Bataryasız Çalışan Laptoplara Güç Koruyucu Devresi

Dizüstü bilgisayarların birçoğu, batarya fiyatlarının astronomik boyutlarda olması sebebiyle bataryasız kullanılıyor. Bu şekilde kullanmak da mümkün olsa da, bazı sakıncaları da mevcut. Bu makalede birçoğumuzun başının belası bir durumdan bahsederek, çözüm yolu önermeye çalışacağım.

Bataryasız, adaptör ile çalıştırılan dizüstü bilgisayarlar bazı dezavantajlarla karşı karşıyalar. Örneğin güç jakının hafifçe oynaması, yanlışlıkla kabloya takılma nedeniyle aniden güç kesilmesi, şebeke hattındaki anormal dalgalanmalar, bilgisayarınızı riske sokuyor, veri kaybı tehlikesi teşkil ediyor. 

Dizüstü bilgisayarlarınızın güç adaptörü "SMPS adaptör" dediğimiz elektronik bir cihazdır. Yüksek verim ve kolay taşınabilirlik özellikleri sebebiyle tercih edilen bu teknolojiyi yıllardır kullanıyoruz. Bu tip adaptörler, enerji hatlarındaki voltaj dalgalanmalarını bir süre ve belli bir şiddete kadar idare edebilir, çıkışa yansıtmayabilirler. Hatlardaki parazitik pikleri absorbe edecek EMI filtreleri içerirler. Dolayısıyla SMPS adaptörler gayet güvenilir güç kaynaklarıdır. Dizüstü bilgisayarların adaptörleri de bu özelliklere sahip olduğundan, güç hatlarındaki voltaj seviyesi 100Volta kadar düşse bile çıkışı sabit tutabilirler. Dolayısıyla eğer dalgalanma 100Voltun altına ve 1 saniyeden fazla düşmemek kaydıyla bilgisayarınızı güvenle besleyebilir.

Ne var ki bazı mahallelerdeki güç dalgalanmaları çok şiddetli olabiliyor. Özellikle bazı durumlarda 1 saniyeden daha kısa süren ani elektrik gidip gelmeleri, elektrikli eşyalar için son derece büyük bir risk teşkil etmektedir. Bu ani gidip gelme, birçok cihazın tahammül sınırlarının dışındadır; bilgisayarlarınızı besleyen SMPS güç kaynakları (PS'ler) de dahil.

O halde şimdi gelin, bu istenmeyen durumun nasıl önüne geçebilirdik, buna bakalım.

Öncelikle güç adaptörünün voltaj dalgalanmalarına -bir yere kadar- dayanıklı olduğunu zaten biliyoruz. Dolayısıyla kolay kolay bozulmayacaklardır. Ancak sorun şu ki, bilgisayarımız öyle değildir. Voltajdaki dalgalanma, bir süreliğine düşüş şeklinde değil de, yukarıda bahsettiğim gibi kısa süreli kesinti şeklinde ise, bu adaptörün idare edemeyeceği bir durum teşkil eder. Bilgisayarın elektriğinin anlık olarak gidip gelmesi demektir bu.

Pekiyi ne yapabiliriz?

KONDANSATÖR BANKASI

Kondansatör bankası oluşturmak, gücün bir miktar depolanarak en azından kısa kesinti şokları anında bir süre stabil kalmasını sağlayan bir devredir. Örneğin bir pil düşünün. Bu pilden bir cihazı besliyorsunuz, bir başka cihaz da hem pili hem cihazınızı besliyor. Elektrik kesilse bile pil, bir süre daha cihazınızı idare edecektir. 

Kondansatörler de bir süreliğinde elektrik depolayan komponentler oldukları için, güç adaptörünün çıkışına kuracağımız basit bir kapasitör bankası ile bu sorunu çözebiliriz.

Ancak burada bir sorunumuz var: kapasitörler kendilerine DC uygulandığı ilk anda kısadevre gibi davranacaklardır; taa ki belli bir seviyede şarj olana kadar... İşte bu durum, adaptörün kısadevre moduna geçmesine, eğer geçemezse bozulmasına neden olur. Hatta, daha ileri durumlarda yangınlara da neden olabilir. Bu durumdan kaçınmak için bir başka çözümümüz var.

"BATTERY BACKUP" DEVRESİ

Battery Backup devreleri, elektrik kesintisi durumlarında almacı (almaç: yük) bir süre beslemek için kurulmuş; güç kaynağına almaç ile paralel bağlanmış pil ya da batarya devreleridir. Giriş gerilimleri üzerinden şarj olurlarken, güç kaynağıyla beraber almacı beslerler. Elektrikler kesildiğinde ise bu pil ya da batarya sistemi, almacı beslemeye devam eder.

Yukarıdaki resme dikkat ederseniz, birbirine ve sondaki yüke paralel bağlanmış piller görülüyor (batarya da olabilir). Bu pil gurubu, güç kaynağından beslenerek yavaş yavaş şarj olmaktadır. Tamamen dolduklarında ise yükü beslemeye hazır halde beklerler. Eğer güç kaynağından enerji kesilirse, pil gurubu, kendilerine seri bağlanmış direnç ve diyotlar üzerinden yükü beslemeye devam ederler. 

Şekildeki animasyonla bunu size daha iyi anlatmaya çalıştım. Güç varken kaynak, hem pilleri hem de yükü besliyor. Kesildiğinde ise akımın nereden nereye gittiğine dikkat edin. Diyot ve dirençlerin görevi, pillere bir anda yüksek akım gitmesine mani olmaktır. Diyotlar, elektrik kesintisinde dirençle beraber yüke yüksek güç sağlamak içindir.

YANİ?

Eğer kapsitör bankası devresi ile battery backup devresini birleştirirsek, az evvel bahsettiğim, kapasitör devresi adaptöre ilk bağlandığında adaptör kısadevre moduna girmeyecek, ya da diğer tehlikeler oluşmayacaktır. Çünkü battery backup devresine dikkat ederseniz, güç kaynağından gelen akım, doğrudan kapasitörü beslemeyip, akımı direnç tarafından sınırlandırılmaktadır. 

Şimdi kapasitör bankası-battery backup devresi melezi devremize gözatalım:

Gördüğünüz gibi devre çok basit. Pil/batarya yerine kondansatör kullandık. Kondansatörlerin kapasiteleri örnektir; dolayısıyla daha büyük kapasitede kondansatör kullanılması icabedebilir. Dizüstü bilgisayarın kablosu ortadan kesilerek devreye bağlanmıştır. Fişi takar takmaz, kapasitörler 560 Ohm - 1Watt dirençler üzerinden şarj olmaktadır. Bu esanada bilgisayarınızı açabilirsiniz; sorun olmaz. Bilgisayarınız masaüstüne gelmeden kapasitörler çoktan şarj olmuş olacaklardır. Şayet adaptörün idare edemeyeceği anlık güç dalgalanması olursa devre, bilgisayarınıza kısa bir süre daha sağlıklı güç vermeye devam eder (tekrar düzelene kadar geçen bu süre bir saniyeden kısadır).

DAHA GELİŞMİŞ DEVRE

Bu devre son derece yapımı basit ve kullanışlı olabilir. Bir ileri adımda bu devreyi geliştirebiliriz de. Örneğin, bu devrenin dahi idare edemeyeceği süre uzunluğunda anlık voltaj düşmesi olursa, bilgisayara giden enerjiyi aniden kestirebiliriz. 

Aşağıdaki devre, anlık elektrik gidip gelmesi süresinin tahammül edilebilenden daha uzun olması durumunda bilgisayara giden enerjiyi nasıl kestireceğimizi açıklıyor:

Devreye dikkat ederseniz, kapasitör bankasının sonunda, bir güç denetleyici/kesici devresi bulunmaktadır. Devre bu şekilde çok ilkeldir. Ancak iş görme ihtimali yüksektir. Daha hassas çalışan bir devre kurulmak isteniyorsa, bir op-amp yardımıyla "window comparator - pencere karşılaştırıcısı" devresi kurulmalıdır. Yukarıdaki devre, TL431 yardımıyla DC hattındaki V seviyesini denetlemektedir. Voltaj, tahammül sınırının altına düşerse, TL431, BD139 transistörünün beyzini uyarmayı bırakır. Beyzi enerjisiz kalan BD139'da röle bobinini enerjilemeyi keser. Röle de, bilgisayara giden elektriği aniden "KÜT" diye keser. Bu olay, V seviyesi düştüğünde bir saniyeden çok daha kısa sürede gerçekleşir. Aynen bir elektrik düğmesini kapatıp lambayı söndürmek gibi. Her ne kadar bir bilgisayarın elektriğini aniden kesmek zararlı ise de, sağlıksız bir voltajda çalıştırmak daha tehlikeli olacağı için daha mantıklıdır. Ola ki bir hata nedeniyle devre gücü keserse, devrede görülen butona basarak yeniden "tun-on" olması sağlanır. Devre, kendisine ilk güç verildiğinde de "turn-off" durumdadır; yani siz düğmeye basana kadar bilgisayarınıza güç vermez.

Yukarıdaki devre test edilmemiştir, dolayısıyla yapmayınız.

Yukarıdaki resimler, bataryasız çalıştırılacak dizüstü bilgisayar için koruyucu devresinin KiCAD çizimleridir. Şayet devreyi yapmak isterseniz, sayfanın en sonunda gerber dosyalarını paylaşacağım. Lakin bu devreyi yapıp test etmediğimi, sorumluluğun size ait olduğunu size hatırlatıyorum. Ayrıca kondansatörlerin ters bağlanması, şiddetli patlamalara neden oluyor. Mutlaka sağlam bir iş gözlüğü kullanmadan devreyi test kullanmayın! Bu konudaki tüm sorumluluk kullanıcıya aittir! İkaz edildiniz!

KiCAD ile çizilmiş gerber arşivi:

İNDİR

Hoşça ve sağlıkla kalın.