مقاومت شنت چیست؟

منابع تغذیه برای مبتدیان ، قسمت 3

در این قسمت مقاومت شنت یا موازی رو مورد بحث و بررسی قرار میدهیم.

قسمت سوم مجموعه آموزش ویدیویی ما در مورد منابع تغذیه برای شما مهندسین مبتدی و غیر الکترونیکی است که شما را با آزمایش و استفاده از منابع تغذیه خطی آشنا می کند.

قبلا در بخش ۲ از مجموعه آموزش‌های ویدیویی برای ارائه آموزش برق برای مبتدی‌ها، ما توضیح دادیم که چگونه از تجهیزات برقی کنترل نشده استفاده کنیم و نشان دهیم که چگونه یک منبع برق غیر فعال در کنترل خروجی آن مشکل دارد.

در اینجا در بخش سوم به تجهیزات برقی خطی نگاه خواهیم کرد.

نشان می‌دهیم که چگونه تنظیم مجموعه‌ای و تنظیم ‌کننده‌های شنت در کنترل خروجی شان بسیار بهتر عمل می‌کنند.

برای کسب اطلاعات بیشتر ، آموزش ویدیویی قسمت 3 را مشاهده کنید!

در زیر متن آموزش ویدیویی آورده شده است.

سلام من کریس ریچاردسون هستم و یک مهندس الکترونیک هستم که روی منابع تغذیه تمرکز دارم.

این سومین بخش از سمینارهای وب برای علاقه‌مندان به منبع تغذیه است که لزوماً به عنوان مهندس‌الکترونیک قدرت آموزش نمی‌بینند.

تاکنون در قسمت‌های یک و دو ما تجهیزات اساسی را برای آزمایش منابع تغذیه بدون صرف هزینه زیاد جمع کردیم.

سپس برخی از منابع غیرقانونی تنظیم نشده قدیمی را پیدا و آزمایش کردیم.

اکنون زمان ارزیابی و آزمایش قدیمی‌ترین و اساسی‌ترین نوع منبع تغذیه تنظیم‌شده است که به‌عنوان تنظیم کننده خطی شناخته می‌شود.

تنظیم کننده های زنر و مقاومت شنت

نمودار سمت چپ یک تنظیم کننده خطی گسسته است که از یک دیود زنر و یک مقاومت RS تشکیل شده‌است.

تمام مقاومت این است که جریان را محدود می کند.

اگر در آنجا نبود‌،‌منبع ورودی یا زنر را با جریان بیش‌از حد ذوب‌می‌کند‌،‌یا اینکه منبع ورودی خود‌به‌حد جریان‌خاص خود می‌رسد.

چنین مدار بسیار بسیار ارزان است ، اما تحمل ولتاژ خروجی به ولتاژ زنر ، VZ بستگی دارد و این به جریان بار ، دما و توزیع طبیعی VZ از بخشی به قسمت دیگر بستگی دارد.

از نظر من قابل بحث است که این نوع تأمین تنظیم می شود یا نه.

اما معرفی خوبی برای مدارهای تنظیم شده واقعی است که بعداً ارائه می شوند.

از آنجا که عنصر فعال موازی با بار است‌،‌می‌گوییم که‌”بار را از بین می برد”‌،‌از این رو Shunt Regulator نام‌دارد.

مدار تنظیم کننده شنت TL431

در سمت راست نیز مدار مشابهی وجود دارد که برای دقت بهتر از یک مدار مجتمع اصلی استفاده می کند.

TL431 و انواع آن در‌همه جای دنیای منبع تغذیه وجود‌دارد‌،‌اما اغلب به‌عنوان تنظیم‌کننده شنت مانند‌آنچه در‌اینجا می‌بینیم مورد‌استفاده قرار نمی‌گیرند.

TL431 از نظر عملکرد بسیار شبیه دیود zener واقعی است ، بطوریکه نشان دادم اغلب مانند zener ترسیم می شود.

مقاومت شنت RS هنوز جریان را محدود می کند و هنوز هم باید حداقل و حداکثر حد را برآورده کند.

اما اکنون مقاومتهای RTOP و RBOTTOM بخشی از ولتاژ خروجی را تقسیم‌کرده و آن را به پایه مرجع تغذیه می‌کنند.

