteus dosyasını buradan yükleyebilirsiniz

https://www.youtube.com/watch?v=KrDdyclQOOs


Çin malı ışıldak devresi : ( Denenmiş devre )
Buradaki devre ise Çin malı bir ışıldak devresidir. Devreye elektrik geldiğinde ledler söner ve pil dolmaya başlar. Devrede paralel bağlı 69 adet led vardır. Ledlerin her birinden anahtar konumuna göre 18.5mA ya da 19.5mA akım geçer. Pil şarj olurken ledler yanmasın diye Ledlerin şaseye giden ayağındaki Q2 transistörünün beyz bacağını Q1 transistörü şaseye çeker ve ledler söner. Enerji kesildiğinde ise led anahtarı SW2 kısa devre edildiğinde ledler yanar. Ledlerin yanması için sw2 nin Q2 transistörünün beyz ucuna giden R3 direncine gerilim uygulaması gerekir. Bu gerilimi ise SW1 orta ucundan alır. Bu gerilim ise Pil +V voltajından SW1 konumuna göre 1 ohm ya da 2 ohm üzerinden gelir. Piller 4.7Volt şarjlı pillerdir. Şarj akım koruması yoktur. Fakat D3 diyot’u potansiyel fark olarak bir koruma sağlar. Yani pil voltajı şarj olurken gerilim yükseldikçe diyot tıkama yönünde çalışacağından akım da daha az akacaktır. İdeali diyot’un her iki ucu aynı potansiyele gelip akım geçişini durdurması olması gerekebilir. Fakat pratikte zaten pil geriliminden biraz daha fazla bir gerilim ile doldurulduğundan bu hiç bir zaman eşitlenemez. Az da olsa bir akım akışı olur. Bu akım çok yüksek olmadığından pilde problem yaratmaz. Tabii ki çok uzun süre şarjda kalmadıktan sonra.
Bu devrede yüksek akımı karşılamak için 4 adet pil paralel bağlanmıştır.
Işıldak resimlerini buradan yükleyebilirsiniz.
Işıldak Proteus dosyasını buradan yükleyebilirsiniz.
Işıldak çizimini buradan yükleyebilirsiniz.

Not: Neden piller şarj olmaya başladığında ledler söndürülmelidir.
Çünkü, Ledlerin gerçekte çektiği toplam akım yaklaşık 1.4A dir. Transformatörsüz güç kaynakları bu kadar akımı sağlayamazlar. Bundan dolayı LED ler kapatılarak düşük akımla sadece pil şarj devresi çalıştırılmıştır.

Çin malı ışıldak devresi
Çin malı ışıldak devresi
Çin malı ışıldak devresi pil ve led bölümü.
https://www.youtube.com/watch?v=ZEmuzIWSkOw
https://www.youtube.com/watch?v=LGdY1kdZqqk

 

Transformatörsüz izolasyonu olmayan LM2575-5 entegresiyle 5V 1A güç kaynağı :
Bu devre ise farklı bir bakış açısına sahip. Söylendiğine göre ELEKTOR dergisinin dizaynıymış. ( Bu dergiyi eskiler bilirler. Kaliteli elektronik dergisidir.) Aşağıdaki devre bu linkten alınmıştır. Devre yorumlarda yazdığına göre 3 adet yapılmış ve yaklaşık 400mA de çalıştırılmış.

T1 = standart NPN transistörü BC547 (TO-92) 
T2 = BUZ41A (TO-220) veya IRF730
L1= en az 1A bobin olmalı.
LM2575- 5V olacak.

Devrenin çalışması: LM2575-N entegre datasheet
Bu entegrenin dayanma gerilimi 45V. Bu devrede T1 ve T2 transistörü, D1 zenerini kapsayan komponentler 40 voltu aşmayacak şekilde stabilizasyonu sağlıyor. C1 kondansatörü filtre işlemini görüyor. Entegre çıkışındaki komponentler ise çıkış stabilizesini sağlamaktadır.
Not: Bazı yerlerde bu tip entegreleri kullanmanın çıkıştaki stabiliteyi daha fazla arttırdığı söyleniyor. 220V gerilimi 12V ta çevirdiğinizde DC satabilitenin daha az olduğu, 40-60V gerilime çevrilip, bu tip entegrelerle çıkışı düşürmede DC stabilitenin daha iyi olduğu görüşü var.

