بررسی 3 مدل ماژول کاهنده ولتاژ 3A با 10A با 20A و راهنمای انتخاب برای پروژه
ولتاژ در علم الکترونیک موضوعی بسیار مهندسی است. اما اگر کمی به اطرافتان بنگرید متوجه میشود که هر روز با انواعی از ولتاژهای مختلف سر و کار دارید. در این پست راجع به ماژولهای کاهنده ولتاژ DC به DC مطالبی را تبادل میکنیم. لازم به ذکر است که بردهای الکترونیکی و تجهیزات الکترونیکی در هر شرایطی و بسته به طراحیشان با ولتاژهای مختلفی کارکرد دارند. ماژولهای کاهنده یک برد کوچک الکترونیکی هستند. مورد مصرف عمومی تا بسیار تخصصی برای کارهای خاص را دارند.
در این پست تلاش میکنیم تا توضیحاتی عمومی برای این ماژولها ارایه کنیم. هدف ما ارتقا دانش کاربران فارسی زبان است. همچنین رشد اطلاعات عمومی مدیران در شرکتهای مختلف را مد نظر داریم. بنابراین اگر این مطلب از بلاگ دانشجو کیت برای شما ارزشمند بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، آنرا با دیگران به اشتراک بگذارید تا دانش فنی مدیرها و کاربران فارسی زبان در این حوزه و IoT رشد پیدا کند.
کاهنده ولتاژ چیست؟
کاهنده ولتاژ یا همان رگولاتور به شکل یک قطعه الکترونیکی یا مدار الکترونیکی است. وظیفه آن برای کاهش ولتاژ الکتریکی و تأمین ولتاژ ثابت به دستگاهها یا مدارهای الکتریکی مورد استفاده است. این دستگاهها به عنوان یک سیستم کنترل و تنظیم ولتاژ عمل میکنند تا ولتاژ ورودی را تنظیم و تثبیت کنند و ولتاژ خروجی را به مقدار معینی (معمولا بر اساس تنظیمات کاربر) تبدیل کنند. عملکرد کاهنده ولتاژ را به صورت ساده در ادامه توضیح میدهیم.
- ولتاژ ورودی: این قسمت از مدار به ولتاژ ورودی از منبع تغذیه متصل میشود که ممکن است ولتاژ آن بیشتر از ولتاژ مورد نیاز دستگاه یا مدار باشد.
- عملکرد کاهش ولتاژ: کاهنده ولتاژ از اصلیترین قسمتهای مدار الکتریکی استفاده میکند تا ولتاژ ورودی را به میزان مورد نیاز کاهش دهد. این عمل کاهش ولتاژ به وسیله ترانزیستورها، رزیستورها و دیودها صورت میگیرد.
- کنترل و تنظیم: کاهنده ولتاژ دارای یک مدار کنترلی است که ولتاژ خروجی را بر اساس نیاز تنظیم میکند. این مدار کنترلی معمولا از بازخورد منفی استفاده میکند تا ولتاژ خروجی را در محدوده مقدار معینی نگه دارد.
- ولتاژ خروجی: ولتاژ کاهش یافته و تنظیم شده توسط کاهنده ولتاژ به دستگاه یا مدار مصرفکننده تغذیه میشود.
کاهنده ولتاژ در انواع مختلفی و با ویژگیهای متفاوت موجود است و معمولا در انواع دستگاهها و مدارهای الکتریکی که به ولتاژ تثبیت شده و دقیق نیاز دارند، استفاده میشوند. این بردها در انواع سیستمها مورد استفاده قرار میگیرند و میتوانند ولتاژهای مختلفی را تنظیم و تثبیت کنند، از جمله ولتاژهای مناسب برای مدارهای دیجیتال، حسگرها و میکروکنترلرها در این زمینه هستند.
مفهوم ولتاژ و کنترل آن در علم الکترونیک
پیش از ادامه این مطالب لازم است که توضیحاتی در خصوص مفهوم ولتاژ ارایه کنیم. ولتاژ (Voltage) یکی از مفاهیم اساسی در علم الکترونیک و فیزیک است که به میزان اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه در یک مدار الکتریکی اشاره دارد. ولتاژ به واحد ولت (Volt) اندازه گرفته میشود و نمایانگر انرژی الکتریکی است که به ازای هر واحد بار الکتریکی (کولن) در یک مدار وجود دارد.
تصور کنید که ولتاژ مانند فشار آب در یک لوله آب باشد. اختلاف ولتاژ بین دو نقطه نشاندهنده فشار الکتریکی بر روی بارهای الکتریکی است که از یک نقطه به نقطه دیگر جریان مییابد. ولتاژ میتواند مثبت یا منفی باشد و نقطه مرجع برای اندازهگیری ولتاژ معمولا به عنوان صفر ولت (0V) در نظر گرفته میشود. در واقعیت، ولتاژ اغلب از یک نقطه مرجع به عنوان نقطه مرجع منفی مدار یا GND اندازهگیری میشود.
کنترل ولتاژ در علم الکترونیک به معنای تنظیم و مدیریت ولتاژ در مدارها و دستگاههای الکتریکی استفاده میشود. کنترل ولتاژ برای اهداف مختلفی در علم الکترونیک کاربرد دارد.
1- تنظیم ولتاژ: در بسیاری از مدارهای الکتریکی و الکترونیکی، نیاز است که ولتاژ خروجی به یک مقدار معین و دقیق تنظیم شود. به عنوان مثال، در منابع تغذیه، ولتاژ خروجی باید به طور دقیق تنظیم شده و ثابت نگه داشته شود.
2- محافظت: کنترل ولتاژ میتواند به عنوان یک وسیله محافظت در برابر افت ولتاژ، افزایش ولتاژ، یا نوسانات ولتاژ ناخواسته در مدارها عمل کند. این کنترل میتواند دستگاهها و مدارها را از آسیب و خرابی جلوگیری کند.
3- کنترل سیستمها: در کاربردهای کنترلی مانند رباتیک و اتوماسیون صنعتی، کنترل ولتاژ برای کنترل حرکتی و عملیاتی دقیق دستگاهها و موتورها بسیار مهم است.
برای کنترل ولتاژ معمولا از قطعات الکترونیکی مانند رگولاتورهای ولتاژ (Voltage Regulators) یا ماژولهای کاهنده ولتاژ استفاده میشود. این قطعات میتوانند ولتاژ ورودی را به ولتاژ معینی تبدیل کرده و ثابت نگه دارند تا دستگاهها و مدارها به درستی کار کنند.
ماژول کاهنده ولتاژ 3A
ماژولهای کاهنده ولتاژ انواع مختلفی دارند. علاوه بر بازه ولتاژ قابل تنظیم، میزان جریان قابل عبور از آنها هم اهمیت دارد. ماژول کاهنده ولتاژ 3A از تراشه LM2596 استفاده میکند. این تراشه یک رگولاتور کاهنده سوئیچینگ با قابلیتهای بسیار کاربردی است. ماژول کاهنده ولتاژ 3A دارای دو پایه ورودی و دو پایه خروجی است. پایههای ورودی شامل مثبت و منفی هستند. توسط مولتی ترن روی ماژول بازهی ولتاژ ورودی تغییر کرده و در خروجی به میزان کمتر و مشخص شدهای تحویل داده میشود. مفهوم جریان در ماژول کاهنده 3A اهمیت زیادی دارد.
ماژول LM2596 امکان اتصال به انواع مصرف کننده تا حداکثر ظرفیت 3 آمپر را دارد. به عنوان مثال یک ماژول بلوتوث را در نظر بگیرید که به ولتاژ 5V ثابت نیاز دارد. میخواهیم از این ماژول بلوتوث در سیستم پخش خودرو استفاده کنیم. بنابراین توسط ماژول کاهنده 3 آمپر LM2596 ولتاژ 12V سیستم خودرو را به 5V تثبیت شده تبدیل میکنیم. برای این کار از مثبت و منفی برق خودرو به ورودی ماژول کاهنده اتصال میدهیم. توسط مولتی ترن روی آن ولتاژ مورد نیاز خروجی را تنظیم کرده و سپس به مصرف کننده که در اینجا ماژول بلوتوث است، متصل میکنیم.
ماژول کاهنده ولتاژ 10A
این ماژول کاهنده هم مشابه دیگر مدلها قابلیت کاهش ولتاژ را در بازهای مشخص و توان اعلام شده را دارد. پیشتر توضیح دادیم که توان مصرف کننده تعیین میکند که از کدام مدل ماژول کاهنده استفاده کنیم. در اینجا دو مدل ماژول کاهنده 10 آمپر پر کاربرد را بررسی میکنیم. یکی مدل XL4016 و دیگری مدل LTC3780 که نوعی کاهنده بسیار دقیق برای مصارف بسیار خاص است. ماژول کاهنده 10 آمپر XL4016 دارای دو مولتی ترن است. یکی برای تنظیم ولتاژ خروجی و دیگری برای تنظیم جریان خروجی است. این ماژول کاهنده ظرفیت عبور جریان تا 10 آمپر را دارد. اما قابلیت این را هم دارد که جریان خروجی را روی مقداری خاص تنظیم کنید.
علت تنظیم جریان خروجی در ماژول کاهنده 10 آمپر XL4016 به دو دلیل است. یکی حفاظت از مصرف کننده در مقابل اتصال کوتاه و جریان کشی تا 10 آمپر است. دلیل دیگر هم نگهداشتن ماژول کاهنده در بالاترین راندمان است. اگر که منبع متصل شده به ماژول از لحاظ توان به مدیریت نیاز داشته باشد. میتوانید با محدود کردن جریان در خروجی ماژول، راندمان ماژول کاهنده را در بالاترین حالت ممکن قرار دارید. چرا که کاهش ولتاژ در خرویجی با تغییراتی در میزان جریان دهی منبع اصلی ظاهر میشود.
ماژول کاهنده LTC3780 یک ماژول کاهنده ولتاژ و تنظیم کننده جریان با ویژگیهای بسیار قدرتمند است. این ماژول به عنوان یک مبدل DC-DC با ویژگیهای پیشرفته شناخته میشود و برای تنظیم ولتاژ و جریان خروجی در انواع مختلفی از کاربردها مورد استفاده قرار میگیرد. تراشه LTC3780 به عنوان یک تراشه قدرتمند و قابلیتهای بسیار خوب برای کنترل ولتاژ و جریان در مدارهای الکترونیکی شناخته میشود. این ماژولها برای پروژههای الکترونیکی پیچیده و اتوماسیون صنعتی مناسب هستند و به کاربران امکان میدهند ولتاژ و جریان دقیقی را تأمین کرده و توان مورد نیاز را برای دستگاهها و مدارها فراهم کنند.
ماژول کاهنده ولتاژ 20A
نوع دیگری از ماژول کاهنده که بسیار پر مصرف است، ماژول کاهنده 20 آمپر است. این ماژول دارای دو عدد هیت سینک بزرگ برای کاهش دما به هنگام عبور جریان است. همچنین دارای دو مولتی ترن برای کنترل ولتاژ و جریان خروجی است. داشتن قابلیت کنترل جریان در خروجی ماژول با این توان بسیار اهمیت دارد. چرا که کنترل جریان برای حفاظت از ماژول کاهنده ولتاژ و مصرف کننده متصل شده به آن اهمیت دارد. نکتهی بسیار جالب در این ماژول کاهنده 20 آمپری قابلیت آن برای ساخت منبع تغذیه خانگی است. کافیست دو عدد مولتی ترن آنرا با ولوم مولتی ترنی جابجا کرده تا یک منبع تغذیه خانگی با ظرفیت 30 آمپر و عملکردی دقیق داشته باشید. در تصویر زیر این ماژول را میتوانید مشاهده کنید.
روش تنظیم خروجی کاهنده ولتاژ
در تمامی ماژولهای کاهنده ولتاژ روش تنظیم بسیار ساده و مشخص است. کافیست از طریق مولتی ترن روی ماژول اقدام به تنظیم کنید. ماژولهای کاهنده ولتاژ مبتنی بر تراشه LM2596 یکی از محبوبترین وسایل برای تنظیم ولتاژ خروجی در برنامههای الکترونیکی هستند. برای تنظیم ولتاژ خروجی در این ماژولها، طبق توضیحات زیر عمل کنید.
