Triyak’lı AC kontrol devreleri ile Android, bluetooth kullanılarak yapılan lamba kontrol devresi

Öncelikle amatör arkadaşları uyarmak isterim. Anlatılan devreler 220V devreleridir. Denemelerinizde güvenlik önlemlerinizi almanızı tavsiye ederim.

Devrelerin anlatımına geçmeden önce TRİYAK nedir ona bakalım. Çalışmasını anladığımızda zaten devreleri anlamamız kolay olacaktır.
Triyak çift yönlü geçirgenliğinden dolayı, AC güç devrelerinin anahtarlanmasında sıklıkla kullanılan, bir yarı iletkendir. Çift taraflı kullanılan tristör olarak tasvir edilir. 

Bir çok kişinin aklına AC devreler için hemen röleler gelir. Doğrudur, kontrolü kolaydır. Anahtar gibi devreyi tam kapatır ve açarlar.
Fakat röleler mekanik yapıları gereği kontak uçlarındaki arklar ve diğer nedenlerden dolayı triyaklardan daha çabuk bozulurlar. 
Bununla birlikte SSR denilen röleler vardır. Her ne kadar röle sınıfına sokulsa da opto triyak dediğimiz sistemlerdir. Yani ışık ile izolasyon sağlanarak AC yükleri kontrol eden komponentlerdir.
SSR Devresi örneği :

Triyak 3 bacaklı olup, AC gerilimleri her iki yönde de geçirebilen bir komponenttir. Bu geçişin olabilmesi için Gate denilen ucun tetiklenmesi gerekir ki, anahtar görevini yapabilsin. Triyak iki yönlü geçirir dedik. Fakat geçirgenlik (tetikleme) zamanlaması simetrik değildir. Yani sinüs sinyalinin pozitif kısmı ve negatif kısmı arasında fark olabilmektedir. 
Simetrik olmayan tetikleme ve ortaya çıkan dalga formları, istenmeyen durumların oluşmasına yol açar. Bu durumu en aza indirmek için DİYAK ( DIAC) kullanılır.
Devrede triyak’ın GATE ucuna bağlanan, Diyak(DIAC) tan da bahsetmemiz gerekir.
DİYAK :  kontrol ve yükseltme işlevi olmayan AC sinyali iki yönlü iletebilen anahtarlama diyodu olarak adlandırabileceğimiz komponenttir. Sembolü aşağıda gösterildiği gibi, iki diyodun ters bağlanmış şeklidir. DIAC ismi, DI ode –  AC switch kelimelerinin birleşiminden gelir . DİYAK, AC anahtarlarlamalarda kullanılan, TRIAC’ın tetiklenmesine yardımcı olmak için endüstride yaygın olarak kullanılan, ev aydınlatmalarında da kullanılan, dimmer devrelerinde bulunan, elektronik komponenttir. 

Diyak Sembolü

DİYAK ve TRİYAK iki yönlü komponent olduğundan, terminalleri diyot ta olduğu gibi anot ve katot olarak etiketlenemez. Bunun yerine, MT’nin “Main Terminal” ( Ana Terminal ) A1 ve A2 veya MT1 ve MT2 olarak etiketlenebilirler.

Triyaklar güçlerine göre çeşitli paket biçimlerinde piyasa da bulunur.












 

Buraya kadar Triyak ve Diyak komponentlerini gördük. Şimdi bunları birleştirmeye başlayalım. Ayrıntılı bilgi ve triyak testi için bu sayfaya bakabilirsiniz. 

Öncelikle DC gerilimle Triyak devresini çalıştıralım.

Yukarıdaki devre, basit bir DC tetiklemeli triyak tetikleme devresini gösterir.  SW1 anahtarı açık iken, triyak GATE ucundan hiçbir akım geçmez ve bu nedenle lamba “KAPALI” olur. SW1 anahtarı kapandığında, gate ucuna pil kaynağı uygulanır  R direnci ile triyak tetiklenir ve AC sinüzoidal kaynağından lamba devresi tamamlanarak lamba yanar. Fakat sadece pozitif tetikleme yapıyorsanız tek yönlü bir geçiş bekleyebilirsiniz. Yani sinüs eğrisinin ilgili yarısında devreden akım geçer. 

