TEKNİK DOKÜMANLAR

Şekil 4: Verimlilik inceleme
 
MTBF (Mean Time Between Failure/ Ortalama Arızalanma Süresi)
Çoğu askeri projede bu değer bilinmelidir. Çünkü askeri cihazlarının kabaca ömürlerinin bilinmesi gerekmektedir.
​
Modülü Uzaktan Açma/Kapama (Remote On/OFF)
Çoğu modülde iki tip açma/kapama yöntemi vardır. Negatif lojik veya pozitif lojik olmasına dikkat ediniz. Kullandığınız MCU’ daki açma/kapama sinyali yazılımcıyla konuşarak eklenmelidir.
​
İzolasyon Voltajı
İzolasyon, sahip olunması gereken iyi bir özelliktir, ancak her zaman gerekli değildir. Önceki bir aşamaya entegre edilmişse, aynı sistem içinde izole edilmiş bir ac-dc dönüştürücü olabilir, bu nedenle yalıtım o devrede uygulanmıştır. Veya sistem batarya bazlı olabilir ve izolasyona gerek yoktur.
 
İzole edilmiş anahtarlama güç kaynakları daha karmaşık ve pahalıdır, ancak gerekliyse öyle olsun. İzolasyonsuz ac hat voltajının güvenlik ve düzenleme sorunlarına yol açabileceğini unutmayın. DC ile çalışan sistemler durumunda bile, "topraklama döngüleri (ground loops)" tasarım ekibine derin baş ağrıları getirecektir ve izolasyon bilinmeyeni çözmek için iyi bir çözümdür.
 
Giriş ve çıkış arasına izolasyon eklemek, temel döngüleri keser, parazit kaynağını ortadan kaldırır ve uygulamayı geçici hasarlara karşı koruyarak sistem güvenilirliğini artırır. Güç kaynağı geri besleme etkilerinin ortadan kaldırılması, DC / DC dönüştürücü korumasının önemli bir yönüdür. Örneğin, ağır hizmet tipi bir DC motor hız kontrolörü düşünün. Hız denetleyici devresi, motor hızını düzgün bir şekilde düzenlemek için kararlı, gürültüsüz bir beslemeye ihtiyaç duyar, ancak motor tarafından çekilen yüksek DC akımları, titreme veya kararsızlığa neden olacak şekilde hız denetleyicisi düzenleme devresine geri beslenebilecek önemli voltaj geçişleri oluşturabilir. İzole edilmiş bir DC / DC dönüştürücü, hız kontrol devresine yalnızca kararlı bir düşük gürültü kaynağı sağlamakla kalmaz.
Bununla birlikte, bir DC / DC dönüştürücü, diğer herhangi bir elektronik devrede olduğu gibi voltaj, akım ve sıcaklık sınırları dışında kullanıldığında arızaya sadece duyarlı olan elektronik bileşenlerden de yapılmıştır.
 
İzolasyon, dönüştürücünün giriş ve çıkışını tamamen birbirinden ayrı kılar (ayrı toprak bağlantısı).Endüstriyel veri yolu sistemindeki döngünün direncinin artmasına yardımcı olur, analog devrede ve hibrit devrede dijital devrede gürültüyü izole eder ve çok voltajlı güç sistemindeki voltajları dönüştürerek zorlu ortamlarda (yıldırım, ark paraziti) güvenli bir şekilde izolasyon sağlar.Çift çıkışlı dönüştürücüler için, öncelikle izolasyon gerekip gerekmediğini onaylamalı ve ardından çift izolasyon ve çift çıkış sunan bir dönüştürücü seçmelidir.
​
Maliyet
Maliyet en önemli parametredir. Fiyat performans oranı iyi değerlendirilmelidir.
 
Karşıladığı Standartlar
Bazı COTs ürünler askeri standartlarda olan şok, titreşim, MIL-STD standartlarını da sağlayabilir. Burada da yine fiyat performans oranı iyi değerlendirilmelidir.
 
Komponent Kalitesi (Component Quality)
Tuğlanın seçimi yapılırken kullanılacak olan yan elemanların seçiminin çok iyi yapılması gerekmektedir. Bileşenlerin kalitesi, anahtarlama regülatörü performansında önemli bir rol oynar. Değerlere ek olarak diğer parametreler de doğru olmalıdır.
 
Mesela; komponent çalışma sıcaklığı aralığı daha fazla dikkate alınmalıdır. Bunu neden söylüyorum? Çünkü; elektrolitik kapasitörler düşük sıcaklık aralığında sınırlıdır ve aşırı sıcaklıklarda kapasitans önemli ölçüde değişir. Kapasitörler ayrıca kapasitans değerlerini sıcaklık ve frekansın bir fonksiyonu olarak değiştirirler, bu nedenle doğru tip ve kalite doğru çalışma için çok önemlidir. Aynı üreticiden bile benzer kondansatör değerleri farklı özelliklere ve fiyatlara sahip olabilir.
 
Örneğin; yine aynı endüktans değerine sahip indüktörler farklı doygunluğa sahip olabilir. İndüktör doygunluğu, cihazın manyetik karakteristiğinin kabiliyetini aşan bir şekilde gerilmesi ve cihazın gerekli indüktör gibi davranmamasıdır.
 
Kaynak empedansı son derece önemlidir. Bir anahtarlama regülatörünün girişindeki bir miktar endüktans, anahtarlamalı güç kaynağından kaynağa akım artışlarının ayrılmasına yardımcı olabilir. Ancak bazı durumlarda, giriş voltajında ​​bir miktar çınlamaya ve ani yükselmelere neden olabilir. Her dc-dc dönüştürücü yongası, minimumdan maksimuma kadar çeşitli kabul edilebilir değerlere sahip belirli bir bileşen kombinasyonuyla çalışmak üzere tasarlanmıştır; bu nedenle, olası sınırlamaları doğrulamak için veri sayfasının incelenmesi gerekir. Tüm hesaplamaları elektronik tablolarda yapmak ve tüm bileşen değerleri için bir aralığa (minimum ve maksimum) sahip olmak her zaman iyidir.
 
Yetersiz bir bileşen seçimi ürün sertifikasyonunu tehlikeye atabilir. Güç kaynaklarını değiştirmek, elektromanyetik parazitin (EMI) sorun olabileceği bir noktaya kadar çok gürültülü olma eğilimindedir.
 
Korumalı indüktörler ve yüksek kaliteli kapasitörler kullanmak, sistemde bulunan gürültü miktarını en aza indirebilir.
 
Kapasitörün eşdeğer seri direnci (ESR), devre kararlılığında ve performansında rol oynar. Bazı yapılandırmalar belirli bir ESR gerektirebilir, bu nedenle her zaman düşük ESR istemezsiniz. Giriş ve çıkış kapasitansına özellikle dikkat edin.
 
Giriş kapasitörleri, RMS dalgalanma akımını toplu kapasitörlerin kaldırabileceği bir seviyeye düşürmek için dönüştürücünün girişinde görülen dalgalı voltaj genliğini azaltır. Seramik kapasitörler, dalgalanma voltaj genliğini azaltmak için gereken son derece düşük ESR'ye sahiptir. Bu nedenle, bunları anahtar dönüştürücü girişine yakın yerleştirmek önemlidir. Dönüştürücü anahtarlarken, giriş kaynağından akım darbeleri çekmesi gerekir. Ek bir elektrolitik veya tantal kapasitör, yüke yeterli enerji sağlanmasına yardımcı olacaktır.
 
Çıkış kondansatörü, çıkıştaki dalgalanmaları filtreler ve en aza indirir. Bu, kondansatörün ESR'sinin bir fonksiyonudur ve regülatör döngü stabilitesini de etkileyebilir. Kaliteli kapasitörler belirli bir ESR'ye sahip olacaktır. Genel amaçlı elektrolitik kapasitörler yalnızca 120 Hz'de ESR belirtir, ancak yüksek frekanslı kapasitörler, 20 kHz ila 100 kHz gibi daha yüksek bir frekansta ESR garantili olacaktır. ESR, düşük çalışma sıcaklıklarında artacak ve çıkış dalgalanma voltajı buna göre artacaktır. Tipik bir alüminyum elektrolitiğin ESR'si –40 ° C'de 40 kat artabilir, bu nedenle düşük sıcaklık uygulamalarında elektrolitik kullanımını iyice değerlendirin.
 
Çıkış kapasitörünün kaldırabileceği dalgalanma akımı da dikkate alınmalıdır. Bu akım, güç kayıpları nedeniyle kapasitörün içindeki iç sıcaklığı artırır, bu nedenle kapasitörün dalgalı akımını doğrulamayı ihmal etmek piroteknik sonuçlar doğurabilir. Yani; ısı, ışık, gaz, duman ve/veya ses üretmek için bağımsız olarak kendinden kimyasal reaksiyonlar ortaya çıkabilir. Paralel kondansatörler, ESR ve RMS mevcut işleme gereksinimlerini karşılamak için kullanılabilir.
 
Bazı tuğla DC-DC güç modülleri, bileşen sertifikaları gerektirebilir. Tasarımınızın hedeflediğiniz standartla tutarlı olması için hangi parçanın test edilmesi gerektiğini ve nasıl test edileceğini bildiğinizden emin olun.
 
Simülasyon ve Simülasyon Modeli (Simulation and Simulation Model)
Tuğla DC-DC modülünüzün spice modeli varsa, tüm devrenizi simüle ederek, nihai voltaj ve yükleme koşulları keşfedilebilir. Gerilim ve akım dalga formları, geçici akımları ve dalgalanmaları doğrulamak için gözden geçirilebilirsiniz. Spice modeli yoksa ideal bir dc-dc modül kullanıp çevre elemanlarının simülasyonunu yapmanız daha sonra yaşayacağınız sürpriz hataların önüne geçecektir.
 
Tasarımın ihtiyaç duyulan zamanda gereken çıkış geriliminde, çıkış akımını işleyebildiğini doğrulamak için bir simülasyon çalıştırmak her zaman ihtiyatlı bir yaklaşımdır. Bileşenin varyasyonlarının frekans, yük ve sıcaklık değişimlerine göre nasıl performans gösterdiğini bilmek önemlidir. Bazı tuğlanın ve çevre elemanlarının dinamik doğası nedeniyle, en kötü durumları aşırı yükte değil, ikisinin arasında bir yerde olabilir. Güç kaynağınızı hedef devrenizdeki tüm olası varyasyonlar için test etmek önemlidir. En kötü durum simülasyonları, tasarımcıların hangi bileşenlerin tasarımı daha önemli etkileyebileceğini keşfetmelerine ve diğer sorunları belirlemelerine olanak tanır.
 
Simülasyon için vakit yoksa en azından tuğla çok önceden sipariş edilip satın alındıktan sonra hemen üzerinde en kötü durum senaryoları denenmelidir.
 
Herhangi bir uygulamadan önce, tüm çalışma sıcaklığı aralığı boyunca doğru çalışmayı simüle edin. Spice ile simülasyonlar, farklı bileşen tolerans varyasyonları altında performansı belirlemek için Monte Carlo analizini veya en kötü durum analizini çalıştırmamızı sağlar. Yük durumunu değiştirmek için de kullanılabilir.
 
Çok değişik firmaların örneğin; Linear Technologies'in LTSpice, Texas Instruments (TI)' in, TINA ve Webench' i , Power Integration firmasının PI Expert programları sunulmaktadır. Ve diğer tedarikçilerin de simülasyonu, seçimi ve bileşen değerlendirmesini basitleştirmek için çeşitli araçları vardır. Bunları kullanmaya gayret gösterin.
 