- مشخص کردن پایهها: ابتدا باید پایههای ماژول LM2596 را شناخته و تفاوت آنها را دریابید. این ماژولها معمولا دارای ورودی (IN+ و IN- یا VIN+ و VIN-)، خروجی (OUT+ و OUT- یا VOUT+ و VOUT-)، و پایههای تنظیم و کنترل هستند.
- اتصال منبع تغذیه: منبع تغذیه (مثلا باتری یا آداپتور) را به پایههای ورودی (IN+) و (IN-) ماژول وصل کنید. اینجا منبع ولتاژ ورودی خواهد بود که میخواهید آن را تنظیم کنید.
- تنظیم ولتاژ خروجی: برای تنظیم ولتاژ خروجی، از پتانسیومتر (potentiometer) موجود بر روی ماژول LM2596 استفاده میکنید. این پتانسیومتر به شما اجازه تنظیم ولتاژ خروجی را میدهد. با چرخاندن پتانسیومتر به یک سمت یا دیگری، ولتاژ خروجی افزایش یا کاهش مییابد. معمولا مقادیر ولتاژ ممکن بر روی پتانسیومتر نشان داده شدهاند.
- اندازهگیری ولتاژ: برای اطمینان از تنظیم صحیح ولتاژ خروجی، از یک ولتمتر یا مولتیمتر استفاده کنید و ولتاژ خروجی را اندازهگیری کنید. با تغییر پتانسیومتر، ولتاژ خروجی را به مقدار دقیق مورد نیاز تنظیم کنید.
- تست عملکرد: بعد از تنظیم ولتاژ خروجی، مدار یا دستگاه مورد نظر را به خروجی ماژول متصل کنید و عملکرد آن را تست کنید. مطمئن شوید که ولتاژ خروجی به درستی تنظیم شده و به دستگاه شما تغذیه میشود.
با این مراحل، میتوانید ولتاژ خروجی ماژول LM2596 را به دقت تنظیم کنید و از آن برای تغذیه دقیق ولتاژ به دستگاهها و مدارهای الکترونیکی خود استفاده کنید.
ماژول کاهنده ولتاژ با کنترل جریان چیست؟
ماژول کاهنده ولتاژ با کنترل جریان نوعی از ماژولهای کاهنده هستند که به کمک آن میتوانید ولتاژ و جریان خروجی را به دقت تنظیم کنید. این ماژولها به عنوان منابع تغذیه سوئیچینگ یا DC-DC converters هم شناخته میشوند. عمده وظیفه آنها کاهش ولتاژ ورودی (معمولا ولتاژ DC) به ولتاژ خروجی مورد نیاز دستگاهها یا مدارها و حفظ جریان خروجی در یک محدوده مشخص است. ویژگیهای اصلی یک ماژول کاهنده ولتاژ با کنترل جریان به شرح زیر است.
- کاهش ولتاژ: این ماژولها توانایی کاهش ولتاژ ورودی را دارند و ولتاژ خروجی را به مقدار مورد نیاز کاربر تنظیم میکنند. این امکان اجازه میدهد ولتاژ مناسب برای دستگاه یا مدار مورد نظر خود تأمین کنید.
- کنترل جریان: علاوه بر تنظیم ولتاژ، ماژولهای کاهنده ولتاژ با کنترل جریان همچنین قابلیت کنترل جریان خروجی را نیز دارند. این ویژگی مخصوصا در مواردی مفید است که نیاز به محدود کردن جریان به دستگاه یا مدار دارید تا از خرابی یا ایجاد مشکلات جلوگیری کنید.
- پایداری خروجی: این ماژولها تاثیرات تغییرات ولتاژ ورودی را کاهش میدهند و ولتاژ و جریان خروجی را به صورت پایدار در محدوده تنظیم شده نگه میدارند.
- کاربردها: ماژولهای کاهنده ولتاژ با کنترل جریان در بسیاری از کاربردها مفید هستند، از جمله شارژ باتریها، تغذیه دقیق مدارهای الکترونیکی حساس، درایورهای LED، رادیوها، تغذیه دستگاههای پزشکی، و بسیاری دیگر از موارد.
مجموع توان ورودی و خروجی در ماژول کاهنده
این موضوعی بسیار مهم در تمامی ماژولهای تغذیه است. راندمان یک ماژول تغذیه وابستگی زیادی به این عامل دارد. مجموع توان ورودی و توان خروجی در یک ماژول کاهنده ولتاژ مهم است و باید مورد توجه قرار گیرد. توان ورودی معمولا بیشتر از توان خروجی است، و این اختلاف توان به دلیل اتلافهایی است که در مراحل کاهش ولتاژ اتفاق میافتد. در ادامه راجع به مفهوم توان ورودی و خروجی در ماژول کاهنده توضیحاتی میدهیم.
توان ورودی (Input Power): توان ورودی به توانی اشاره دارد که به ماژول از منبع تغذیه ورودی (مثل باتری یا آداپتور) تأمین میشود. این توان برابر با حاصل ضرب ولتاژ ورودی در جریان ورودی است. به عبارت دقیقتر: توان ورودی (W) = ولتاژ ورودی (V) × جریان ورودی (I) معمولا توان ورودی بیشتر از توان خروجی است به دلیل اتلافهایی که در ماژول به دلیل تبدیل ولتاژ و جریان اتفاق میافتد.
توان خروجی (Output Power): توان خروجی به توانی اشاره دارد که از ماژول به دستگاه یا مدار متصل به خروجی تأمین میشود. این توان برابر با حاصل ضرب ولتاژ خروجی در جریان خروجی است. به عبارت دقیقتر: توان خروجی (W) = ولتاژ خروجی (V) × جریان خروجی (I) توان خروجی معمولا کمتر از توان ورودی است به دلیل اتلافهایی که در ماژول به دلیل تبدیل ولتاژ و جریان اتفاق میافتد.
در ارتباط با توان، مهم است که از ماژولهای کاهنده ولتاژ با توان ورودی و توان خروجی مناسب برای برنامهها و دستگاههای خود استفاده کنید. همچنین باید در نظر داشته باشید که توان ورودی باید بیشتر از توان خروجی باشد تا از عملکرد صحیح ماژول و جلوگیری از برش ولتاژ خروجی در مواقع بار زیاد مطمئن شوید.
کاربردهای ماژول کاهنده DC به DC
ماژولهای کاهنده ولتاژ DC به DC در مهندسی و الکترونیک به عنوان یکی از ابزارهای مهم استفاده میشوند و در انواع مختلفی از کاربردها مورد استفاده قرار میگیرند. در ادامه چند کاربرد عمومی و فنی برای این ماژولها را بررسی میکنیم.
- ماژول کاهنده ولتاژ در تغذیه مدارهای مختلف: ماژولهای کاهنده ولتاژ برای تغذیه مدارها و دستگاههای الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرند. این ماژولها به کمک تنظیم ولتاژ و جریان خروجی، ولتاژ مطلوب را برای مدارهای حساس ارائه میدهند.
- ماژول کاهنده ولتاژ در شارژ باتریها: این ماژولها برای شارژ باتریها از منابع تغذیه با ولتاژ بالاتر استفاده میشوند. زمانی که ولتاژ ورودی بالاتر از ولتاژ باتری است، از این ماژولها برای کاهش ولتاژ و تنظیم جریان شارژ استفاده میشود.
- ماژول کاهنده ولتاژ در تغذیه LED ها: ماژولهای کاهنده ولتاژ برای تغذیه LED ها به کار میروند. این ماژولها به شکل مستقیم ولتاژ مناسب برای LED ها ارائه میدهند و از ایجاد افت ولتاژ و جریان اضافی در LED ها جلوگیری میکنند.
- ماژول کاهنده ولتاژ در تغذیه موتورها: در بسیاری از کاربردها مانند رباتیک و اتوماسیون صنعتی، ماژولهای کاهنده ولتاژ برای تغذیه موتورها استفاده میشوند. این ماژولها امکان تنظیم ولتاژ و جریان به موتورها را فراهم میکنند.
- ماژول کاهنده ولتاژ در تغذیه وسایل پوشیدنی: در وسایل پوشیدنی هوش مصنوعی (مثل ساعتهای هوشمند) که از باتری کار میکنند، ماژولهای کاهنده ولتاژ برای تنظیم ولتاژ و جریان باتری به منظور افزایش عمر باتری استفاده میشوند.
- ماژول کاهنده ولتاژ در کاربردهای خودرو: در صنعت خودرو، این ماژولها برای تامین تغذیه انواع دستگاهها و سیستمهای الکترونیکی مانند رادیو، دوربینهای داشبورد، GPS، و سیستمهای تفریحی مورد استفاده قرار میگیرند.
- ماژول کاهنده ولتاژ در تغذیه دستگاههای پزشکی: در تجهیزات پزشکی مانند مانیتورهای پزشکی و تجهیزات تشخیصی، این ماژولها به منظور تامین تغذیه مدارهای حساس و دقیق به کار میروند.
- کاربردهای انرژی خورشیدی و بادی: در سیستمهای تولید انرژی خورشیدی و بادی، ماژولهای کاهنده ولتاژ برای تنظیم ولتاژ خروجی از پنلهای خورشیدی و ژنراتورهای بادی به منظور تولید انرژی مورد استفاده قرار میگیرند.
در کل، ماژولهای کاهنده ولتاژ DC به DC به دلیل توانایی تنظیم ولتاژ و جریان خروجی، در انواع مختلفی از کاربردهای الکترونیکی و مهندسی بسیار مفید هستند.
کدام ماژول کاهنده را انتخاب کنم؟
برای انتخاب ماژول کاهنده در یک پروژه الکترونیکی بایستی توان مورد نیاز را ملاک انتخاب قرار دهید. بجز این مورد بایستی دامنهی ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی را هم ملاک قرار دهید. به عنوان مثال ماژول LM2596 بازه ولتاژ ورودی تا 32 ولت را دارد. به این معنی که منبع تغذیه مورد استفاده در پروژه اگر 40 ولت باشد، نمیتوانید از این ماژول استفاده کنید. اما اگر ولتاژ منبع تغذیه در پروژه 32 ولت باشد میتوانید از این ماژول استفاده کنید. توان جریان دهی این ماژول به صورت نامی 3A است. ماژول کاهنده 10A علاوه براینکه امکان کاهش ولتاژ را دارد. امکان مدیریت جریان خروجی را هم دارد. به این معنی که اگر مصرف کننده برای امنیت بیشتر به جریان مدیریت شده نیاز داشته باشد. میتوانید توسط مولتی ترن روی آن اقدام به مدیریت این مورد بکنید. ماژول کاهنده 300 وات 20A هم نوع دیگری است که هم قابلیت مدیریت جریان و هم قابلیت مدیریت ولتاژ را دارد. این ماژول به نسبت توان و قابلیت جریان دهی که دارد انتخاب کاملتری برای پروژههاست.
جمع بندی
در این پست سعی کردیم که راجع به سه مدل ماژول کاهنده ولتاژ DC به DC توضیحاتی ارایه کنیم. این سه مدل از کاهندهها جز پرمصرفترین ماژولهای تغذیه نه تنها در بازار ایران که در بسیاری از کشورهای توسعه یافته، همپای ایران در حال مصرف هستند. بنابراین اولین قدم در استفاده صحیح از این ماژول کاهنده اطلاعات عمومی کاربران و شناخت از چنین بردهایی است. توضیحات فنی و مهندسی برای این ماژولها در دیتاشیتهایشان وجود دارد. هدف ما در بلاگ دانشجو کیت بالابردن آگاهی مخاطبهای غیر مهندس از جمله مدیران و تصمیم گیرندگان در صنایع مختلف است. تا به کمک این آگاهی انتخابهای درست و بهینه تری داشته باشند. بنابراین اگر این پست برای شما مفید بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، حتما آنرا با دیگران به اشتراک بگذارید.
همچنین فراموش نکنید که ماژولهای کاهنده غیر اصلی با قیمتهای بسیار ارزان در بازاری که رقابت بر سر قیمت کمتر است بسیار زیاد شده است. بنابراین هرگز براساس قیمت اقدام به انتخاب و خرید نکنید و حتما چند نمونه را از فروشگاههای مختلف تست کنید. ما در دانشجو کیت همواره اجناس اورجینال و با کیفیت را طی چهار دهه گذشته ارایه میکردهایم.