در داخل TL431 ترانزیستورهای فعال وجود دارد و پین Ref اجازه می دهد تا ولتاژ خروجی از ولتاژ مرجع تا ولتاژ ورودی منهای حدود 1 ولت متغیر باشد.

این 1‌ولت به‌اصطلاح ولتاژ‌خروج است و ما در اسلایدهای بعدی در بخش‌های ویدیویی به‌طور مفصل در مورد آن بحث خواهیم‌کرد.

در اینجا من راه حل تنظیم کننده مقاومت شنت مبتنی بر TL431 را ارائه می دهم.

در اینجا روی این قطعه صفحه اولیه (صفحه نمونه اولیه) من مقاومت محدودکننده فعلی TL431 و RS را دارم و در قسمت پشتی آن یک پتانسیومتر آبی 50 چرخش با دقت 10 دور قرار دارد.

بنابراین هر دو ، RTOP و RBOTTOM ، یا RA و RB است.

بنابراین اگر بخواهم این شماره گیر را بچرخانم ، ولتاژ خروجی را تنظیم می کنم.

من آن را به 5 ولت تنظیم کرده ام که برای چیزی مانند آردوینو مناسب است.

این منبع تغذیه کنترل‌نشده برای تلفن است که گربه من تصمیم گرفت آن را بُکشد.

پس اگر آن را روشن کنم،‌در اینجا می‌بینیم که ما فقط زیر ۱۰ ولت ورودی و ۵ ولت در‌خروجی داریم.

قرائت ولتاژ مولتی متر

آزمایش‌بعدی که می‌خواهم انجام‌دهم‌،‌اعمال یک‌بار است و نشان می‌دهد که این تنظیم‌کننده هنوز ولتاژ خروجی را تحت بار حفظ می‌کند.

تنظیم کننده شنت خطی زیر بار

در اینجا همان‌مدار وجود دارد اما اکنون توسط 75Ω بارگذاری شده‌است که دو مقاومت قدرت 150Ω به‌صورت موازی قرار داده‌اند.

می بینید که ولتاژ ورودی کمی افت کرده اما ولتاژ خروجی همچنان حفظ می شود.

یک بار دیگر ، تنظیم کننده شنت بر اساس TL431 به بار 66 میلی آمپر یا 75Ω متصل شده‌است .

آنچه می خواهم اینجا روی صفحه نمایش دهم موج زرد رنگ است ، این ولتاژ ورودی است و ولتاژهای مشابه در هر بخش هر چقدر خوب و صاف است ولتاژ خروجی است بنابراین این همان کاری است که مقاومت شنت برای ما انجام می دهد.

ولتاژ تنظیم کننده شنت TL431

مثال دیگر این است که اگر از منبع تغذیه آردوینو استفاده می کنید ، این امر می تواند ولتاژی را تمیز کند که هم زیاد باشد و هم موج بیش از حد داشته باشد و آن را خوب و صاف کند و 5 ولت مورد نظر آردوینو را بدهد.

در‌اینجا آخرین‌تست برای مقاومت شنت است و توضیح‌خوبی در‌مورد اینکه چرا از مقاومت شنت استفاده نمی‌شود مگر در‌شرایط بسیار کم‌مصرف.

بنابراین من همه چیز را تغییر داده ام ، اکنون این مولتی متر در حال اندازه گیری جریان ورودی است.

بنابراین منبع تغذیه تنظیم نشده در اینجا وارد می شود ، اندازه گیری می شود همانطور که اکنون از این به عنوان آمپرمتر استفاده می کنیم و دوباره به مدار برمی گردد.

در حال حاضر من بار را بهم متصل کرده‌ام و می‌توانیم نقاشی آن‌را در‌حدود شصت میلی آمپر‌(60 میلی آمپر) ببینیم.

کاری که اکنون می خواهم انجام دهم این است که بار را قطع کرده و می بینید که یک گذرا وجود دارد اما جریان مستقیماً به حالت عادی برمی گردد.

ولتاژ بالا ثابت می‌ماند‌، ‌اما به دلیل وجود این مقاومت در اینجا‌،‌تنظیم کننده شنت همیشه جریان بار را ترسیم می‌کند.