Herhangi bir bileşende olduğu gibi, anahtarlama güç bileşenlerinin sıcaklık aralıklarının üzerinde bir değer kaybı faktörü vardır. Cihazınızın ihtiyaç duyduğu güç çıkışını tahmin etmek için daha kötü durumu kullanın. Frekans aralığındaki güç bileşenlerini karakterize etmek, EMI performansı hakkında bazı yanıtlar sağlayabilir.
 
Simülasyonlarınızı en kötü durum senaryolarıyla çalıştırın ve çeşitli yük varyasyonlarıyla sıcaklık ve tolerans aralığında iyi performans göstereceklerinden emin olmak için bileşenlerin toleranslarını doğrulayın. Farklı bileşenlerle simülasyon, çok çeşitli alternatifler sağlayabilir, maliyet kararları için daha iyi bir perspektif sunabilir ve bileşen boyutlandırmasını doğrulama fırsatını açabilir.
 
PCB Detayları (PCB Details)
Bazı bileşenler PCB için soğutucu olabilir. Bu bileşenler için kullanılan alan, salınan ısıda rol oynar. Ayrıca, bakır tabakanın kalınlığını ve herhangi bir ek termal yol ve dağılım olması gerekip gerekmediğini de göz önünde bulundurun.
 
Bazı şematik çizim ve pcb çizim programlarında, daha fazla gücü idare etmek için doğru ayak izi(footprint) olmayabilir. Bu durumda; PCB düzeninde ek bakır tanımları gerektirebilirler. Bunu mutlaka footprint üzerinde yapın.
 
Voltaj düşüşlerini azaltmak ve endüktansı en aza indirmek için kısa ve geniş PCB yollarını kullanın.
 
Yüksek frekanslı anahtarlama, iyi bileşen düzenini zorunlu kılar. Anahtarlama elemanlarını önce ve enerji depolama elemanının yakınına yerleştirin.
 
Radyasyonu ve yüksek frekanslı rezonans sorunlarını azaltmak için giriş ve çıkış döngülerini en aza indirin. Bu strateji, elektromanyetik radyasyonun ana suçlusu olan PCB üzerindeki akım döngülerini en aza indirecektir.
 
Ayrıca, bileşenleri yerleştirmek için demo board ve tuğlanın varsa referans tasarımlarına bakın. Sağlam bir zemin düzlemi (Ground plane) ve zemin(ground) kullanımı, ısının yayılmasına ve güç aktarımının artırılmasına yardımcı olacaktır.
 
Raf Ömrü (Shelf Life)
Elektronik bileşenlerin raf ömrü, malzeme özellikleri veya sonlandırmaların azalan lehimlenebilirliği ile sınırlıdır.
 
Tüm bileşenler, üretim tarihinden itibaren iki yıl içinde belirtildiği gibi işlenebilir. Müşteri ile yeterli depolama süresine imkan tanımak için bileşenler, iki yıllık garanti süresinin bitiminden en az bir yıl önce teslim edilmelidir.
 
Test
Komponent seçimi için tasarım yönergelerini ve formüllerini takip etmek, tasarımı bir şekilde doğrular. Devre simülasyonu, sınır koşullarındaki işlemler açısından birkaç başka soruya cevap verebilir. Bununla birlikte, önemli olan husus, nihai performans testinin uygulanmasıdır. Nihai güç ve EMI doğrulaması, yalnızca hedeflenen uygulamanızla gerçek bir kartta mümkündür. Askeri sistem veya cihazlar tasarlanırken nihai ürüne yakın testin yapılması zorunluluk gibi bir şeydir.
 
Tüm anahtarlamalı güç kaynakları bir miktar EMI yaydığından, bunlar arıza için potansiyel suçlulardır. Dikkatli bileşen yerleştirme, yerleşim, ürün entegrasyonu ve paketleme genel emisyonları azaltabilir, ancak bunun nihai üründe doğrulanması gerekir. Bazı dc-dc modüller, anında anahtarlama frekansını sürekli olarak değiştiren salınım sunar. Bu nedenle, enerji daha geniş bir alana yayılır ve her bir frekansta yayılan enerjinin ortaya çıkan büyüklüğü daha düşüktür.
 
