همونطور که میدونید گاهی نیاز میشه که ما جریان یک مصرف کننده رو اندازه گیری کنیم ، برای این کار روش های مختلفی وجود داره از جمله استفاده از سنسورهای جریان مثل سنسورهای جریان خانواده ACS ، ترانس CT ، مقاومت شنت و ...... که در زیر میتونید تصاویر مدل های مختلف اونها رو ببینید
در این آموزش ما قصد داریم تا اندازه گیری جریان با استفاده از مقاومت شنت و ملاحظات طراحی PCB این روش رو با هم دیگه بررسی کنیم.
همونطور که از اسمش مشخصه این قطعه یه مقاومته با مقدار اهم عموما خیلی پایین که البته بازه خیلی وسیعی داره ، به عنوان مثال از 0.001 اهم به بالا. ما بسته به مقدار جریان عبوری ازش باید مقدار مناسب رو با در نظر گرفتن توان مقاومت انتخاب کنیم. اصولا مقاومت شنت رو روی لاین منفی (GND) قرار میدهند و چون مقدار مقاومت خیلی کوچیکه با عبور جریان ازش ولتاژ کمی دوسر شنت میفته
خب حالا ما با استفاده از این مقاومت چطور میتونیم جریان DC رو اندازه گیری کنیم ؟ ؟ اینجاس که قانون اهم به کمکمون میاد (R=V/I) که در این رابطه اگر ما مقدار مقاومت و ولتاژ دوسرشو داشته باشیم میتونیم مقدار جریان عبوری از مقاومت رو بدست بیاریم. اما به دلیل پایین بودن اهم مقاومت شنت ، با عبور جریان، ولتاژ کمی میفته دو سرش بنابراین ما اینجا نیاز داریم تا این ولتاژ کوچیک رو با یه ضریبی(گین) تقویت کنیم تا بتونیم بهتر به کمک مبدل آنالوگ به دیجیتال یک میکروکنترلر مقدارشو بخونیم.
برای اینکار ما از یک اپ امپ در مد ناوارونگر استفاده میکنیم. مطابق شکل بالا مقدار گین برابره با R2/R1
برای اینکه بهتر متوجه بشیم یک مثال رو با هم بررسی میکنیم . فرض کنید ما مقدار مقاومت شنت رو 0.01 اهم در نظر گرفتیم یعنی با عبور 1 آمپر از شنت ولتاژی که دو سرش میفته با در نظر گرفتن قانون اهم برابره با V=0.01*1 ، یعنی با عبور یک آمپر از شنت ولتاژ دو سرش 0.01 ولت میشه که این مقدار خیلی کمیه برای همین ما میاییم و گین شبکه رو با انتخاب مقاومت R2=9K و R1=1K برابر با 10 قرار میدیم . در نتیجه 0.01 ولت دو سر شنت 10 برابر و مساوی 0.1 ولت میشه بنابراین باید توجه کنیم ولتاژی که داریم از خروجی آپ امپ (Vout) میخونیم ضریب 10 ولتاژ دو سر شنت هستش ، خب حالا کار خیلی راحت شد مقدار مقاومت شنت و ولتاژ دو سر شنت رو که داریم پس میتونیم جریان عبوری از شنت رو اندازه گیری کنیم . یه نکته ای که طبق تجربه بدست اومده اینه که اگر ما در طبقه ورودی و خروجی یه فیلتر RC با خازنی در محدوده 1 تا 10 نانو قرار بدیم و روی مقدار Vout میانگین بگیریم به نتایج خیلی بهتری میرسیم.
تا اینجای کار توضیحات در مورد اصول اولیه و نحوه انتخاب المان ها و نحوه بدست آوردن جریان بود . ولی در این روش یکی از مواردی که خیلی حائز اهمیته طراحی اصولی PCB برای خوندن مقدار دقیق جریان هستش که در ادامه بهش میپردازیم
خب برای طراحی اصولی pcb ما سه تا قانون کلی داریم :
1- قانون اول : تا جایی که امکان داره مسیر ترک هایی که از شنت میگیریم تا آپ امپ کوتاه ترین مسیر ممکن باشه
تا جایی که ممکنه باید مقاومت شنت و آپ امپ نزدیک هم باشن و این شکل بیانگر مسیرکشی خوبی نیست . دلیل این تاکید برای اینه که چون ولتاژ خیلی کوچیکی داره توسط ترک ها به آپ امپ میرسه ،اگر مسیر طولانی باشه نویز های الکترومغناطیس به راحتی این سینگال رو تحت تاثیر قرار میدهند و باعث تغییر اون میشن و این مسئله مخصوصا وقتی مقدار مقاومت شنت خیلی کوچیک باشه خودشو نشون میده چون ولتاژ خیلی کمی با عبور جریان دو سرش میفته. مورد دیگر هم که خیلی مهمه اینه که حتی الامکان هر دو ترک حدودا طول یکسانی داشته باشند زیرا تفاوت طول ترک ها باعث تغییر امپدانس اونها و درنتیجه ایجاد یک افست کوچکی میشه که بهتر این مورد هم در مسیر کشی رعایت کنیم .شکل زیر بیانگر این موضوع هست و ترک کشی غیر اصولی رو بهمون نشون میده
2- قانون دوم : اتصال کلوین که بیانگر اینه که مسیر جریان اصلی (High Current) باید جدا از مسیر فیدبک دوسر مقاومت شنت باشه
اتصال کلوین با مسیر کشی صحیح
تصویر بالا بیانگر یک مسیر کشی خوبه ، علاوه بر این همونطور که مشخصه فاصله دو قطعه از هم کوتاه ترین حد ممکنه.
مشخصه که مسیر عبور جریان (High Current) بوسیه دو ترک مجزا از سمت چپ به راسته و اتصال کلوین از پدهای مقاومت به آمپلی فایر در کوتاه ترین فاصله ممکن و طول حدودی یکسان هستش .اما در مقابل طرح بالا ، مسیر کشی طرح زیر هم یکی از حالات ممکنه
اتصال کلوین با مسیر کشی غلط
در این طرح جریان اصلی (High current) از سمت چپ شروع شده و بجای اینکه مستقیم از مقاومت عبور کنه و ما از پد مقاومت یه ترک جداگانه بکشیم به آپ امپ ، مسیر جریان اصلی مستقیم از پایه آپ امپ گذشته که اتصال غلطی هستش.
3- قانون سوم : استفاده از دستور العمل های سازنده مقاومت شنت
بسته به نوع مقاومت شنتی که انتخاب میکنیم باید دیتاشیت مربوطه اش رو هم یه نگاهی بندازیم چون خود سازنده مقاومت شنت هم یکسری نکاتی رو بهش اشاره کرده که رعایت کردنشون خالی از لطف نیست.
به عنوان مثال این عکس برگرفته از دیتاشیت این نوع مقاومت شنت هستش که دو پد ضخیم سمت چپ مسیر عبور جریان (High Current)هستش که فلش آبی رنگ این مسیر رو به خوبی نشون میده و در سمت راست دو پد با ضخامت خیلی کمتر محل اتصال کلوین هستش که مسیر فیدبک دو سر شنت به آپ امپ هست.
در این مقاله سعی بر این بود که مختصر آشنایی با نحوه اندازه گیری ، سخت افزار مورد نیاز و درآخر ملاحظات طراحی pcb توضیح داده بشه
امیدواریم ک از این آموزش استفاده برده باشید.
ذکر و کپی این مطالب با ذکر منبع بلامانع است .
با سایر آموزش های اصفهان درایو همراه باشید!
