SMPS - II : Güç Kaynaklarında İzolasyon

Merhaba arkadaşlar,

Anahtarlamalı Güç Kaynakları yazı dizimize kaldığımız yerden, güç kaynaklarında izolasyon ile devam ediyoruz. Dizinin ilk yazısına buradan ulaşabilirsiniz.

İzolasyon nedir?

Kelime olarak; yalıtım ve ayrıklama anlamına gelen izolasyon elektronikte; iki ya da daha fazla devrenin birbiri arasındaki elektriksel temasın kesilmesi olarak tanımlanır. Görsel olarak anlatmamız gerekirse, The Break-up filminin posterinde görüldüğü üzere Jennifer Aniston ile Vince Vaughn arasındaki temas kırmızı okla gösterilen bant yardımı ile kesilmiştir. Biz buna izolasyon diyoruz :)

İzolasyonlu (Isolated) Güç Kaynakları

Giriş devresinin (primary) kullandığı toprak (Earth) bağlantısı ile çıkış bölümünde (secondary) yer alan devrelerin kullandığı toprak bağlantısı (GND) birbirinden farklıdır. Girişte kullanılan toprak "sıcak (hot) GND", çıkışta kullanılan toprak ise "soğuk (cold) GND" olarak adlandırılır. Bu iki toprak şema üzerinde de farklı şekiller ile gösterilir. İzolasyonu sağlayan ana malzemeler tranformatörler ve opto-couplerlardır.

Transformatörler, hem enerji transferi işlemini hem de izolasyon işlemini aynı anda gerçekleştirmektedir. Giriş ve çıkış sargıları arasında herhangi bir temas söz konusu değildir.

Opto-coupler ise, içinde yer alan foto-diyodun, yine içerisinde yer alan foto-transistörü sürmesi vasıtası ile optik olarak iki devreyi birbirinden ayırmakta ve izolasyon sağlamaktadır.

Aşağıdaki şekilde TR1002 transformatörü ve IC1004 opto-couplerı giriş ve çıkış devrelerini birbirinden elektriksel olarak ayırmaktadır.

İzolasyonsuz (Non-Isolated) Güç Kaynakları

Giriş ve çıkış devreleri aynı toprak bağlantısını kullanmaktadır. Topolojiye bağlı olarak, enerji çevrim ve iletimi bazen bir coil ile bazen de bir transformatör ile yapılmaktadır. Devre yapıları farklı olmasına rağmen her iki tip devrede izolasyonsuz sınıfına girmektedir.

Coil kullanılan, basit bir Step-up (Boost) devresinin şemasını incelersek, devrenin giriş ve çıkış bölümleri arasında herhangi bir izolasyonun mevcut olmadığını görebiliriz.

Transformatör kullanılan aşağıdaki Flyback devrede ise, galvanik izolasyon doğal olarak sağlanmakta, ancak geri besleme bilgisi bir opto-coupler üzerinden alınmamaktadır. Bu nedenle devre izolasyonsuz olarak kabul edilmektedir.

Bundan sonraki yazılarda anlatımla beraber formül ve hesaplamalar da yoğun bir şekilde kullanılacaktır. Bir sonraki yazıda "Anahtarlama" kavramı üzerinde duracağım. İzolasyon ve Anahtarlama terimlerini incelemeyi bitirdiğimizde, İzolasyonsuz Anahtarlamalı Güç Kaynaklarına ait Step-Down (Buck), Step-Up (Boost) ve SEPIC çeviricileri sırasıyla yazmaya çalışacağım.

İzolasyon konusu ile ilgili bol resimli ve açıklamalı bir yazı hazırlamaya çalıştım. Yorumlarınızla katkıda bulunursanız sevinirim.