3V3 transformatörsüz güç kaynağı : (Denenmiş devre)
Bu devrede kapasitif bir devredir. Yüksek akım için 2.2uF kutupsuz kondansatör kullanıldı. Devre üzerindeki zener diyot 5.6V . LM1117 3V regüle entegresi kullanılarak 3.29V elde edildi. Test ler ise 2 grup direnç ile yapıldı. 41.3ohm ve 31.6ohm.
31.6 ohm direnç ile 89.1mA akım elde edildi. Sadece test amaçlı yapıldı uzun süreli test edilmedi.
Not: Zener gerilimini 9-12V seçerek 7805 kullanıp çıkışgerilimini 5V olarak alabilirsiniz. Zener 1W olmalı. Deneme devresinde daha düşük güçlü kullanıldı fakat uzun süreli kullanılacaksa, 1W civarı kullanılması uygun olacaktır. Aşağıdaki videoda 7805 in proteus üzerinde çalışması anlatılacaktır. LM1117 3.3V proteusta olmadığından 7805 ile simüle edilmiştir.
Devre çizimini buradan yükleyebilirsiniz.
Proteus dosyasını buradan yükleyebilirsiniz.
Resimleri buradan yükleyebilirsiniz.

41.3 ohm direnç yük olarak bağlandı
31.6 ohm direnç yük olarak bağlandı
31.6 ohm direnç ile akım ölçümü yapıldı.
https://www.youtube.com/watch?v=MDWnVl23IaM

 

İzolasyonlu devrelere ise smps adaptör örneği verilebilir. Çıkışlarında trafo ile manyetik izolasyon sağlarlar. Girişteki 220V devresi ile çıkıştaki düşük voltajlı devre birbirinden transformatör yoluyla ayrıldığından, çıkış voltajı kişilere zarar vermez. Tabii ki bunu kesin olarak böyle söyleyemeyiz.
Bazı istisnalar da vardır. Çıkış kondansatörünün etkisi olabilecek devrelerde deşarj dirençleri insanları korur.
Mesela çıkışı transformatörle izole edilmiş, 70 Voltluk bir devrede. Çıkış kondansatörüne deşarj direnci bağlanmazsa veya deşarj direncinde sorun olmuşsa, kondansatör iki ucuna temas ettirilen bir tornavidada yaklaşık 2-3 mm oyuk açıldığını belirtsem sanırım izolasyonlu olsa da düşük voltajlı gerilimlerde sorun yaşayabileceğinizi anlamış olursunuz.
Hangi güç kaynağı olursa olsun dikkatli davranılması gerekmektedir. Ayrıca kutuplu kondansatörlerin ters bağlanması durumunda patlama yaşanabilir. Malzeme göze ya da vücuda zarar verebilir. Bu tip durumlar oluşmaması için çalıştırmadan önce durumu iyi gözden geçirin ve devreye ilk enerji verirken kendinizi koruyun.

Tüm dosyalara buradan ulaşabilirsiniz.

220V GÜÇ KAYNAKLARI İLE UĞRAŞIRKEN GÜVENLİK ÖNCE GELMELİDİR.
BANA BİR ŞEY OLMAZ DİYENLERİN VÜCUTLARINDA ÇEŞİTLİ PROBLEMLER OLUŞMUŞTUR.

2 Comments

  1. Eline sağlık güzel paylaşım olmuş sadece şunu belirteyim bu tarz devrelerde boşta çalıştırmayın led bağlayın hem devredeki yükü düzenler hemde devrenin çalışıp çalışmadığını görürsünüz mesela gece lambaları bu tarz devrelerle çalışır ledlere bağlı olduğundan yanmaz ama ledsiz 220v verdiğinizde dirençler yüke dayanamıyor zener diyotlarda dayanamıyor çok denedim

    1. Teşekkürler tecrübelerinizi paylaştığınız için. yazının bir yerinde çıkışın yüke bağlı olarak değiştiğini söyledim. Fakat sizin söylediğiniz ifade daha doğru, hem kişiyi koruyucu olacaktır hem de devrenin korunmasını sağlayacaktır. Bunu devrelerimde kullanacağım. .

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir