Elektronik Yük Nedir?

Elektronik yükler yarı iletken komponentlerin kullanılmasıyla oluşturulmuş ayarlanabilir direnç(yük) olarak tanımlanabilir. Direncin(yük) değişen gerilim, akım vb. durumları için el ile değiştirilmesi mümkün olmadığı için güç kaynaklarını ve pilleri ölçmek, değerlendirmek için elektronik yükler kullanılmaktadır. Aşağıda laboratuvar ve atölyelerde kullanılan elektronik yükleri görebilirsiniz.

Elektronik Yük Temelleri

Elektronik yüklerin elektronik tasarımları çok karmaşık değildir. Temel mantıkları yarı iletken anahtarlama elemanlarının (bjt transistor, mosfet, igbt, jfet vb.) base, gate bacaklarına verilen tetikleme akımı ya da voltajıyla beraber ayarlanabilir direnç görevi görmesidir. Genellikle bu devreler 4 temel tipten oluşur. Bunlar sabit akım(CC), sabit voltaj(CV), sabit direnç(CR), sabit güçtür(CP).

•Sabit Akım(CC)

Sabit akım modu(devreleri) adı üstünde ne olursa olsun sabit akım çeken(tüketen) devrelerdir. Temel mantığı genellikle şönt direncin oluşturduğu gerilim ile kurulan karşılaştırıcı op-amp devresinin yarı iletken anahtarlama elemanını anahtarlamasına dayalıdır. Genellikle FET ve IGBT kullanılır.

Sabit akım için kullanılan devre yukarıdaki gibi olmaktadır. Dijital sistemlerde op-amp'ın non-inverting pinine bağlı olan voltaj kaynağı yerine bir dac(dijital analog çevirici) bağlanarak dijital sabit akım elektronik yük devresi kurulabilir. Sabit akım olarak isimlendiriyoruz ancak voltaj çok düşük olduğunda yüksek akımlar elde edilemeyeceği için sistem çalışmayacaktır. Düşük voltajlar için FET ve şönt direnç seçimi önemlidir. Şönt direnç hakkında bilgi almak için Akım Ölçme Yöntemleri isimli makalemi okuyabilirsiniz.

•Sabit Voltaj(CV)

Sabit voltaj modu(devreleri) tipik olarak akım kaynaklarını denemekte kullanılır. Örneğin ledler için kullanılan sabit akım kaynağını denemek istiyorsunuz. Ledleriniz 12V değerinde siz cihaz üstünden sabit voltaj olarak 12V ayarlarsanız devre akım kaynağı 12V gerilime eşit olana kadar akım çekmeye çalışacaktır. Temel devresi şu şekildedir.

Sabit voltaj için kullanılan temel devre yukarıdaki gibidir. Giriş voltajı voltaj bölücü ile düşürülür, ardından karşılaştırıcı ile karşılaştırma yapılır ve FET ya da diğer yarıiletken anahtarlama elemanları anahtarlanarak voltajın ayarlanan değere ulaşması sağlanır. Bu devre aslında biraz tehlikelidir. Nedeni ise akım kaynağı yerine bir güç kaynağı takılması durumunda voltaj istenen değere düşmeyeceği için akım koruması olmayan elektronik yüklerin anahtarlama elemanını yakacaktır. Bu nedenle laboratuvar tipi elektronik yükler sürekli akımı ölçerek anlık riskli bölgeye ulaşması durumunda devreyi açık devre konumuna getirir ve uyarı verir.

•Sabit Direnç(CR)

Sabit direnç devresi diğer iki moda göre daha zor bir devredir. Nedeni akımın ve voltajın aynı anda işlenmesinin gerekliliğidir. Aslında bir elektronik yük kavramının asıl karşılığı olan moddur ancak çok sık kullanılmazlar. Bu işlem genellikle yüksek hızlı denetleyiciler ile yapılmaktadır.

•Sabit Güç(CP)

Sabit güç devresi de sabit direnç gibi analog tasarımlar ile yapılması zor olan bir devredir. Bu nedenle genellikle bir denetleyici ile sürülürler. Voltaj sınırları ve akım sınırları içerisinde sabit güç modu kullanılabilmekte ve istenilen güç test edilen kaynaktan çekilmektedir. Bu mod genellikle solar panel gibi yarı iletken kaynaklarının testleri için kullanılmaktadır. (bkz: MPPT)

Rejeneratif Elektronik Yük

Rejeneratif tipteki elektronik yükler yüklenene enerjinin çok küçük bir kısmı haricindekini şebekeye yeniden basar. Bu şekilde enerjinin yalnızca cihazın verimsizliğinden kaynaklı %5 gibi bir miktarı ısıya çevrilir. Hem cihaz boyutları çok küçülür, elektrik tüketimi azalır ve yüksek miktardaki güçlerde klima tarzı soğutma gereksinimlerini kaldırır. Genelde daha kompleks yapılara sahiptirler ancak yüksek güçlerde en mantıklı çözümdür. Ancak yerel şebekenin kaldırabileceği kadar enerjiyi basabileceği için özel izinler ve yüksek güçlü şebekelere ihtiyaç duyulur.

Elektronik Yük Kullanım Örnekleri

•Güç Kaynakları

Güç kaynaklarını denemenin en iyi yollarından birisidir elektronik yük kullanmak. Belki de karmaşık güç kaynağı tasarımlarının vazgeçilmezlerinden birisi. Çünkü her ne kadar tasarladığınız devreye güvensenizde ani akım değişimleri veya yüksek güç gibi durumlarda sorun çıkartabilirler. Endüstriyel bir tasarımda ürünü piyasaya vermeden önce kesinlikle uzun süreli güç denemeleri yapılmalıdır.

•Batarya

Özellikle gelişen teknolojiyle beraber hayatımıza giren pek çok bataryalı sistem ve ürün görmekteyiz. Bataryalı sistemlerde şarj deşarj döngülerinin karta zarar verip vermediği. Belirli akım değerlerinde bataryanın ısınıp ısınmadığı gibi verileri ölçmek ya da en basitinden bir bataryanın kapasitesini öğrenmek için elektronik yükler kullanılmaktadır. Pilin karakteristiklerini çıkartmak için elektronik yükün haricinde güç kaynağı ve veri kaydetme cihazlarının da beraberinde kullanılması gerekebilir.

•Taşınabilir Cihazlar

Taşınabilir cihazların başında neredeyse herkesin elinde bulunan cep telefonları örnek olabilir. Ancak pek çok taşınabilir cihazlar bulunmakta akıllı saat, akıllı bileklik, dizüstü bilgisayarlar ve akla gelmeyen pek çok cihaz bulunmakta. Bu cihazlar piyasaya verilmeden önce gelişmiş elektronik yükler ile uzun süreli deneyler yapılır. Bu deneyler ile oluşacak sorunlara önceden önlem alınarak ürünün daha uzun ömürlü olması sağlanmaya çalışır.

•Güneş Panelleri

Güneş panellerini denemek için en iyi cihaz bir elektronik yüktür. Güneş panelleri ile çalışacak devre simüle edilerek VI(Voltaj-Akım) grafikleri incelenir. Her ne kadar kaliteli ürün satan satıcılarda olmasa da piyasadan alınan bazı güneş panelleri kullanılmış olabilirler. Kritik sistemlerde kullanılacak güneş panellerinin denenmeden kullanılması sakıncalı olabilir. Bu sorunları aşmak için en iyi çözüm kaliteli bir elektronik yük sahibi olmaktır.

•Kesintisiz Güç Kaynakları

Kesintisiz güç kaynaklarında verim çok önemlidir. Çünkü 10-15dk kullanılacak (dinamik ups hariç) sistem için 1dk bile kritik olabilir. Özellikle ups devrelerinin karmaşık olması, ac-dc karışık çalışması gibi nedenlerden kaynaklı verimde ya da voltaj kararlılığı gibi özelliklerde problemler oluşabilir. Bunları denemenin en iyi yolu yine bir elektronik yük kullanmaktır.