Güç Elektroniği 2

Dizinin ikinci yazısında tetikleme elemanlarını okuyabilirsiniz.

Birinci bölümde SCR'lerin tetiklenmesi başlığı altında sayılan tetikleme yöntemleri arasında en çok kullanılan yöntem pals  kullanılmasıydı diğer yöntemler (ışık ile hariç) SCR'yi zorlayarak ya da hasara sebep olacak şekilde istenmeyen sebeplerle iletime sokulmasıdır. Kısaca konuya bakacak olursak  SCR yi tetiklemek için SCR'nin gate ucuna;

a- Gerekli miktarda akım uygulamak (SCR nin katoloğunda belirtilen değerde) 
b- Pals veya pals dizisi uygulamak.

Gerekir ancak SCR'nin güç tüketimi göz önüne alınacak olursa pals dizisi uygulamak daha mantıklı bir seçim olur.  İşte sırf bu pals dizisini oluşturmak amacıyla geliştirilen tetikleme elemanları bu bölümün konusu.

Konuya  a seçeneğinden başlayacak olursak en basit SCR tetikleme yöntemi olduğunu söyleyebiliriz. SCR'nin yüke bağlanış şekline dikkat edin. A anahtarı kapatıldığı zaman şebeke pozitife gittiğinde gate devresinden akım akacaktır SCR'nin bir sinüs dalgası üzerindeki tetikleme açısı  R2 ile belirlenir (ancak böyle bir devreyle 0-90 derece arası tetikleme yapılabilir) eğer pot değeri küçükse düşük voltajlarda bile SCR'yi tetiklemek mümkün olacaktır. Eğer R2'nin değeri yüksekse SCR'nin tetiklenmesi için gate akımını elde etmek için besleme gerilimi pozitif yönde büyümelidir. Bu ise tetikleme açısını gecikmesini artırıp ortalama yük akımını azaltır.

R direnci potansiyometrenin değerinin 0 olması durumuna karşı gate devresini korumak amacıyla konmuştur. Aynı zamanda R direnci ile en tetikleme açısı için en küçük gecikme tespit edilir.

TETİKLEME AÇISINI BÜYÜTMEK:  Biraz önceki durumda potansiyometrenin direncine göre sadece 0-90 derece arasında tetikleme yapılıyordu bu acıyı 90 derecenin üzerine taşımak istersek  gate katot arasına bir kondansatör koymamız yeterli olacaktır. Bu durumda Vi kaynağının SCR düz yönde kutuplanırken kondansatör zıt polariteye şarj olmaya başlar fakat bu yeni kutuplaşma negatif yükün kondansatör plakalarında nötrleşinceye kadar gecikir gate uygulana pozitif  gerilimdeki bu gecikme 90 derecenin üzerine çıkar. Büyük potansiyometre direnci kondansatörün üst plakasının pozitif yüklenmesini uzatır böylece SCR daha geç tetiklenir. Daha da büyük gecikme istenirse  şekil 3 deki gibi bir ek gecikme (RC) devresi kullanılır.

TETİKLEME ELEMANLARI

SCR'lerin tetiklenmesinde iki sakınca vardır bunlardan birisi sıcaklık bağımlılığı ikincisi birbirinin tamamen aynısı iki SCR'nin bulunamamasıdır. Bulunamaz çünkü katalogda birbirinin aynı görünen iki SCR'den hangisinde daha çok (atom bazında) yabancı madde olacağını bilemezsiniz bu tetikleme anında iki SCR'den birinin mikro saniye gibi küçük bir zaman diliminde daha önce iletime geçmesi anlamına gelir ki  iki SCR'nin seri bağlı olduğunu varsayarsanız bu kısa zaman içinde tasarlananın 2 katı voltaja maruz kalması yada paralel ise 2 katı akımın üzerinden geçmesi anlamına gelir şüphesiz ki mikro saniye küçük bir zaman dilimi ancak SCR'lerin yüksek voltajda  (5000 volt  1000amper) ve akımda çalıştıklarını düşünürseniz bu kısa zaman diliminde kolaylıkla yanabilirler.
Sıcaklığa gelince bu biraz daha basit: bir SCR'nin ısısı yükseldikçe daha küçük gate akımlarında iletime geçer bu istenmeyen bir durumdur çünkü çalışılan ortam sıcaklığı değişebilir. Bu sakıncalar tetikleme elemanları kullanılarak giderilebilir. Bir SCR tetiklenirken en uygun yöntemin gate ucuna pals uygulamak olduğunu yazmıştım fakat bu pals nasıl olmalı? Bu palsın gate de harcanan gücü minimumda tutması açısından kısa süreli yani yüksek frekansta ve bir çizgi  şeklinde aniden yükselen bir pals olması tercih edilir .