Son olarak, anahtarlamalı güç kaynağının ve ürünle ilişkili geri kalan elektronik aksamın yeterli performansını doğrulamak için tam sıcaklık aralığı testi ve sahada çalıştırma gerçekleştirilmelidir.
 
Seçenekler (Ek fonksiyonlar)
Gereksinimlerde ek fonksiyonlar varsa bunlar da değerlendirilmelidir. Ek fonksiyonlar; Senkronizasyon, paralel ve seri kullanım vb. daha birçok ek bilgi ayrıca değerlendirilmelidir.
 
 Sonuç
Standart tuğla uygulama bilgisinin çeşitli yönlerini inceledik.
​
Tuğla modül kullanmanın avantajları;
1-) Tuğlalar, izolasyon, voltaj düşürme ve düzenleme sağlayan bileşenlerdir.
 
2-) Tam bir güç sistemini tamamlamak için genellikle etraflarında ek bileşenlere ihtiyaç duyacaklardır.
 
3-) Tuğlalar, nispeten yüksek izolasyon hizmeti için tasarlanmıştır (genellikle 1500V veya üzeri ve temel izolasyon),
 
4-) Genellikle dahili giriş sigorta korumasına sahip değildir.Tüm sistem uygulamalarında temel bir gereklilik olarak harici sigortalar önerilir.
 
5-) Modül boyutu seçimi, çevresel tasarım parametreleri kullanılarak modül sıcaklığının bir analizini içermelidir.
 
6-) Modül boyutunda en iyi seçim, her zaman yükü kaldırmaya yetecek kadar çıkış akımına sahip en küçük seçim değildir. Daha yukarıda güç verecek bir modül seçilmelidir.
 
7-) Sistem güç yönetimi alanı çok sınırlıysa, çıkış dalgalanma kontrolü sorunlu olabilir.
 
8-) Tuğla devre topolojisi, belirli dalgalanma genliği hedeflerini karşılamak için gerekli olan çıkış filtresi bileşenlerinin boyutunu belirleyebilir.
 
9-) Tuğla tabanlı güç alt sistemlerine yerleştirilen EMI gereksinimleri, önemli filtre maliyeti ve alan faktörleri gerektirebilir.
 
10-) Giriş filtrelemesini en aza indirirken dahili tuğla devre topolojisi önemli hale gelir. Tuğla başlatma(start-up) sırasında monoton bir "çıkış voltajı rampası" sağlanmalıdır.
 
11-) En küçük tuğlaların güç değerlerinde birçok iyileştirme için yer var.
 
12-) Malzeme ve bileşen değişimi ve iyileştirmeleri verimlilik ve montaj kazançları sağlar. Küçük PCB ayak izleri (footprint)" olan modülün yakın gelecekte daha güçlü çıkış verebilen modelleri çıkma olasılığı yüksek olduğundan, küçük ayak zili modül kullanıldığında gelecekte de PCB değişikliği olmadan yükseltilebilir olacaktır.
 
13-) Diğer karta monteli anahtarlama güç kaynaklarına kıyasla tuğla dönüştürücülerin küçük bir avantajı, çalışma frekansının diğer türlere (birkaç MHz' ye kadar) kıyasla tipik olarak düşük (200 ila 400 kHz) olmasıdır, bu nedenle dalgalanma ve EMI zorluklarını çözmek biraz daha kolaydır.
 
14-) Tuğla tipi dönüştürücülerin çoğu, iletim soğutması için bir taban plakası içerir veya bir taban plakası seçeneği ile sunulur. Taban plakası hem doğal konveksiyon hem de zorlamalı konveksiyon ortamlarında kullanıldığında termal performansı artırır.
 
15-) İzole edilmiş tuğla dönüştürücülerin çoğu, dönüştürücüyü aşırı ısınmadan korumak için termal kapatma devresi içerir. Bu koruyucu devreler, normal sıcaklıklara geri dönüldükten sonra otomatik olarak düzelen dönüştürücünün kapanmasına neden olur.
 
Tuğla modül kullanmanın dezavantajları;
1-) Mühendislerin göz önünde bulundurması gereken en önemli zorluklar, kendi başına böylesine karmaşık devreleri taşıyacak yeri olmayan bir tuğladan gelen voltaj ve akım dalgalanmasını sınırlamak için giriş ve çıkış filtre devreleri tasarlamak;
 
2-) Tuğlanın, hızlı değişen bileşenlerin kart üzerindeki diğer hassas bileşenler için elektromanyetik girişim (EMI) sorunları yaratmayacak şekilde konumlandırılmasını sağlamak;
 
3-) Çok fazla güç üreten yoğun şekilde paketlenmiş bir cihaz tarafından üretilen ısının yönetilmesi.
 
4-) Yük altında çalışırken, başlangıç anında(start-up) giriş kısmında büyük değerli elektrolitik kapasitör kullanımının gerekebilmesidir. Askeri standartlardan dolayı MIL-STD-1275, MIL-STD-704 ve DO-160 gibi standartlarda voltaj düşmelerinde kararlı çalışılması istenilen güç kaynaklarında tutma süresi(hold-up time) büyük önem kazanmaktadır. Bu durumda kullanılacak hold-up devrelerinin kaplayacağı alan da iyi hesaplanmalıdır.
 
5-) Güç kaynaklarının değiştirilmesi, tipik olarak çıkışta önemli bir voltaj dalgalanması üretir. Bu durumda, mühendisin hem giriş hem de çıkış tarafında kart üzerindeki ek pasif bileşenleri dikkate alması gerekecektir. Elektromanyetik parazit kaynakları için filtre devreleri ve EMI için konumlandırma konuları önem kazanacaktır.
 
6-) Termal yönetim düşünüldüğünde, temel unsurlar, bir soğutma fanından doğal konveksiyon veya zorla konveksiyon hava akışı olabilen dönüştürücü boyunca maksimum çalışma sıcaklığı ve hava akışıdır. Doğal konveksiyon soğutma ile sınırlandırılmış uygulamalar için, tuğla tipi dönüştürücüler tipik olarak maksimum ortam hava sıcaklığına bağlı olarak maksimum kapasitelerinden düşürülmelidir. Bu, belirli uygulamalarda daha büyük bir tuğla kullanmak için başka bir sebep olabilir. Bu da maliyet ve ebat olarak sorun oluşturabilir. Fakat bazı durumlarda performans her şeyden üstün tutulacaktır.

Konunun devamı niteliğindeki 2. yazımız yakında yayınlanacaktır. Mutlaka okuyunuz...

​ATQ150-WH36 serisi Yarım Tuğla (Half Brick) DC-DC çeviricilerimiz; 

9-18VDC, 9-36VDC, 18-36VDC, 18-75VDC, 36-72VDC vb. giriş voltaj aralıklarına sahip diğer alternatif ürünlerin tümünün voltaj aralığını kapsadığından, ürünümüz hepsinin giriş voltaj aralığı yerine kullanılabilir. 

​

Modülümüz, izole ve 150W çıkış gücü sağlamaktadır. 12VDC, 15VDC, 24VDC, 28VDC, 36VDC, 48VDC ve 56VDC, 72VDC nominal girişler için esnek tek bir çözüm sunarak bu modülleri özellikle pil, araç, telekom, güneş paneli, otomotiv, askeri, mobil  vb.  uygulamalar için uygun hale getirir.

"ATQ150-WH36S24" 9-75VDC giriş voltaj aralığına sahip izole 150W DC-DC modülümüzü incelemek ve/veya satın almak için tıklayınız....