Transistörlü Röle Sürme Devresinde Diyot Kullanımının Önemi

Elektronik devrelerde diyotların farklı görevleri bulunur. Bu yazıda, bir transistör aracılığıyla sürülen bir röle devresindeki diyotun neden kritik bir bileşen olduğunu inceleyeceğiz.

Devre Tasarımına Genel Bakış

Görseldeki devre, bir transistörün yardımıyla bir rölenin kontrol edilmesini sağlamaktadır. Devredeki temel bileşenler şunlardır:

Transistör: Giriş sinyaline göre iletime geçerek rölenin enerjilenmesini sağlar.

Röle: Bobini üzerinden akım geçtiğinde elektromanyetik alan oluşturarak mekanik anahtarının konumunu değiştirir.

Diyot: Röle bobini ile paralel bağlanmış olan bu diyot, devrede bir nevi koruma görevi üretir.

Diyelim ki giriş sinyali transistörü iletime soktu ve rölenin bobini üzerinden akım akmaya başladı. Bu durumda röle mekanik anahtarını kapatır ve bağlı bulunduğu yüklenin çalışmasını sağlar. Ancak, transistör kesime geçip akım akışı aniden kesildiğinde diyotun önemi ortaya çıkar.

Diyotun Koruma Mekanizması

Bir röle bobini, elektromanyetik indürens temelinde çalışr. Bobin üzerinden geçen akım kesildiğinde, bu akımın hızla sona ermesi bobin içerisinde bir öz indürens voltajı oluşturur. Bu voltaj genellikle çok yüksek olabilir (yüzlerce volt seviyesine ulaşabilir) ve devrenin diğer bileşenlerine zarar verebilir.

Diyot, bu noktada koruyucu bir unsur olarak devreye girer. Diyotun röle bobinine paralel bağlı olması, öz indürens sonucu oluşan bu ters yönlü voltajı şu sekilde bastırır:

• Röle bobini akımını kesmeye çalıştığında, bobin uçlarında yüksek bir gerilim oluşur.
• Diyot, ters gerilimi kendi üzerinden ileterek bobinde oluşan enerjiyi çözer.
• Bu sayede transistör, yüksek voltaj seviyesine (spike) maruz kalmaz ve zarar görmekten korunur.

Diyot Olmasaydı Ne Olurdu?

Diyotun bulunmadığı durumlarda, bobin içerisinde oluşan öz indürens voltajı transistörün bacaklarına zarar verebilir. Bu, transistörün yanmasına ya da kalıcı hasarlara yol açabilir. Ayrıca devrenin genel çalışma kararlılığı ciddi anlamda bozulabilir.

Zener Diyotun Rolü

Bu devrede ayrıca bir zener diyot kullanılmış. Zener diyot, belirli bir eşik voltajı aştığında iletime geçerek gerilimi sınırlar. Röle bobini üzerinde oluşan gerilimı kontrol altında tutarak devrede ekstra bir koruma katmanı sağlar.

Sonuç

Diyotlar, basit görünüşlerine rağmen elektronik devrelerde çok kritik bir rol oynar. Görseldeki devrede kullanılan diyot, transistörü ve diğer bileşenleri koruyarak devrenin uzun ömürlü ve güvenilir olmasını sağlar. Bu tür koruma önlemleri, özellikle elektromekanik bileşenlerle çalışan devrelerde vazgeçilmezdir.

Kaynaklar:

1. https://www.learningaboutelectronics.com/Articles/Relay-driver-circuit.php

STM32 HAL Kütüphanesinde Başlangıçtan Sonra IO Pinin Yönünü/Direction Değiştirme #STM32Tips

STM32 HAL kütüphanesinde, başlangıç sonrasında bir GPIO pininin yönünü kolayca değiştirebilecek bir fonksiyon doğrudan sağlanmamaktadır. Bu eksiklik, kullanıcıların kendi özel fonksiyonlarını geliştirmelerini gerektirmektedir. Bu bağlamda, GPIO pinlerinin yönünü dinamik olarak değiştirebilmek için aşağıda yer alan örnek fonksiyonu kullanabilirsiniz.

Fonksiyon içerisinde görebileceğiniz gibi pull up/pull down ve bir kaç diğer parametre şu an parametrik değildir. Eğer ihtiyaç duyarsanız onu da parametrik hale getirebilirsiniz.

Diyot Tipleri, Kullanım Alanları

Bu yazıda diyot tipleri ve ana kullanım alanları listelenmiştir.

• P-N Junction-General Purpose Diode: Akımın tek yönde iletilmesini sağlar. İletim yönünde üzerine ~0.7V gerilim düşer. Genellikle doğrultucu olarak kullanılır. Aynı zamanda devre güç girişlerinde ters kutuplamadan/polariteden korunmak için de kullanılır.
  
  

  
  
  
  
• Schottky Diode: Genel kullanım diyot ile benzer özelliklerdedir. Farklı kılan kısmı İletim yönünde üzerine daha düşük gerilim düşer. Bu sayede yüksek hızlı anahtarlama devrelerinde hızlı geri toparlama özelliği sayesinde sıklıkla kullanılır. Bu uygulamalarda üzerinde harcanan güç daha düşük olduğu için verimi daha yüksektir.
  
  
  
  
• Zener Diyot: Belirli bir ters gerilimde iletime geçer ve gerilimi sabitlemeye yarar. Bu özelliği sayesinde gerilim regülatör devrelerinde, referans gerilim üreteçlerinde ve aşırı gerilim koruma devrelerinde kullanılır.
  
  
  
  
• Transient Voltage Suppression Diode (TVS): Ani ve yüksek gerilim yükselmelerine karşı koruma sağlar. Elektronik cihazları yıldırım düşmesi, elektrostatik deşarj veya endüktif yüklerin sebep olduğu ani gerilim yükselmelerinden korur.
  
  
  
  
  
• Light-Emitting Diode (LED): İleri yönde akım geçtiğinde ışık yayan yarı iletken diyottur. Farklı yarı iletken malzemeler kullanılarak farklı dalga boylarında (renklerde) ışık üretebilir. Aydınlatma, gösterge, sinyalizasyon ve haberleşme gibi birçok alanda kullanılır.
  
  
  
  
  
• Fotodiyot: Üzerine düşen ışık miktarına bağlı olarak akım üreten diyottur. Işığı elektrik sinyaline dönüştürdüğü için ışık sensörleri, otomatik aydınlatma sistemleri, kamera pozometreleri ve tıbbi görüntüleme cihazlarında kullanılır.
  
  
  
  
  
• Varaktör Diyot (Varikap): Uygulanan ters gerilime bağlı olarak kapasitans değeri değişen diyottur. Bu özelliği sayesinde radyo ve televizyon alıcılarında frekans ayarlama, osilatör devrelerinde frekans kontrolü ve parametrik yükselteçlerde kullanılır.
  
  
  
  
  
• Tünel Diyot: Kuantum tünelleme etkisiyle çalışan özel bir diyot türüdür. Çok hızlı anahtarlama özelliği sayesinde yüksek frekanslı osilatör ve yükselteç devrelerinde kullanılır.
  
  
  
  
  
• Lazer Diyot: Uyarılmış ışık emisyonu ile ışık üreten özel bir diyot türüdür. Ürettiği ışık, tek renkli, tutarlı ve yönlüdür. Optik fiber iletişim sistemleri, barkod okuyucular, lazer yazıcılar, lazer işaretleyiciler ve tıp alanında kullanılır.
  
  
  
  
  
  
  
  

Kaynaklar

• https://www.globalspec.com/learnmore/semiconductors/discrete/diodes/general_purpose_diodes
• https://www.build-electronic-circuits.com/schottky-diode/
• https://www.build-electronic-circuits.com/zener-diode/
• https://uk.rs-online.com/web/content/discovery/ideas-and-advice/tvs-diodes-guide
• https://www.electrical4u.com/led-or-light-emitting-diode/
• https://elektrikbilim.com/1009-fotodiyotlar.html
• https://diyot.net/diyot-cesitleri-1/
• https://www.derstagram.com/tunnel-diyot-nedir-nasil-calisir/
• https://tekfaz.com/lazer-diyot-nedir-yapisi-ve-calisma-prensibi.html

CAN Bus Frame Tipleri

Yazıya başlamadan önce CAN Bus temelleri ve mesaj yapısının temellerini incelemek için bu linkte yer alan blog yazısını inceleyebilirisiniz.

CAN Bus hattında kullanılan 4 tip frame (çerçeve, yapı) vardır.

• Data Frame: Data framei, temelde data/veri taşımak için kullanılan ana yapıdır. CAN Bus sistemleri arasında veri transferi için kullanılır. Tek bir data framei üzerinden minimum 1 maksimum 8 byte veri transferi tek seferde gerçekleştirilebilir.
• Remote Frame: Remote frame, veri talep etme frameidir. Remote framede tanımlanan ID CAN Bus ağına basılır. İlgili mesaj paketini barındıran sistem bu ağa ilgili data frameini basar. Remote frame, bir sistemin, bir veriye özellikle ihtiyaç duyduğu zamanda kullanılır.
• Error Frame: SOF ile CRC arasında 6 veya 12 bit boyunca aynı seviye (High/Low, Recessive/Dominant) veri gönderilmesiyle error framei tanımlanmış olur ve hattaki sistemler ilgili framei error frame olarak işaretler. Error frame istemli gönderilen bir frame değildir. Bir sistem bir paketi göndermeye başladıktan sonra bir hata tespit edilirse ilgili frame error frameine çevrilir.
• Overload Frame: CAN Bus peripheralı meşgul olduğu durumlarda hattı meşgul tutmak için overload frame hatta basar. Bu bilgi hattın durdurulması için kullanılır. Günümüzde genellikle kod üzerinden kontrol edilmez. CAN Bus peripheralları bu durumu kendisi tespit eder ve gerektiği kadar hattı meşgulde tutar, sonrasında bırakır.

Kaynaklar

1. https://medium.com/@mohammednumeir13/can-protocol-types-of-can-frames-51c8444176bb
2. https://www.researchgate.net/publication/340883976_Cyberattacks_and_Countermeasures_For_In-Vehicle_Networks/figures?lo=1

POWERB Alkaline LR03 AAA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Bu yazıda testimizi 250 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA sabit akımda voltaj grafiği 800 mV'u yaklaşık 2,4 saatte kesiyor. Bu durumda POWERB Alkaline LR03 AAA pilin kapasitesi 2,4 h*250 mA hesabından 600 mAh olarak bulunur.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi
• Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA
• Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA
• Duracell Alkaline LR14 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

CAN Bus Fiziksel Katmanı

CAN (Controller Area Network) Bus CANH, CANL şeklinde isimlendirilen ikili hat üzerinden birden çok sistemin konuşabildiği, aynı anda tek bir sistemin konuştuğu (half-dublex), yüksek hızlı uygulamalara izin veren bir ağ yapısıdır.

Haberleşme yapılarında farklı seviye katmanlar ve uygulama tipleri vardır. Bu kapsamda CAN Bus'ın fiziksel katmanı üzerine detaylı bir inceleme gerçekleştirilmiştir.

Bu konuya giriş yaparken donanım seviyesinden işi ele alıp elektriksel seviyeye ilerlemek mantıklı olacaktır.

Öncelikle yazı  kapsamında kullanılacak tanımlardan bahsetmek gerekirse, sistem ifadesini CAN Bus hattına bağlanabilen ve haberleşebilen her şey olarak düşünebiliriz. Otomotiv üzerinden örnek verecek olursak VCU, BMS, Inverter gibi CAN Bus ile haberleşen yapılara sistem diyebiliriz.

Bir CAN Bus hattı CANH ve CANL hatlarının burulmuş çifti (twisted pair) ile birbirine bağlanır. Bu yapı ethernet kablolarında da benzer şekilde kullanılır. Bu bağlantı elektromanyetik yayılıma karşı hattın güçlü olmasını sağlar. Bu yapıda hat üzerinde indüklenen gürültü akımları her iki hatta neredeyse ortak seviyede etkileyeceği için CANH, CANL arasındaki fark neredeyse sabit kalır. 

Örnek bir burulmuş çift (twisted pair) görseli aşağıda görebilirsiniz.

CANH, CANL twisted pair kablo üzerinden iletildikten sonra elektronik devre üzerindeki yapılar ile karşılaşıyoruz. Burada temel yapıyı anlamak için CAN Bus dönüştürücüler ile anlatıma devam etmek faydalı olacaktır. Sektörde de sıklıkla kullanılan SN65HVD1050 entegresini örnek olarak ele alabiliriz. Bu yapılar mikrodenetleyicilerden çıkan CANTX, CANRX pinlerini CANH, CANL seviyesine dönüştürür. CAN Bus dönüştürücü entegrelerinin ana görevi budur. Tamamen analog yapılar bu dönüşüm için yeterlidir. Bununla birlikte hat ile ilgili temel elektriksel kontrolleri yapabilir. Entegre özelinde sıcaklık kontrolü ve koruması yapabilir. ESD korumaları sağlayabilir. Bublar zorunlu fonksiyonlar değildir.

SN65HVD1050'nin iç yapısı aşağıdaki gibidir.

CAN Bus dönüştürücüleri giriş tarafında CANH, CANL değerlerinin elektriksel farkına göre RXD ucuna 1/0 bilgisi gönderir. CANH, CANL aynı değerlerde ise lojik 1, aradaki fark 2.5 V ise lojik değer 0'dır.

Gönderici taraftan bakacak olursak TXD pini üzerinden bir sürücü kısım aktifleşir ve çıkış anahtarlarını sürer. Bu anahtarlar TXD lojik 0 iken aktif çalışır ve CANH, CANL hattını 2.5 V farka çeker. Aksi durumda aynı değerde tutar.

CAN Bus'ın özelliklerinden biri hattı sürerken aynı zamanda aktif olarak okumaya devam etmesi ve CAN mesaj paketi içerisinde belli bitleri takip ederek karşı alıcının mesajı sağlıklı bir şekilde alıp almadığını doğrulamasıdır. Bu sayede gönderilen mesajların en az bir alıcıya ulaşıp ulaşmadığından gönderici taraf emin olur.

Ek ve büyük bir katkısı da veri gönderirken okumaya devam etmesi sayesidne herhangi bir durumda önceliği yüksek bir mesaj paketi başka bir sistem üzerinden gönderilirse, hattı her sistem sürekli okuyarak çalışmaya devam ettiği için ilgili yüksek öncelikli mesaja diğer tüm sistemler izin/öncelik verir.

Kaynaklar:

1. https://www.ti.com/lit/an/sloa101b/sloa101b.pdf

Duracell Alkaline LR14 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Bu yazıda testimizi 250 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA sabit akımda voltaj grafiği 800 mV'u yaklaşık 19,8 saatte kesiyor. Bu durumda Duracell Alkaline LR14 pilin kapasitesi 19,8 h*250 mA hesabından 4950 mAh olarak bulunur.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi
• Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA
• Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

ESP32 ile Kristal veya Osilatör Kullanmadan RMII Üzerinden Ethernet Haberleşmesi ve İpuçları

İnternette gördüğüm ESP32 ve ethernet uygulamalarının çoğunda ethernet chipine kristal takarak uygulama çalıştırılmış. Bunun sinyal kalitesi açısından faydası olabilir ancak tek çözüm bu değil. ESP32 modüllerinden de ethernet için gerekli clock çıkışını alabilirsiniz.

Bunun için örnek devrede de gösterildiği gibi ESP32 ile ethernet chipinin clock uçlarını birleştirmek yeterli. Burada frekans 50 MHz mertebesinde olduğu için mümkün oldukça yakın olması önemli.

Benim yaptığım uygulamadan hat boyu yaklaşık 44 mm ve 2 adet via kullanılıyor. Buna rağmen sorunsuz bir şekilde sistemin çalıştığını gördüm.

ESP32 clock çıkışı için GPIO0, GPIO16, GPIO17 pinleri kullanılabilir.

Arduino arayüzünde varsayılan olarak clock ESP32'ye girecek şekilde tanımlanmıştır. Ethernet clock çıkışını tanımlamak için aşağıdaki satır kullanılabilir. Bu begin fonksiyonu üzerinden ethernet chipi, clock yönü ve pini seçilebilir.

ETH.begin(0,-1,23,18,ETH_PHY_LAN8720,ETH_CLOCK_GPIO17_OUT);

Kaynaklar;

• https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/release-v3.1/api-reference/ethernet/esp_eth.html
• https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32-wroom-32d_esp32-wroom-32u_datasheet_en.pdf

Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Bu yazıda testimizi 250 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA sabit akımda voltaj grafiği 800 mV'u yaklaşık 1,4 saatte kesiyor. Bu durumda Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA pilin kapasitesi 1,4 h*250 mA hesabından 350 mAh olarak bulunur.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi
• Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA

STM32F103 Mikrodenetleyici Çevre Birimlerinde Karşılaştığım Bir Problem #STM32Tips

Konunun hikayesinden başlamak gerekirse, STM32F0 ve STM32F1 serisi işlemcilerden oluşan ve CAN Bus üzerinden birbirleri ile haberleşen bir tasarım üzerine çalışıyordum. Her bir kart için CAN Bus bağlantısının yanında bilgisayar bağlantısını da kurmak için USB bağlantısını sisteme dahil etmiştim. Bu tasarım STM32F0 serisi işlemcide CAN Bus ve USB sorunsuz çalıştı.

STM32F1 serisi işlemciyi kullanırken aynı yazılıp mimarisi üzerinden devam ediyordum ancak bir sorun ile karşılaştım. Bir şekilde CAN Bus hattını kullanamıyordum. Problemi araştırmaya başladığımda USB ve CAN Bus'ın birlikte kullanımı ile ilgili başka problem yaşayanların da olduğunu gördüm. Sonrasında kullandığım işlemci olan STM32F103CB'nin datasheetini (Reference Manual RM0008 Rev 21) inceledim. CAN Bus kısmında aşağıdaki gibi bir not olduğunu gördüm.

"In low, medium-, high- and XL-density devices the USB and CAN share a dedicated 512-

byte SRAM memory for data transmission and reception, and so they cannot be used concurrently (the shared SRAM is accessed through CAN and USB exclusively). The USB and CAN can be used in the same application but not at the same time."

Buradan anladığımız CAN Bus ve USB işlemci üzerinde aynı SRAM alanlarını kullanıyor ve bu yüzden her iki çevre birimi birlikte kullanılamıyor. USB'yi kapatıp CAN Bus'ı çalıştırmak veya tam tersi mümkün ancak her ikisi aynı anda asla çalıştırılamıyor. Bu yüzden örnek vermek gerekirse CAN Bus üzerinden alınan bir veriyi USB üzerinden gerçek zamanlı alıp işlemek mümkün değil.

Ek olarak STM32F0 serisi ile bir çok uygulama yapmıştım ve bu yüzden USPDP, USPDM hatlarını direkt konnektöre bağlamıştım. STM32F103CB işlemci kullanırken USBDP hattına 3.3 V'a 1.5 kR pull-up resistor gerekiyormuş.

STM32 USB kullanılan uygulamalarda donanım tasarımı hakkında aşağıdaki doküman yayınlamış. Donanım tarafında yapılması gereken işler tek bir dokümanda bütün işlemci ailesi için verilmiş. Gelecek tasarımlar için işe yarar gibi görünüyor.

Link: https://www.st.com/resource/en/application_note/an4879-introduction-to-usb-hardware-and-pcb-guidelines-using-stm32-mcus-stmicroelectronics.pdf (10.01.2024)

Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA

Bu yazıda testimizi 500 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA standardına göre yapılmadığı için katalog değeri olan kapasite değeri değildir ancak 500 mA sabit akımda Panasonic Alkaline Power LR6 AA pilin kapasitesi 1050 mAh'dir. 250 mA için daha yüksek olması gerekmektedir. İlgili grafikler ve veri setleri aşağıdadır.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi