Geliştirme Süreci
Elektronik kör yük cihazının ilk stabil versiyonu olan V1'i tamamladım.
Bu versiyondan önce bir prototip cihaz ürettim. Prototip üzerinde testler gerçekleştirdim, karşılaştığım problemleri not aldım ve V1 tasarımına bu hataları düzeltecek şekilde başladım.
Projenin şema ve PCB tasarımını KiCad üzerinde hazırladım. Komponent yerleşimi, güç ve kontrol katlarının ayrılması, test noktaları ve rework yapılabilirlik gibi detayları PCB tasarım sürecinde dikkate aldım.
Cihazın kasasını ise Blender üzerinde modelledim ve 3D yazıcıda bastım. Kasa tasarımında LCD ekran, fan, güç girişi, banana soketler, XT60 soket, butonlar ve bağlantı noktalarının yerleşimini dikkate alarak elektronik tasarımla uyumlu bir mekanik yapı oluşturmaya çalıştım.
Mikrodenetleyici tarafında ATmega328P yerine daha uygun maliyetli, stabil, güçlü ve hızlı bir seçenek olan STM32G030F6P6TR kullandım.
Prototip cihazda kullandığım yarı analog, yarı dijital çalışma mantığını V1 cihazımda da korudum. Analog kontrol yapısının çalışma karakterini stabil bulduğum için bu yaklaşımı kullanmaya devam ettim.
Güç katında tek MOSFET yerine, lineer kullanımda daha iyi SOA değerlerine sahip 4 adet IRFP260N MOSFET tercih ettim. Bu MOSFET'leri lineer bölgede sürebilmek için prototip cihazda da kullandığım LM358 op-amp yapısını, her MOSFET için ayrı bir op-amp olacak şekilde tasarladım.
MOSFET'lerin shunt dirençleri üzerindeki gerilimi doğrudan STM32 ADC pinleriyle okumak yerine, 16-bit çözünürlük sağlayan ADS1115 harici ADC ile ölçtüm. Böylece anlık akım ölçümlerinde daha yüksek çözünürlük elde etmeyi hedefledim.
Güç, kontrol ve ölçüm katlarının ihtiyaç duyduğu farklı besleme seviyeleri için kart üzerinde birden fazla regülatör yapısı kullandım; regülatör çevresindeki filtreleme elemanlarını datasheet önerilerini dikkate alarak yerleştirdim.
Elektriksel gürültüyü azaltmak için güç katı ile kontrol katı arasında fiziksel boşluk bıraktım. Osiloskop ölçümlerinde anahtarlamalı regülatörlerden çıkan sinyallerin doğru ve ideal seviyelerde olduğunu doğruladım.
LCD ekran tarafında da küçük bir rework ihtiyacı oluştu. Ekran üzerindeki I2C modülü 5V pull-up dirençleriyle çalışıyordu; ancak kullandığım STM32 mikrodenetleyici 3.3V lojik seviyesinde çalıştığı için bu yapı doğrudan uyumlu değildi. Bu nedenle I2C modülü üzerindeki 5V pull-up dirençlerini tespit edip söktüm. Ardından ekrana ek bir bağlantı kablosu çekerek I2C hattının 3.3V pull-up ile çalışmasını sağlayacak şekilde rework uyguladım.
Bunların dışında cihazın güvenilir çalışması için küçük ama önemli birçok yardımcı devre ve yapı da tasarıma dahil edildi.
İlk kart olduğu için rework işlemlerini daha kolay yapabilmek adına pasif komponentlerde ağırlıklı olarak 0805 kılıf boyutunu tercih ettim. Sonraki stabil revizyonlarda 0603 ve daha küçük kılıf boyutları kullanmayı düşünüyorum.
Elbette süreç tamamen sorunsuz ilerlemedi. Prototip cihazda bulunmayan ters polarite korumasını V1'e eklemek istedim. İlk tasarımda tek P-Channel MOSFET ile ters polarite koruma devresi kurdum ve test ettim. Ancak gözden kaçırdığım bir durum vardı: Tek P-Channel MOSFET bazı senaryolar için yeterli olsa da içeriden gelen ters akımı engelleyemiyordu. IRFP260N MOSFET'ler kapalı olsa bile ters akım body diyot üzerinden geçerek girişe bağlı güç kaynağını kısa devre durumuna düşürüyordu.
Bu problemi çözmek için güç giriş bloğunu Back-to-Back P-Channel MOSFET yapısına geçirmek üzere PCB üzerinde rework işlemi gerçekleştirdim. Ön paneldeki banana soketleri korumalı giriş için kullandım ve bu giriş 8-30V aralığını destekleyecek şekilde tasarlandı. Hemen sağ tarafındaki XT60 soket ise korumasız giriş olarak çalışıyor ve 0-30V giriş aralığını destekliyor.
Rework sonrasında korumalı güç girişi 8V ve altındaki gerilimlerde koruma MOSFET'lerini yarı açık bölgede bıraktığı için ciddi ısınmaya sebep oldu. Bu nedenle sonraki PCB revizyonunda güç giriş bloğunu ideal diyot kontrolcüsü ve düşük RDS(on) değerine sahip iki adet N-Channel Back-to-Back MOSFET yapısına göre yeniden tasarlamayı planlıyorum.
Ayrıca iki adet P-Channel Back-to-Back MOSFET yapısı nedeniyle hedeflediğim 200W test gücünde koruma MOSFET'leri tehlikeli seviyede ısındı. Bu yüzden cihazı güvenli çalışma için 150W güç ile sınırlandırdım. Cihaz, 30V ve 10A aralığındaki akım ve voltaj değerlerini destekleyebilmektedir.
Yazılım tarafında ise yapay zekadan destek alarak RST tuşu ile istenildiği zaman yük çekimini açıp kapatma, aşırı akım uyarısı, ters polarite bildirimi, sıcaklık takibi ve fan kontrolü gibi kontrol, koruma ve izleme fonksiyonlarını geliştirdim.
V2 revizyonunda cihazı daha farklı ve işlevsel özelliklerle geliştirmeyi, aynı zamanda daha yüksek güç kapasitesine sahip bir yapı tasarlamayı hedefliyorum.
Sonuç olarak bu proje benim için güç elektroniği, ölçüm, PCB tasarımı, mekanik tasarım, rework ve hata analizi konularında ciddi şekilde öğretici ve tecrübe kazandıran bir çalışma oldu.