SHOCKLEY DİYOT (DÖRT KATMANLI DİYOT): Shockley  diyot  anot katot gerilimi ile iletime geçme noktasında çalışa  bir diyottur  yani tıpkı bir SCR nin belli bir voltajdan sonra gate sinyali olmaksızın iletime geçmesi gibi yapısı da benzeyen shocley diyotta aynı mantıkla çalışır belli bir voltajdan sonra iletime kendiliğinden geçer yapısı sembolü ve karakteristiği sekil 4abc de görülebilir.

Shockley diyot kullanarak  gerçekleştirilen bir osilatör şekildeki gibidir devreye Va gerilimi uygulandığında C kondansatörü üstel olarak şarj olur kondansatör gerilimi Vi noktasına ulaşıncaya kadar diyot açık devredir kondansatör gerilimi Vi voltajına ulaşınca diyot iletime geçer ve  kondansatör çok hızlı bir şekilde diyot üzerinden boşalır  sonuçta  şekil 5b'deki çıkış sinyali elde edilir

Osilatörün periyodu şekil 5c'deki  Formül ile hesaplanır burada T: periyot R: direnç(ohm cinsinden) C: kondansatör (farad) Va: besleme gerilimi (volt) Vi: diyotun iletime geçme gerilimidir. Şekil 5a daki devrenin Vo ucunu bır tristörun gate ucuna bağlanırsa  tristör sekil 5b'deki gibi tetiklenir.

-UJT (UNI JUNCTION TRANSISTOR) TEK EKLEMLİ TRANSİSTÖR:
UJT üç uçlu  bir elemandır temel yapısı şekil 6'daki gibi hafif katkılanmış (direnç karakteristiği yükseltilmiş) kalınca bir dilim N tipi silisyum malzemesi üzerinde P malzemesi oluşturularak elde edilir (difüzyon yöntemi ile transistör üretim tekniği)) yapısında tek PN eklemi bulunmasından dolayı kendisine unijunction (tek eklemli) denir N malzemesinin iki ucu beyz 1 ve beyz 2 olarak adlandırılır bu özelliği dikkate alınarak UJT ye çift beyzli diyot da denir. Sembolündeki emitör ucunun eğimli olması fetten ayıran özelliğidir.

UJT'lerin genel özellikleri: 
-UJT'ler osilatörlerde tetikleme devrelerinde testere dişi generatörlerde ve zamanlama devrelerinde geniş ölçüde kullanılırlar.
-h; sıcaklık değişimlerine karsı oldukça kararlıdır -50 derece ile +125 c arasında karakteristiğindeki farklılaşma %10'dan küçüktür.
-Sıcaklık attıkça h azalır fakat Rbb artar
-Aynı tip UJT'ler arasındaki sıcaklık kararlılığı iyi değildir. h %30 veya daha fazla olabilir.
– h; 0,5 ile 0,8 arasındadır 
-Rbb; 5kW ile 10kW arasındadır.
-Rb1; Ie akımının 0 ile 50mA arasındaki  değişimi için 5k ile 50W arasındadır.

PUT (Programlanabilen Unijunction Transistör) 
Programlanabilen tek eklemli transistör (PUT); yapısı ve sembolü yaklaşık SCR'ye, karakteristik eğrisi ve çalışma prensibi UJT'ye benzeyen bir devre elemanıdır. Genellikle osilatör olarak kullanılır. Yapısı, elektriksel eşdeğeri ve sembolü şekil-7c b'deki gibidir.

PUT'un gate ucu, anot ucunun yanındaki N malzemesine bağlanmıştır. İletime geçebilmesi için gate ucuna, anot ucuna göre negatif bir gerilim uygulanmalıdır.

PUT'un katot ucu, UJT'nin B1 ucuna benzer. Teti
klendiğinde çıkış sinyali bu uçtan alınır.