Elbette, bu basit triyak anahtarlama devresindeki sorun, triyak’ı iletime sokmak için ek bir pozitif veya negatif gate gerilimi kaynağı gerektirmesidir. Ancak, gerçek AC besleme voltajını gate tetikleme voltajı olarak kullanarak da triyak’ı tetikleyebiliriz. Aşağıdaki devreyi göz önünde bulundurun.

AC gerilimle Triyak tetikleme:

Devre önceki DC devresine benzer şekildedir “ON” – “OFF” işlevi sağlayan anahtar ve AC güç anahtarı olarak kullanılan bir triyak tan oluşur.  SW1 anahtarı açık olduğunda, triyak açık bir anahtar olarak işlev görür ve lambadan akım akışı olmaz. Ne zaman SW1 ve akım sınırlayıcı direnç üzerinden gelen akım gate ucuna ulaşır, o zaman triyak kapalı duruma geçer ve lamba yanar. Burada AC gerilim kullanıldığından AC sinüs eğrisindeki her yarım pals te triyak içindeki akım yön değiştirir. Bu değişim sırasında gerilim bir an sıfır olsa da hemen ardından ters tarafa doğru gerilim yükselir. Böylece lamba tam güçte yanmış olur. Bu şekilde kontrole tam dalga kontrolü denilir.

Triyak tam dalga ve yarı dalga çalışması:

Yukarıdaki gibi, eğer SW1 anahtarı A konumunda ise, GATE akımı yoktur ve lamba “KAPALI” olur. Anahtar B konumuna getirilirse, kapı akımı her yarım döngüde bir öncekiyle aynı şekilde akar ve triyak her iki yönde sırasıyla iletime geçer ve lamba tam güçte yanar.
Ancak anahtar C konumuna alınırsa, diyot sinüs sinyalinin yarım palsini engeller. Gate yarım palste tetiklenir.  Diğer yarım palste tetiklenmesi engellendiğinden lamba yarı güçte yanar.  

Tetikleme anındaki sinyal görüntüsü bu şekildedir. Tam dalga kontrol denildiğinde bu şekil ortaya çıkar. yarım güç dediğinizde ise diyotun yönüne göre çizginin üst ya da altındaki sinyaller bastırılır ve o sırada lamba yanmaz.

Mavi alanlar triyak’ın iletimde olduğu zamanlardır.
T1 ve T2 zamanları tetikleme zamanlarıdır.


Triyak’ın Faz kontrolü yapılarak kullanılması:

Yukarıdaki devre ise değişen bir direnç ve C1 kondansatörü ile  RC devresi oluşturarak tetiklemenin zamanını ayarlamaktadır. 


OPTOKUPLÖR Kullanarak triyak tetikleme : Gerçek devre bu bağlantıyı kullanmıştır.
Bu devrede ise 220V AC ile mikroişlemcilerin bulunduğu DC taraf birbirinden optik yolla izole edilir. Optokuplör devreleri birbirinden farklıdır. Kimisi ışık ile transistörü iletime sokar kimisi burada olduğu gibi ışık ile Diyak’ı iletime sokar. MOC3021 optokuplör devresi (tabii ki başka markalar altında benzerleri de vardır) optodiyak olarak geçer. Mikroişlemci ile entegrenin içerisindeki LED’e enerji verilir,ışık ile tetiklenen diyak ise Triyak’ın GATE ucuna tetikleyerek AC devreleri kontrol eder. 
Burada dikkat edilecek kısım, neyi kontrol etmek istediğinizdir. Şayet bir lamba kontrol edecekseniz sorun yok, motor gibi endüktif (bobinli) dediğimiz cihazları kullanacaksanız, SNUBBER denilen devrenin çıkışa eklenmesi gerekmektedir. Snubber devresi basit olarak, bir direnç ve kondansatörün seri bağlanması ile oluşur. Daha çok motor gibi yüklerde kullanılmaktadır. ( Değişik tiplerde de yapılabilmektedir.)
SEBEBİ :Anahtarlama elemanları kesime girme esnasında anahtar uçlarında hızlı bir gerilim yükselmesine ve iletime girme esnasında hızlı bir akım yükselmesine maruz kalırlar. İletim esnasında snubbersız durumda, akımın yükselmesi anahtarın müsaade edilen di/dt’sinden (akımın birim zamandaki değişikliği) çok daha büyük olabilir. Bu durumda bir turn-on snubber devresi kullanılarak akımın yükselme hızı sınırlandırılabilir. Benzer olarak anahtar, kesim esnasında aşırı gerilimlere veya dv/dt’ye (gerilimin birim zamandaki değişimi) maruz kalabilir. Bu durum da bir turn-off yada overvoltage (aşırı gerilim) snubber devresi kullanılarak düzeltilebilir.
 Snubber devreleri hakkında geniş bilgiyi buradan alabilirsiniz. 

Bununla birlikte, devre üzerinde göreceğiniz C1 kondansatörünün de trafo gibi yükler kullanıldığında, anahtar açık olsa bile akım geçirdiğini ve devrenin çalışmasını sağladığını göreceksiniz. Bu kondansatör aslında bir çok yükte sorunsuz olarak kullanılıyor olsa da trafo yük olarak kullanılacaksa sorun teşkil edebiliyor. Videolarda bu durum gerçek devre üzerinde irdelenmiştir. 
Yaptığınız devreyi kontrol ederken triyak üzerinde kalan voltajı ölçmenizi tavsiye ederim. Triyak kapalıyken 220V ac görmeniz gerekir iletimdeyken ise tam iletimde 1V civarı bir gerilim görmeniz gerekir. Lamba ile kontrol ediyorsanız bu gerçekleşir. Fakat endüktif yüklerde 300V lara kadar çıkıyorsa bir problem olduğunu düşünebilirsiniz. Snubber devresinde bir sorun ya da bu C1 kondansatörü sorun yaratıyor olabilir. 
DİKKAT: 
Burada kullanılan MOC3021 optokuplör devresi lamba gibi devrelerde problem çıkarmasa da motor gibi yüklerde,  titreme gibi problemler ya da ses problemleri yaratabilir. Bunun sebebi tetiklemenin tam sıfır geçiş noktasında olmamasıdır.
Sıfır geçiş noktası ne demektir: Sinüs eğrisinde pozitif ve negatif alternans dediğimiz bölgeler vardır. bu sinyal sıfırdan başlayıp tepe değerine gelir ve tekrar sıfıra düşüp negatife gider. Burada tetiklemeyi sıfır noktasında yapmazsak pozitif ve negatif iş yapan bölgeler birbirine eşit olmaz ve sorunlara yol açabilir.
Bu durum, lamba da kendini göstermese de bazı yüklerde sorun yaratmaktadır. Bu sebeple sıfır noktası geçişini yakalayan devrelere (ZERO CROSSING ) ihtiyaç duyulmaktadır. Örnek vermek gerekirse MOC3041 devrede kullanılmıştır. Sıfır geçiş noktası için optokuplör kullanılabildiği gibi sıfır geçişini yakalayıp tetikleme yapan devreler de mevcuttur.
Buradan arduino ile nasıl sıfır geçiş kontrolü yapılır onu görebilirsiniz 

Aşağıdaki ekran görüntüsünde, tetikleme sinyalinin tam sıfır noktasında yapıldığına dikkat edin. 


MOC3041 Zero crossing optokuplör

 

 

 

 

 

 

Aşağıdaki devre gerçek devrede kullanılan, Triyak devresidir. Gerçek devrede MOC3041 kullanılmıştır. Çünkü motor, trafo ve lamba kontrol edilmek istenmiştir.  