بنابراین اگر مدار‌شما بدون بار کار می‌کند‌، شما همچنان از برق استفاده می‌کنید و برخی ممکن است بگویند هدر‌رفتن برق.

تنظیم کننده های خطی سری

این منبع تغذیه خطی پیچیده تر به عنوان “تنظیم کننده های سری” شناخته می شوند.

همانطور که از نام آن پیداست‌،‌یک ترانزیستور که در‌منطقه فعال خطی خود کار می‌کند‌،‌به صورت سری با بار همراه است.

مقاومت محدود کننده جریان RS در اینجا مورد نیاز نیست و این باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود.

مدار سمت چپ از نظر تولید یک و تنها یک مقدار ولتاژ خروجی مشابه تنظیم کننده شنت زنر است.

با این حال ، در داخل 7809 تنظیم کننده های سری وجود دارد که دارای ولتاژهای خروجی ثابت هستند و یک جفت مقاومت تقسیم کننده ولتاژ بازخورد مانند R1 و R2 در مدار سمت راست هستند.

در هر دو نوع ، مدار بازخورد ولتاژ ترمینالهای فعال ترانزیستور را تنظیم می کند.

این ترانزیستور اغلب از آنجایی که جریان را از ورودی به خروجی عبور می دهد ، عنصر pass نامیده می‌شود.

ولتاژ فعال به طور مداوم تنظیم می شود تا ولتاژ خروجی مورد نظر را حفظ کند و به چنین مداری ولتاژ یا تقسیم کننده پتانسیل نیز گفته می شود.

روش دیگر برای فکر کردن در مورد این ، تصور یک تقسیم کننده مقاومت با مقاومت بالا است .

RTOP به طور فعال تنظیم می شود و مقاومت پایین ، RBOTTOM بار است.

تنظیم کننده ولتاژ خطی سری LM317

در اینجا من تنظیم کننده ولتاژ خطی سری LM317 را نشان می دهم.

همان PCB با خود دستگاه است.

این حداقل مقاومت در برابر بار است که این دستگاه برای تنظیم مناسب به دو تا سه میلی آمپر نیاز دارد ، اما این بسیار کمتر از 60 میلی آمپر است که با مقاومت شنت ترسیم می کردیم ، و در اینجا نیز پتانسیومتر 10 دور برای تنظیم ولتاژ خروجی وجود دارد و من آن را تنظیم کرده ام تا 5 ولت در خروجی بدهد.

بالاخره زمان آن رسیده که از منبع تغذیه ATX استفاده کنیم و به یک منبع برق bench تبدیل شویم.

بنابراین من از ورودی ۱۲ ولت در اینجا استفاده می‌کنم، و یک طرفدار پر سر و صدا وجود دارد.

بنابراین شما می‌توانید بگویید که من واقعا از آن استفاده می‌کنم، و در اینجا ۱۲ ولت در ورودی و ۵ ولت در خروجی وجود دارد.

یک بار دیگر ، تنظیم کننده خطی سری LM317 قرار است چهار اهم مقاومت در اینجا را متصل کند.

اگر به صفحه اسیلوسکوپ نگاه کنیم‌،‌دوباره به رنگ زرد‌،‌این ولتاژ ورودی است‌، این اکنون خروجی یک تنظیم ‌کننده سوئیچ است.

توجه داشته باشید که تقسیم زمان بسیار شدیدتر است زیرا این موج 100 هرتز نیست و احتمالاً موج 100 کیلوهرتزی آن است و بعضی از سر و صدا به خروجی می رسد ، اما رنگ آبی که همان خروجی است ، بسیار نرم تر است.

ولتاژ تنظیم کننده خطی سری LM317

یک رگولاتور سری معمولاً جریان بسیار بیشتری نسبت به یک رگولاتور شنت و یک LM317 بیش از 1 آمپر دارد.

من همه چیز را در اینجا تغییر داده ام و اکنون مولتی متر نارنجی در حال اندازه گیری ولتاژ خروجی من است در حالی که مولتی متر آبی جریان خروجی را اندازه گیری می کند.

در اینجا من این دو مقاومت قدرت 8Ω را به صورت موازی دارم تا باری حدود 4Ω را تحمل کنم.

بنابراین وقتی آنها را به داخل وصل می کنم ، مدار شروع به کشیدن بیش از یک آمپر می کند.

اکنون کنترل در اینجا خوب‌است‌،‌اما به خاطر داشته‌باشید که در‌اینجا خازن خروجی وجود ندارد و ما حس‌کردن کلوین‌(سنجش 4 ترمینال)‌بار.

من مجبورم این آزمایش را سریع انجام دهم زیرا تنظیم کننده خطی من به سرعت بیش از حد گرم می‌شود.

بنابراین در اینجا این بار است و ما می توانیم به وضوح ببینیم که منبع تغذیه سوئیچینگ چه میزان موج دار است و این به دلیل گرم شدن مدار است.

خطای کم مانده در مجموعه تنظیمات خطی

تنظیم کننده های سری 780x و LM317 اغلب “NPN Regulator” نامیده می شوند.

زیرا عناصر عبور دهنده آنها ترانزیستورهای اتصال دو قطبی npn هستند.

آنها قطعات عالی هستند و برخی از طرح‌های آنها بیش از 40 سال قدمت دارند و هنوز هم قوی هستند.

اما بزرگترین اشکال آنها ولتاژ افت شدید آنها است.

این حداقل اختلاف مورد نیاز بین ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی برای تنظیم مناسب مدار و تقریباً 2.5 ولت آن برای تنظیم کننده های NPN است.

LDO ، مخفف “رگولاتور افت پایین” است ، از ترانزیستورهای PNP یا به طور معمول MOSFET استفاده می کند تا حداکثر ولتاژ خروجی را به حداقل ولتاژ ورودی نزدیک کند.

بعضی از قطعات نزدیک به 100 میلی ولت یا کمتر هستند.

این برای مدارهای مدرن مناسب است که ممکن است بخواهید از 1.8 ولت به 1.5 ولت کاهش یابد.

یک‌مثال‌،‌مداری است که در سمت‌چپ نشان داده‌شده‌است و نمودار بلوکی نمودار داخلی LTC3025 است که در سمت راست نشان داده‌شده‌است.

از نظر تئوری:

این مدار می تواند ولتاژ افت را تنظیم کند که دقیقاً بالاتر از جریان بار است و در مقاومت ON MOSFET ، M1 ضرب می شود (V = ILOAD * RON).

من در حال حاضر یک تنظیم کننده ولتاژ ولتاژ خروجی کم واقعی را نشان می دهم که با LT1575 ساخته شده است و این یکی معمول نیست زیرا در اینجا تراشه کنترل دارد و در واقع دارای ترانزیستور قدرت گسسته و سپس MOSFET است.

وقتی من آزمایش گرما را انجام می دهم می توانید واضح تر ببینید که این هیت سینک غول پیکر واضح تر است و ما آن را با LM317 مقایسه می کنیم که فاقد هیت سینک است.

در حال حاضر هیچ باری وجود ندارد و من هر چهار مقاومت 8Ω قدرت را به طور موازی دارم تا بار 2Ω به من بدهد.

ولتاژ ورودی اسمی 3.3 ولت است که از منبع تغذیه ATX می آید و من همچنین از 12 ولت برای تأمین انرژی بخش کنترل استفاده می کنم و این راهی است که این تراشه در واقع قادر به رسیدن به ولتاژ افت فشار است.

به عنوان ولتاژ بالاتری که درواقع دروازه آن nMOSFET را تأمین و هدایت می کند.

پس چه اتفاقی می‌افتد که من بار را وصل کنم؟

(2Ω) می توانیم ببینیم که ولتاژ ورودی خراب می‌شود.

اکنون دلیل این ‌امر‌ این نیست که منبع تغذیه ‌ATX‌قادر به‌ارائه تمام‌جریان نیست‌،‌مشکل افت‌ولتاژ در این سیم‌های نازک طولانی است.

چیزی که می خواهم متوجه شوید این است که ولتاژ خروجی فقط به 2.1 ولت کاهش می یابد.

فرض می‌شود 2.8 ولت باشد زیرا بدون بار است‌،‌اما با یک بار می‌توانیم ببینیم که حدود 100 میلی‌ولت کاهش یافته‌است.

من یک بار دیگر تنظیم کننده افت افت را تنظیم کرده ام تا نشان دهم که جریان ورودی و جریان خروجی تقریباً به طور مستقیم در یک تنظیم کننده خطی مرتبط هستند.

مولتی‌متر زرد جریان ورودی و مولتی‌متر آبی جریان‌خروجی است و این دستگاه LM317 است که به‌عنوان منبع‌جریان ثابت استفاده می‌شود.

می‌بینید که تقریباً هیچ‌خروجی در خروجی کشیده نمی‌شود‌،‌ورودی حدود 150 میلی‌آمپر است و دلیل آن مقاومت کم‌بار در اینجا است.

با این حال هنگامی که من شروع به افزایش بار در خروجی می کنم ، توجه داشته باشید که جریان ورودی برابر با جریان خروجی به علاوه 150 میلی آمپر یا همین مقدار است.

همانطور که من آن را حداکثر به حداکثر می رسانم ، می توانید ردیابی کنید.

گرما – چقدر قابل قبول است

در قسمت دو‌، ما دیدیم که ترانسفورماتورهای بزرگ خط تغذیه غیرمجاز حتی در حداکثر بار خود به سختی گرم می‌شوند.

با تنظیم کننده های خطی گرما یک نگرانی فوری تر است.

پیش‌بینی اتلاف توان به راحتی برابر‌است با ولتاژ ورودی منهای ولتاژ خروجی ضرب در جریان بار ، (VIN-Vout) * IL.

مهندسان بدترین حالت را در نظر می گیرند ، حداکثر ولتاژ ورودی ، VIN (حداکثر) و حداکثر جریان بار ، IL (حداکثر). به عنوان یک قاعده کلی ، بسته های نیمه هادی می توانند حدود 1 وات قبل از گرم شدن بیش از حد مصرف کنند.

بیش از 1 وات ، سپس یک هیت سینک یا جریان هوای اجباری (فن) مورد نیاز است.

اما اینکه چقدر گرم است به عوامل زیادی مانند دمای محیط ، جریان هوا ، وجود اجزای حساس در نزدیکی ، مانند خازن های الکترولیتی آلومینیومی ، و همچنین موارد اساسی تر ، تا زمانی که منبع تغذیه نیاز دارد بستگی دارد.

تست حرارتی تنظیم کننده رها کردن پایین

من در حال انجام آزمایش اتلاف گرما و نیرو بر روی تنظیم کننده گسسته LDO خود هستم ، بنابراین دوباره به بار 2Ω برمی گردم و اکنون 5 ولت کامل از منبع تغذیه ATX در ورودی استفاده می کنم.

من ولتاژ 2.8 ولت دارم و جریان بار‌ خروجی 1.32 آمپر است.

ترموکوپل را درون گیره این هیت سینک بزرگ قرار داده و فقط 35 درجه سانتیگراد خوانده می شود.

من آن‌را برداشته و روی زبانه‌ای که گرمترین قسمت MOSFET است می‌چسبانم تا ببینم آیا می‌توانم دما‌را بدانم یا نه.

حالا این خیلی سریعتر گرم می شود.

زبانه احتمالاً به حدود 40 درجه سانتیگراد رسیده است و برای من این خوب است تا زمانی که به بیش از 50 درجه سانتیگراد نرسد.

بنابراین من فکر می کنم کاملا ایمن است.

این بخش سوم منبع تغذیه برای غیر EE است.

با قسمت چهار همراه باشید تا در اینجا منابع تغذیه سوئیچینگ و جالب ترین موضوع را بررسی کنیم.

از تماشای شما و نحوه دیدن شما برای قسمت چهار ممنونم.

پایان رونوشت آموزش فیلم.

با دنبال کردن این لینک می توانید اطلاعات بیشتر و یک آموزش عالی در مورد منابع تغذیه خطی را بیابید: منبع تغذیه خطی متغیر.

در بخش 4 آموزش تصویری ما در مورد منابع تغذیه برای مبتدیان ، ما با استفاده از منابع تغذیه سوئیچینگ بررسی خواهیم کرد و خواهیم دید که چگونه مبدلهای Buck و Boost می توانند ولتاژ خروجی را افزایش یا کاهش دهند.