PUT'un anot ucu, UJT'nin emitör ucuna benzer. Anot gerilimi, tepe(peak) gerilim olarak adlandırılan, kesin bir kritik Vp değerine ulaştığında PUT tetiklenir.

PUT'un gate ucu, UJT'nin B2 ucuna benzer. Gate gerilimi, besleme kaynağından gerilim bölücü ile elde edilir.

Şekil-7b'deki devrede gate ucuna anot ucuna göre negatif bir pals uygulanırsa, Q1 transistörü iletime geçer ve aynı anda Q2 transistörünüde iletime sokar. Böylece Anot-Katot arasından akım akar. Gate ucuna uygulanan pals kesilirse, Anot-Katot akımı kesilir.

Şekil put ile yapılan tipik bir osilatör devresi şekil 8'deki gibidir. Şekildeki devreden alınabilecek üç farklı sinyalden en çok kullanılanı Vo2 sinyalidir  ancak yapılacak tasarıma göre diğer sinyallerde kullanılabilir.

SİLİSYUM TEK YÖNLÜ ANAHTAR (SUS)
Silisyum tek yönlü anahtar (sus) shockley diyota benzer. karakteristiği şekil 9c'deki gibi olan  sus  un sembolüne bakılırsa shockley diyottan tek farkı gate ucu olduğu görülür. Eğer gate ucu kullanılmazsa sus shockley diyot gibi davranır. SUS'un elektriksel eşdeğeri şekil 9b'deki gibi iki transistor bir direnç ve zenerden ibarettir. Anot katot uçları arasındaki gerilim düşümü 0,7volt + zener gerilimi kadardır.

Bu eşitlik aynı zamanda SUS'un gate ucu kullanılmadan iletime geçirilmesi için gereken gerilim değeridir. SUS'un VI karaktersitiği şekil 9c'deki gibidir.

Düz yönde biaslandığında(anot + ,katot -), Vp geriliminde iletime geçer ve üzerinden akan akım hızla artar. Ters yönde biaslandığında (anot – ,katot +) SUS'un üzerinden sadece sızıntı akımı akar, belli bir gerilim değerinden sonra SUS bozulur.

Bir SUS'un düz yönde iletime geçme gerilimi Vp, gate-katot uçları arasına bit zener diyot bağlanarak değiştirilebilir. Mesela şekil-10'daki devrede zener diyot 3.3 v. ise tetikleme gerilimi : 
                                                        Vp=3.3+0.7=4v.       olur.

SUS'lar düşük gerilim ve düşük akımlı elemanlardır. Uygulamada kullanılan birçok SUS için Vp; 8v., akım sınırı ise 1A.'in altındadır. Eğer bir SUS devresinde anot ucundan katot ucuna bir akım akarsa SUS; daha düşük(yaklaşık 1v.) anot-katot geriliminde tetiklenebilir.

DIAC

Şimdiye kadar incelenen tetikleme elemanlarının hepsi tek yönlüydü. Bu; uçlarının anot-katot olarak isimlendirilmesinden de anlaşılmaktaydı. Diac; iki yönlü bir tetikleme elemanıdır. Yapısı şekil-11A�da görüldüğü gibi , gate uçları kullanılmayan ve birbirine ters paralel bağlı iki SCR gibi veya gate ucu olmayan triac gibi düşünülebilir.

Sembol olarak şekil-11B'deki gösterimlerden biri kullanılır. Uçlarının A1, A2 olarak işaretlenmesi ve birbirine zıt iki ok ile gösterilmesi çift yönlü bir tetikleme elemanı olduğunu anlatır.

Bir diac'ın karakteristik eğrisi şekil-12'deki gibidir.

Düz yönde uygulanan gerilim, düz yön iletime geçme gerilimi +Vi'den küçük olduğu müddetçe, diac üzerinden bir akım akmaz. +Vi gerilimine ulaşıldığında iletime geçer ve akımı yükselir, uçları arasındaki gerilim düşümü azalır. Negatif bölgedeki (ters yöndeki) davranışı da aynıdır. Ters yönde uygulanan gerilim, ters yön iletime geçme gerilimi  -Vi'den küçükse, diac akım akışına müsaade etmez. -Vi'ye ulaşıldığında, diac ters yönde iletkenleşir.