Yukarıdaki devrenin anlatımı videolardadır. Özellikle C1 kondansatörünün sorununu görebilirsiniz. ( Devrenin gerçekleştirilmesinden önce, deneme devresi yapılıp sorunların belirlenmesi amaçlanmıştır. Görülen olumsuzluklarında, videolarda çözümleri sunulmuştur. İlk videolar sorunları gösterir ve sonrasında çözümlerine yer verir. )

Başlangıç denemeleri -1 :

Başlangıç denemeleri – 2:

Deneme devresinin son durumu anlatım -1:

Deneme devresinin son durumu anlatım -2:

Android – Bluetooth kontrollü AC kontrol devresi

Picbasic ile 16F628 işlemci ile bluetooth kontrolü yapıldı. Ayrıca MIT2 App inventor ile android programı yapıldı. Bu devrenin çizimi ve programlara buradan ulaşabilirsiniz. 
Öncelikle proteus üzerinde devrenin çalışmasını inceleyelim. Daha sonraki video ise gerçek devrenin anlatımıdır. Program 6 adet cihazı triyak ile kontrol eder. Ayrıca 4 adet röle devresiyle de anahtara basma simüle edilmiştir. Röleler tetiklendikten bir süre sonra eski haline gelirler. Anahtara basıldıktan sonra bırakmışsınız gibi. Bu şekilde müzik için kullanılan MP3 çaların kontrol edilmesi hedeflenmiştir. ( burada neden müzik için bluetooth hoparlör kullanılmadığı akla gelebilir. Yapılan programın bütünlüğü bozulmasın diye ayrıca elde olan mp3 çaların değerlendirilmesi için bu tip kullanılmıştır. MP3 çaların kontrol anahtarlarından kablo alınarak röle uçlarına bağlanmıştır. Sizler bunu transistörlü devrelerle de yapabilirsiniz.)

Gerçek devrede ayrıca programın ilk kodları sorun yaratıyordu. Devre adaptörle beslendiğinden sorun ortaya çıkmıştı entegreye gelen gerilimin hemen istenen seviyeye ulaşmadığı görüldü. Bundan dolayı gerilimin gereken seviyeye ulaşabilmesi için geçen sürede entegrenin RESET pozisyonunda beklemesi ve sonrasında çalışması gerekiyordu.

Programın çalışması kısaca şöyledir. Android cihaz bluetooth ile 1. terminal ekranındaki 7 byte’ı gönderir. Program bu 7 baytın ilk baytını doğru bilgi geldi mi diye kontrol amaçlı kullanır. 4. byte, led ve tuş seçimi. 5. byte led açık mı kapalı mı olacak seçer. diğer byte lar yedektir sonradan kullanılabilir. 
Alttaki terminal ekranında ise, aşağıdaki hesap ile oluşturulan tek byte sayı geri bildirim olarak android cihaza gönderilir. 
Hesaplama: 
sayi=led1*1+led2*2+led3*4+led4*8+led5*16+led6*32
sayi=sayi+64
Görüleceği üzere ledleri binary sisteme çevirecek bir hesaplamadır ve bu sayı bize ledin yanık olup olmadığını verecektir. Örneğin led2=1 ise durum binary olarak 00000010 bu şekilde gösterilir.
Geri bildirim olarak 75 geliyorsa Bin, MSB 01001011 LSB değerine karşılık gelir. en sağdan başladığımızda led1=on led2=on, led4=on durumundadır. 6. bit devamlı 1 dir zaten sayi hesabında +64 olarak belirtilmiştir. 
Android program bu geri bildirimi aldığında önce kaç karakter olduğuna bakar /075 gibi 4 karakter olmalıdır. Doğru ise 75 sayısını binary olarak çevirip açarak, kendi ekranındaki butonların yeşil ya da kırmızı olmasını sağlar. 

 

Tüm dosyaları buradan alabilirsiniz. 

Devre için tasarlanan, RESET devresinin anlatımı da videodadır. 
Triac devresinin çalışması da video içerisindedir. 

Gerçek devrenin son durumunun çalışma videosu : 

Lütfen Gördüğünüz eksiklikleri veya yapmak istediğiniz eklemeleri yorum kısmına bırakır mısınız. 
Elbetteki hatalar olacaktır. Özellikle video konuşmalarında dil sürçmeleri veya anlık yanlış değerlendirmeler olabilir. Bunları yakaladığınızda yorumlara bırakırsanız, faydalanan insanlar doğrusunu öğrenebilecektir. 
Devre 1 seneden fazladır kullanılmaktadır. 

Not: Gerçek videoda tuş algılama sorunu bluetooth modülü olabilir denmişti. Fakat program düzeltilerek bu hata giderildi. 

1 Comment

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir