Revizyon Bilgisi

Bu teknik doküman B107AA R6 için hazırlanmış olup 8 kanallı 230VAC var/yok algılama girişinin endüstriyel dayanım hedefleriyle dokümantasyonunu içerir.

220V Sense Kanal Yapısı

Motor kumanda panosunda yer alan ekipmana ait durumların B107 tarafından, 8 ayrı 220/230VAC hattın var/yok bilgisi güvenli şekilde 3.3V lojik seviyesine çevrilir. Amaç; faz varlığı, kontaktör/röle besleme hatları ve benzeri AC kontrol uçlarını galvanik izolasyonla izleyip ana işlemciye (3V3) dijital giriş olarak taşımaktır.

Kanalın amacı ve saha koşulları

Bu kanal; motor kumanda panosundaki 230VAC kontrol/sinyal uçlarının (faz varlığı, kontaktör bobini beslemesi, yardımcı kontak beslemesi vb.) var/yok durumunu algılayıp, bu bilgiyi 3.3V dijital giriş olarak ana işlemciye taşır.

Saha koşulları göz önüne alındığında kanal tasarımının temel hedefleri:

• Nötr kayması / zayıf nötr-toprak referansı gibi durumlarda gerilimin yükselmesine karşı dayanım.
• Şebekede oluşabilecek surge (yıldırım kaynaklı endüklenen darbeler dahil), EFT/burst, endüktif yük pikleri gibi olaylarda kartın zarar görmemesi.
• HV giriş ile 3.3V lojik alan arasında galvanik izolasyon ve EMC açısından gürültüye dayanıklı dijital seviye üretimi.

Mimari

Kanal; analiz ve tasarım doğrulamasını kolaylaştırmak için 3 basamak şeklinde ele alınır:

1. Köprü öncesi (HV giriş koruma sistemi)
2. Köprü sonrası – opto öncesi (enerji sınırlama + opto LED sürüş)
3. İşlemci tarafı (izole lojik üretimi + filtreleme + gösterge)

Aşağıdaki mermaid diyagramı, kanalın uçtan uca mimarisini ve koruma katmanlarını gösterir.

---

Hedeflenen senaryolar

Kanalın “var/yok” algılama fonksiyonu için hedeflenen çalışma aralığı:

Senaryo	Şebeke Voltajı (RMS)	Tepe Değeri ($V_{PK} = \sqrt{2}\,V_{RMS}$)
Nominal	$V_{RMS}=230\,\text{V}$	$V_{PK}\approx 325\,\text{V}$
Zorlayıcı saha senaryosu	$V_{RMS}=400\,\text{V}$	$V_{PK}\approx 566\,\text{V}$

---

HV giriş koruma sistemi

Bu basamak; şebekeden gelen enerjinin kart içine kontrolsüz girmesini engellemek için enerjiyi bastıran ve gerektiğinde enerjiyi kesen elemanlardan oluşur.

Bu basamakta koruma elemanlarının görev dağılımı:

• Fail-safe sigorta: Arıza durumunda açık devre kalarak enerjiyi keser. MOV’un arıza modlarında (kısa devre/ısınma) kartın zarar görmesini ve yangın riskini azaltmak için ana emniyet katmanıdır.
• Varistör (MOV): Yakın yıldırım/endüklenen surge gibi yüksek enerjili darbelerde ana yükü taşır (enerji soğurma). Şebeke tarafındaki darbeyi kendi üzerinde sönümler.

Yıldırım ve surge etkisi değerlendirmesi

“Yıldırım” sahada çoğunlukla iki şekilde karşımıza çıkar:

1. Doğrudan darbe değil, hat üzerinden endüklenen surge: IEC 61000-4-5 ile tanımlanan dalga şekillerine benzer (1.2/50 µs gerilim, 8/20 µs akım).
2. Yakın darbe / zayıf topraklama / uzun kablo: Ortak-mod (common-mode) etkiler artar; L-PE/N-PE yolunda yüksek gerilimler oluşabilir.

Bu kart üzerindeki koruma, yakınlara düşen yıldırımın hat üzerinde oluşturduğu endüklenen surge (IEC 61000-4-5 bağlamı) olaylarına karşı tasarlanır.

Not: Doğrudan yıldırım darbesi (çok yüksek enerji) için saha tarafında ayrıca pano girişinde SPD (surge protective device) kullanımı gerekir. Kart üzeri koruma, “SPD’nin kaçırdığı/sekonder darbeler” için son savunma katmanıdır.

---

Enerji sınırlama + opto LED sürüş

Bu basamak; doğrultma sonrası DC hatta opto LED’ini güvenli akım seviyesinde sürmek ve aynı zamanda yüksek gerilim stresini kontrollü dağıtmak için tasarlanır.

Köprü Diyod

Tam dalga doğrultma ile opto LED’ine daha stabil bir akım profili sağlanır.

Akım sınırlama ve gerilim paylaşımı

Mevcut tasarımda direnç ağı:

$R_{TOTAL} = 180\,k\Omega+180\,k\Omega+180\,k\Omega+180\,k\Omega = 720\,k\Omega$

RMS akım:

$I_{RMS} = \frac{V_{RMS}}{R_{TOTAL}}$

Güç:

$P_{TOTAL} = \frac{V_{RMS}^2}{R_{TOTAL}}$

230VAC RMS için

$I_{RMS} \approx \frac{230}{720\times 10^3} = 0.319\,mA$

$P_{TOTAL} \approx \frac{230^2}{720\times 10^3} = 0.073\,W$

$P_{RES} \approx \frac{P_{TOTAL}}{4} = 0.018\,W$

400VAC RMS için

$I_{RMS} \approx \frac{400}{720\times 10^3} = 0.556\,mA$

$P_{TOTAL} \approx \frac{400^2}{720\times 10^3} = 0.222\,W$

$P_{RES} \approx \frac{0.222}{4} = 0.056\,W$

Bu sonuçlar güç açısından yönetilebilir görünse de, saha üst bandı olarak $400\,\text{VAC}$ senaryosunda kritik olan parametre direnç başına düşen gerilim stresi ve pulse dayanımıdır.

Direnç başına tepe gerilimi (eşit paylaşım varsayımı):

$V_{PK,RES} \approx \frac{V_{PK}}{N}$

$V_{PK,RES}(400) \approx \frac{566}{4} = 142\,V_{PK}$

Bu nedenle $400\,\text{VAC}$ RMS saha hedefi için dirençler anti-surge / HV-pulse dayanımlı seri ile seçilmelidir.

Kırpma (zener) ve DC tarafta filtreleme

Köprü sonrası DC hattında opto LED’ini korumak için kırpma yapılır.

• zener/kırpma elemanı; opto LED’in anlık piklerde aşırı gerilim görmesini azaltır.

---

İşlemci tarafı

Bu basamak; optokuplör transistörünün open-collector çıkışından kararlı bir dijital seviye üretir.

Aktif-düşük lojik

• HV giriş var → opto iletim → SENSE_VR = LOW
• HV giriş yok → opto kesim → SENSE_VR = HIGH

Pull-up ve RC filtre

Zaman sabiti:

$\tau = R_{PU}\,C$

Örnek ($R_{PU}=100\,k\Omega$, $C=100\,nF$):

$\tau = 100\times 10^3\times 100\times 10^{-9} = 10\,ms$

RC filtre, kısa süreli transientlerde yanlış okuma ihtimalini azaltır. Yazılım tarafında ek debounce ile birlikte çalışır.

Gösterge LED’i

Gösterge LED’i servis/kurulum sırasında hızlı teşhis içindir. LED akımı CTR marjını tüketmeyecek seviyede hedeflenir.

---

Standart hedefleri ve endüstriyel uyumluluk

Bu kanalın endüstriyel saha koşullarında güvenilir çalışması için aşağıdaki standart aileleri referans alınır:

• IEC 61000-4-2: ESD bağışıklığı
• IEC 61000-4-4: EFT/Burst bağışıklığı
• IEC 61000-4-5: Surge (yıldırım kaynaklı endüklenen darbeler dahil)
• IEC 60664-1: Yalıtım koordinasyonu (creepage/clearance, kirlilik derecesi)
• Ürün güvenliği çerçevesi (sistem seviyesinde): IEC 62368-1 veya uygulamaya göre IEC 61010-1

PCB tarafında creepage/clearance ve slot kullanımı, hedeflenen izolasyon seviyesine göre belirlenir.

---

Komponent seçimi

Aşağıdaki tablolar; alternatifleri ve önerilen seçimi içerir. Parça seçimi yapılırken temel kriterler: surge dayanımı, pulse dayanımı, alev geciktiricilik, izolasyon, paket/yerleşim uygunluğu.

Seçilmiş komponent listesi

Aşağıdaki tablo, bu bölümde “Seçim” olarak belirlenen parçaları tek yerde özetler.

Bileşen	Üretici	PN	Paket	Kısa gerekçe
Fail-safe sigorta	Littelfuse	0443.500DR	2410 (6125)	Şemada sürekli akım mA-altı; seçim kriteri 230/400VAC tarafında gerilim sınıfı (250VAC) ve endüklenen surge darbelerinde yanlış-atmayı azaltan I^2t marjı. MOV arıza modunda enerjiyi fail-safe keser.
Varistör (MOV)	TDK/EPCOS	B72214S0421K101	14mm	400VAC RMS sahası için daha uygun sürekli gerilim sınıfı; endüklenen surge olaylarında enerji soğurma marjı yüksek.
Köprü diyot	Vishay	DF10S-E3/45	SMD	IFSM/termal marjı daha güvenli; surge anındaki kısa süreli akım darbelerine karşı daha dayanıklı.
Akım sınırlama dirençleri (180k)	Panasonic	ERJ-P06J1803V	0805	Anti-surge seri ile pulse/transient stresine karşı daha güvenli davranış.
Kırpma elemanı (zener)	Diodes Inc.	BZT52C5V1-7-F	SOD-123	Köprü sonrası DC hatta opto LED tarafını öngörülebilir seviyede tutan, stok bulunurluğu yüksek çözüm.
Optokuplör	Vishay	VOM617A-4X	SMD	Düşük akım sürüşte CTR/izolasyon karakteristiği daha kontrollü, okuma marjını artırır.
Pull-up direnci	Panasonic	ERJ-6GEYJ473V	0805	Daha güçlü pull-up ile pano içi parazit/kapasitif kuplajda daha kararlı okuma.
Filtre kapasitörü	Murata	GRM21BR71H224KA01L	0805	RC filtre ile transient kaynaklı yanlış tetik riskini düşürür, tepki süresi pratik kalır.
Gösterge LED seri direnci	Panasonic	ERJ-6GEYJ103V	0805	LED akımını sınırlayıp opto okuma marjını korurken sahada yeterli görünürlük sağlar.

1 kanal için tahmini BOM maliyeti (USD)

Aşağıdaki hesap, tek kanal için yalnızca BOM parça maliyeti tahminidir.

• Varsayım: ~1k adet tedarik bandı, standart distribütör fiyatları / muadil stoklar.
• Dahil değil: PCB alanı, montaj, test, fire, lojistik, vergi, kalite/sertifikasyon ve genel giderler.

Kalem	Adet	Tipik birim fiyat ($)	Tipik tutar ($)
Fail-safe sigorta (SMD, 250VAC, 0.5A, 2410)	1	0.55	0.55
Varistör (MOV)	1	0.22	0.22
Köprü diyot	1	0.09	0.09
Akım sınırlama dirençleri (180k)	4	0.018	0.072
Kırpma elemanı (zener)	1	0.015	0.015
Optokuplör	1	0.26	0.26
Pull-up direnci	1	0.008	0.008
Filtre kapasitörü	1	0.015	0.015
Gösterge LED seri direnci	1	0.008	0.008
Gösterge LED (indikasyon)	1	0.02	0.02
Toplam (1 kanal)			1.258

Bu tabloya göre 1 kanal tipik BOM maliyeti ≈ $1.26 mertebesindedir.

Pratikte tedarik bandına göre (ör. 100 adet ↔ 10k adet) aynı kanal için yaklaşık $0.95$ – $1.70$ aralığı görülebilir.

Not: Kart üzerinde 8 kanal bulunduğundan, yalnız BOM açısından kaba çarpım ile 8 kanal ≈ $10.1 mertebesine karşılık gelir.

Köprü öncesi

Köprü diyot öncesi koruma yapısı Fail-safe sigorta → Varistör (MOV) şeklinde kurgulanır. Bu yaklaşımın amacı:

• Fail-safe sigorta: Arıza durumunda enerjiyi keserek kartın hasar görmesini ve yangın riskini azaltmak,
• MOV: Yakın yıldırım/endüklenen surge darbelerinin ana yükünü taşımak (enerji soğurma) ve köprü/doğrultma katmanına ulaşan pikleri azaltmaktır.

Fail-safe sigorta seçim tablosu

Alternatif	Üretici	PN	Paket	Neden/Not
A	Bourns	SF-2410FP050W-2	2410 (6125)	250VAC sınıf, fast-acting; kısa süreli transientlerde daha hızlı tepki.
B	Bourns	SF-2410FP063W-2	2410 (6125)	250VAC sınıf, fast-acting; daha yüksek I^2t ile yanlış-atma riski daha düşük.
C (Seçim)	Littelfuse	0443.500DR	2410 (6125)	250VAC sınıf, time-lag; endüklenen surge darbelerinde yanlış-atmayı azaltacak marj; MOV arıza modunda enerjiyi fail-safe kesmeye uygun.

Seçim gerekçesi: Bu kanalda sürekli akım mA-altı seviyededir; sigorta akımı “yük akımı”na göre değil, (1) 230/400VAC tarafında gerilim sınıfı (250VAC), (2) endüklenen surge olaylarında yanlış-atmayı azaltacak I^2t marjı, (3) MOV’un arıza modlarında (ısınma/kısa devre) fail-safe açma hedeflerine göre seçilir.

Varistör (MOV) seçim tablosu

Alternatif	Üretici	PN	Paket	Neden/Not
A	TDK/EPCOS	B72210S0421K101	10mm	420VAC sınıfı; daha kompakt, enerji kapasitesi daha sınırlı.
B	TDK/EPCOS	B72214S0421K101	14mm	420VAC sınıfı; daha yüksek enerji soğurma kapasitesi.
C (Seçim)	TDK/EPCOS	B72214S0421K101	14mm	400VAC RMS sahası için uygun sürekli gerilim sınıfı + yüksek enerji soğurma marjı; yakın yıldırım/endüklenen surge senaryosunda daha dayanıklı.

Seçim gerekçesi: Bu uygulamada MOV “enerji taşıyıcı” elemandır. 400VAC RMS görülebilen sahada 275VAC sınıfı MOV’lar sürekli stres altında yaşlanabilir. Bu nedenle daha uygun VAC sınıfında ve enerji kapasitesi daha yüksek bir MOV seçilir.

Köprü sonrası – opto öncesi

Bu bölümde köprü doğrultma sonrası DC hatta; akım sınırlama (direnç ağı), kırpma ve optokuplör LED sürüş yapısı ele alınır. Bu basamakta hedef; 230VAC nominalden 400VAC RMS zorlayıcı saha senaryolarına kadar kontrollü akım ve öngörülebilir stress dağılımı sağlamaktır.

Köprü diyot seçim tablosu

Alternatif	Üretici	PN	Paket	Neden/Not
A	Diodes Inc.	MB10S	SMD	Yaygın ve uygun maliyetli; temel uygulamalar için yeterli.
B	Diodes Inc.	DF10S	SMD	MB10S’e göre daha iyi tedarik/marka opsiyonu; IFSM/termal marjı genelde daha rahat.
C (Seçim)	Vishay	DF10S-E3/45	SMD	Daha güvenilir üretici/kalite çizgisi; sahada transient ve ısıl marj için daha emniyetli tercih.

Seçim gerekçesi: Köprü, normalde mA seviyesinde çalışsa da surge anında kısa süreli akım darbeleri görebilir. Bu nedenle IFSM (surge current) ve termal dayanımı daha güvenli tarafta kalan bir alternatif seçilir.

Akım sınırlama dirençleri (180k) seçim tablosu

Alternatif	Üretici	PN	Paket	Neden/Not
A	Yageo	RC0805FR-07180KL	0805	Standart thick‑film; güç yeterli olsa da pulse/surge marjı sınırlı kalabilir.
B	Panasonic	ERJ-6GEYJ1803V	0805	Daha stabil proses ve tolerans; genel saha kullanımında dengeli seçenek.
C (Seçim)	Panasonic	ERJ-P06J1803V	0805	Anti‑surge (pulse dayanımlı) seri; 400VAC hedefinde transient/pulse stresine karşı daha güvenli.

Seçim gerekçesi: 400VAC RMS saha üst bandında güç yönetilebilir olsa da kritik parametre pulse dayanımı ve gerilim stresine uzun süre maruz kalma davranışıdır. Bu nedenle anti‑surge seri tercih edilir.

Kırpma elemanı seçim tablosu

Alternatif	Üretici	PN	Paket	Neden/Not
A	Diodes Inc.	BZT52C5V1	SOD-123	Yaygın 5.1V zener; temel kırpma için yeterli.
B	Vishay	MMSZ5231B	SOD-123	Daha iyi üretici opsiyonu; benzer kırpma karakteristiği.
C (Seçim)	Diodes Inc.	BZT52C5V1-7-F	SOD-123	Stok bulunurluğu yüksek; opto LED’i güvenli bölgede tutacak basit ve stabil çözüm.

Seçim gerekçesi: Bu noktadaki kırpma elemanı “surge enerjisi taşıyıcı” değildir; ana enerji MOV’da sönümlenir. Bu kırpma elemanının görevi, köprü sonrası DC hatta opto LED tarafının öngörülebilir kalmasını sağlamaktır.

Optokuplör seçim tablosu

Alternatif	Üretici	PN	Paket	Neden/Not
A	Everlight	EL817S	SMD	Yaygın 817 türevi; var/yok algılama için kullanılabilir.
B	LiteOn	LTV-817S	SMD	817 sınıfında iyi bulunurluk; sahada yaygın kullanım.
C (Seçim)	Vishay	VOM617A-4X	SMD	İzolasyon/CTR karakteristiği daha kontrollü; düşük akım sürüşte okuma marjını artırır.

Seçim gerekçesi: Bu kanalda LED akımı mA altında tutulduğu için CTR marjı önemlidir. Daha stabil CTR sınıflaması ve izolasyon performansı sebebiyle VOM617A tercih edilir.

İşlemci tarafı

Bu basamak; optokuplör transistörünün open‑collector çıkışını kararlı bir dijital seviyeye dönüştürür. Amaç; sahadaki parazit koşullarında yanlış tetiklemeleri azaltmak ve servis sırasında görsel teşhisi kolaylaştırmaktır.

Pull‑up seçim tablosu

Alternatif	Üretici	PN	Paket	Neden/Not
A	Yageo	RC0805FR-07100KL	0805	Düşük tüketim; ancak gürültü bağışıklığı daha zayıf olabilir.
B	Panasonic	ERJ-6GEYJ473V	0805	Orta seviye pull‑up; EMC ve tüketim dengesi iyi.
C (Seçim)	Panasonic	ERJ-6GEYJ473V	0805	47k ile daha güçlü pull‑up; pano içi kapasitif kuplaj ve uzun hatlarda daha kararlı okuma.

Seçim gerekçesi: Sahada gürültü bağışıklığı, µA seviyesinde tüketim kazancından daha kritiktir. Bu nedenle 47k seçilerek dijital seviye “daha sert” tutulur.

Filtre kapasitörü seçim tablosu

Alternatif	Üretici	PN	Paket	Neden/Not
A	Murata	GRM21BR71H104KA01L	0805	100nF; temel RC filtre.
B	Murata	GRM21BR71H224KA01L	0805	220nF; transient bastırma daha iyi, tepki süresi hâlâ pratik.
C (Seçim)	Murata	GRM21BR71H224KA01L	0805	47k pull‑up ile birlikte sahada daha iyi debounce; yazılım doğrulama ile uyumlu.

Seçim gerekçesi: RC filtre, pano içi kısa süreli parazitleri azaltır. 220nF seçimi; tepki süresini aşırı büyütmeden yanlış tetik riskini düşürür.

Gösterge LED seri direnci seçim tablosu

Alternatif	Üretici	PN	Paket	Neden/Not
A	Yageo	RC0805FR-074K7L	0805	LED daha parlak; opto kolektör akım bütçesini daha fazla tüketir.
B	Panasonic	ERJ-6GEYJ103V	0805	10k; servis görünürlüğü yeterli, CTR marjını daha az tüketir.
C (Seçim)	Panasonic	ERJ-6GEYJ103V	0805	Okuma marjını korumak için LED akımı sınırlı; sahada yeterli parlaklık.

Seçim gerekçesi: Gösterge LED’inin amacı teşhistir; aşırı parlaklık gereksiz akım tüketir ve CTR marjını daraltır. 10k seçimi bu dengeyi sağlar.

---

Kanal maksimum dayanım analizi

Bu bölüm; kanalın sahada hedeflenen maksimum sürekli çalışma gerilimi altında bileşenlerde oluşan akım/güç/gerilim stresi için mühendislik kontrol özetidir.

Maksimum sürekli çalışma gerilimi

Hedeflenen üst bant:

$V_{RMS,max}=400\,\text{V}$

$V_{PK,max}=\sqrt{2}\,V_{RMS,max}\approx 1.414\times 400 = 566\,\text{V}$

Direnç ağı akımı ve güç sınırı

$R_{TOTAL}=720\,k\Omega$

$I_{RMS,max}=\frac{V_{RMS,max}}{R_{TOTAL}}=\frac{400}{720\times 10^3}=0.556\,mA$

$P_{TOTAL,max}=\frac{V_{RMS,max}^2}{R_{TOTAL}}=\frac{400^2}{720\times 10^3}=0.222\,W$

Dört direnç eşit paylaşıyor varsayımı ile:

$P_{RES,max}=\frac{P_{TOTAL,max}}{4}=0.0555\,W$

Direnç başına gerilim stresi

$V_{RMS,RES} \approx \frac{V_{RMS,max}}{4}=100\,\text{V}$

$V_{PK,RES} \approx \frac{V_{PK,max}}{4}=\frac{566}{4}=142\,\text{V}$

Bu nedenle dirençler anti-surge / HV-pulse dayanımlı seri olarak seçilmelidir.

Opto LED maksimum tepe akımı (kırpma aktifken)

Kırpma + LED düşümü yaklaşık olarak $V_{CLAMP}\approx 6.3\,V$ alınırsa:

$I_{PK,max}\approx \frac{V_{PK,max}-V_{CLAMP}}{R_{TOTAL}}=\frac{566-6.3}{720\times 10^3}=0.777\,mA$

Bu değer, opto LED sürüşünün mA-altı bölgede kaldığını gösterir.

Sigorta seçimi açısından akım değerlendirmesi

Normal çalışma akımı mA-altı seviyededir:

$I_{RMS,max}\approx 0.556\,mA$

Bu nedenle sigorta seçim kriteri; normal akım değil, 250VAC gerilim sınıfı, endüklenen surge darbelerinde yanlış-atma riskini azaltacak I^2t marjı ve MOV arıza modunda fail-safe açma davranışıdır.

Firmware

Kanal çıkışı aktif-düşük olduğundan önerilen yorum:

• SENSE_VR == 0 → “Giriş var / hat enerjili”
• SENSE_VR == 1 → “Giriş yok / hat enerjisiz”

Ek öneriler:

• Durum değişimini raporlarken zaman pencereli doğrulama (ör. 20–50ms) uygulanır.
• RC filtre + debounce kombinasyonu, saha parazitlerinde yanlış tetiklemeleri belirgin azaltır.

---

PCB yerleşim ve izolasyon kuralları

• HV izleri ile 3.3V dijital alan arasında hedef: creepage/clearance ≥ 6mm (hedeflenen izolasyon seviyesine göre artırılabilir).
• Optokuplör izolasyon hattı altında slot/yarık kullanımı creepage’i artırır.
• Direnç dizisi altında/etrafında HV yüzey atlamasına karşı keep-out alan bırakılır.
• Koruma elemanları konektöre yakın ve kısa dönüş akım yolu ile yerleştirilir.
• Konformal kaplama, saha nem/toz koşullarında tracking riskini azaltır.