Elektronik Devreler Ters Voltajdan Nasıl Korunur?

Elektronik devreler tasarlarken ters voltaj koruması eklemek önemlidir. Bu koruma eklenmezse yanlış beslemeler sonucunda, tasarlanan devrenin bozulması çok olasıdır.

Bunu yapmanın en kolay yolu diyot kullanmaktır. Diyot; elektrik akımının sadece bir yönde akmasına izin veren, yarı iletken malzemelerden yapılmış iki bacaklı bir elemandır. Devrenin enerji girişine seri bağlandığında ters voltaj verilirse devreden neredeyse hiç akım geçmeyecektir. Bu da devrenin bozulmasını önleyecektir. Ancak diyot kullanmanın dezavantajları vardır. Diyotlar aşırı ısı üretirler (bir miktar enerji boşa harcanır). Farklı diyotlar (örneğin schottky diyotlar) daha az enerjiyi boşa harcayabilir. Ancak diyot kullanmak yerine daha verimli ve iyi yöntemlere başvurmak doğru olacaktır. Çünkü standart diyot yerine farklı bir tür diyot kullanıldığında ters bağlantıda akan akım miktarı yükselebilir.

1 amperlik bir yükü ters akımdan korumak için 6A10 diyotunu kullandığımızı varsayarsak 0.90*1 = 0.90W güç kaybı yaşarız. Bu kayıp ısıya dönüşecektir.

Bu iş için P-kanallı bir MOSFET kullanmak daha verimli olacaktır. Öncelikle kullanacağınız MOSFETi yükün ihtiyaçlarına göre belirlemelisiniz. MOSFET’lerle çalışırken bacaklara dikkat etmek oldukça önemlidir. Çünkü çok hassas elemanlardır ve yanlış bağlantı yapıldığında kolayca bozulabilirler. Ayrıca içlerindeki yarı iletken tabakalar çok incedir. Bu nedenle statik elektriğe maruz kalan bir MOSFET bozulabilir. MOSFET’leri kullanırken ve depolarken buna önem verilmeli, kullanılan havya mutlaka topraklı olmalı ve çok sıcak olmamalıdır.

P-kanallı MOSFET’ler gate uçlarına negatif voltaj uygulandığında çalışırlar.

Şema 1: P kanallı MOSFET ile yükü ters akımdan korumak

Şema 1’deki devreyi kullanarak yükleri ters akımdan koruyabilirsiniz. Amacınıza uygun bir transistör seçmeniz çok önemli. Örneğin yukarıdaki şema ile 20 volttan daha büyük voltajla çalışan devreleri doğrudan koruyamazsınız. Çünkü IRF9540 transistörünün “Gate-to-Source” voltajı datasheet’inde 20 volt olarak belirtilmiş. Ancak bir zener diyot ve direnç yardımıyla gate voltajını limitlemeniz mümkün. Gate voltajını 20 voltu geçmeyecek şekilde limitlerseniz örnekteki devreye 100 volt kadar voltaj verebilirsiniz. Bu voltaj değerleri her transistör için farklı olacağından MOSFET seçerken datasheet’ine bakmayı unutmayınız. Transistörden geçebilecek en yüksek sürekli akım da seçim yaparken önemlidir. Örneğin 20A çekecekseniz 20 amperlik bir MOSFET bir süre sonra bozulabilir çünkü bu değer ideal şartlar altında geçerlidir. (Çok iyi soğutma gibi) Bu nedenle seçim yaparken daha yüksek değerler seçmek daha faydalı olacaktır.

12 volt 1 amper ile çalışan bir yükü bu devreye taktığımızı düşünelim. Diyotlar ve normal transistörlerin aksine MOSFET’lerin sabit bir voltaj düşümü yoktur. Bu değer çekilen akıma bağlıdır. Bu sebeple ters voltaj koruması için çok verimlidirler. 12 voltu devreye verdiğimizde Gate-to-Source voltajı örnekteki transistörün iç voltaj düşümünden dolayı en az -10.4v olacaktır. Bu da negatif voltajlarla tetiklenen P kanallı MOSFET’leri iletken hale getirmek için yeterlidir. Veri sayfasına göre MOSFET iletken moddayken maksimum 0.117 ohm bir dirence sahip olabilir. Bu da 1 amperlik yük için 0.117*(1)^2=0.117W ısı enerjisi demek. Diyotla karşılaştırırsak 0.783W enerjiyi boş yere ısıya çevirmiyoruz demektir 🙂 Ancak MOSFET seçerken iç direncinin düşük olmasına önem verin. Enerji kaybını azaltmak için bu önemli.

Fakat voltajı ters bağlarsak Gate-to-Source voltajı +12 volt olarak ölçülür. Bu değer pozitif olduğu için MOSFET yalıtkandır. Yani yüke akım gitmez.

Bu devrenin verimi voltajla doğru orantılıdır. Voltaj arttıkça verim artar çünkü voltaj azaldıkça MOSFET’lerin iç direnci artar. Ayrıca soğutma da önemlidir çünkü MOSFET ısındıkça direnci artacaktır.

Bu devre normal voltajlarda (örn. 12v) verimlidir ancak çok küçük voltajlarda verimsiz çalışacaktır. Bunun sebebi ise MOSFET’lerden geçebilecek akım miktrarının gate voltajı ile orantılı olmasıdır. Bu durumu dikkate alarak diyot – MOSFET seçimi yapmalısınız. Fakat diyotların da yaklaşık 0.7v kadar voltaj düşümüne sebep olacağını unutmayınız.

Not: Bu devre sadece yükler için kullanılabilir. Voltaj kaynakları (batarya vb.) için kullanıldığında çalışmayacaktır. Voltaj kaynakları için kullanılabilecek koruma devresi için ayrı bir yazı yazmayı düşünüyorum. Umarım faydalı bir yazı olmuştur. Başka bir yazıda tekrar görüşmek üzere…

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.