NETES MÜHENDİSLİK
Profesyonel Üye
Bir devrede akan akımı ölçmek için farklı teknikler vardır. Devreye kesin olarak bilinen bir değerde bir şönt direnci yerleştirerek Ohm yasasını kullanmak, devredeki akımı ölçmenin yaygın ve basit bir yoludur. Bu gönderi:
- Şönt dirençleri ve uygulamalarını tanımlar ve açıklar
- Şönt dirençlerin temel özelliklerini tartışır
- DMM'ler ve osiloskoplar hakkında genel bir bakış sunar ve bunların şönt dirençlerle nasıl kullanıldığını açıklar
- Şönt dirençlerle ölçmenin avantajlarını ve dezavantajlarını listeler
- Osiloskoplar için izole akım şönt probları kavramını tanıtır
Şönt direnci, akımı ölçmek için bir devreye yerleştirilen hassas bir bileşendir. Hassas bir ölçüm cihazı hareketi kullanarak akımı ölçmek için tasarlanan ampermetrelerde, şönt direnci ölçüm cihazının hareketine paralel olarak bağlanır ve böylece akım hareketten "uzaklaştırılır". Günümüzde bu terminoloji, devrede akan akımla orantılı küçük bir voltaj düşüşüne neden olmak için devreye yerleştirilen dirençler için yaygın olarak uygulanmaktadır. Bu düşüş daha sonra bir voltmetre veya osiloskopla ölçülebilir ve ölçülen voltajı direnç değerine bölerek Ohm yasası kullanılarak devreden akan akımı hesaplamak için kullanılabilir.
Şekil 1.Bilinen dirence sahip bir şönt direnci, yükteki akımı ölçmek için bir yüke seri olarak yerleştirilebilir. Bilinen dirençteki voltaj düşüşü ölçülerek akım I = V/R olarak hesaplanabilir.
Şönt Direnç Çeşitleri
Şönt dirençler, akım algılama dirençleri ve akım görüntüleme dirençleri aynı şekilde çalışır, ancak performans ve amaçlanan kullanım açısından farklılık gösterebilir. Bir CVR veya akım görüntüleme direnci, şönt direnci için kullanılan başka bir terimdir. Genellikle hassas dinamik ölçüm uygulamalarında kullanılmak üzere kontrollü bir frekans tepkisi ve çok doğru bir dirençle tasarlanmış düşük değerli bir şönt direnci ifade eder. Bunlar bir ürün tasarımına dahil edilebilse de, prototiplemede veya geçici test noktaları sağlamak için kullanılması daha yaygındır. CVR'ler genellikle doğru simülasyonu kolaylaştırmak için parazitik elemanlar içeren yazılım modelleriyle birlikte sağlanır.
Yukarıda belirtildiği gibi akım algılama dirençleri şönt dirençler olarak da işlev görür, ancak bu terim genellikle bir ürün tasarımının ayrılmaz bir parçası olan dirençler için kullanılır. Direnç boyunca voltaj düşüşünü ölçmek için bir amplifikatörle eşleştirilirler. Bu, bağımsız bir akım algılama amplifikatöründen sinyal koşullandırma, izolasyon ve analogdan dijitale dönüştürmeyi ele alan tamamen entegre bir güç izleme IC'sine kadar değişebilir.
Şönt Direnç Özellikleri
Şönt dirençler genellikle Joule etkisi olarak ısı yoluyla dağılan voltaj düşüşünü ve I2R güç kaybını en aza indirmek için düşük dirençle tasarlanır. Test edilen devredeki akımı taşıyabilmek için yeterli güç değerlerine sahip olmaları gerekir. Diğer tüm bileşenler gibi, "ideal" değildirler, bu nedenle seri endüktans da önemli bir endişe kaynağıdır çünkü endüktans akım değişimlerini engelleyecektir.
AC ölçümlerinde kullanılmak üzere tasarlanan şönt dirençler genellikle fiziksel olarak düz ve geniştir. Cilt etkisi nedeniyle, alternatif akım iletkenlerin dışından akma eğilimindedir. Bu nedenle, tasarımcılar genellikle yüzey alanını optimize etmek ve AC empedansını düşük tutmak için düz, geniş bir iletken seçerler.
Şöntlerin dirençleri çok küçük olabileceğinden, uç ve temas direnci bile şönt direnç değerinin kendisine büyüklük sırasına göre kıyaslanabilir hale gelebilir. Bu nedenle, bazı şönt dirençlerinin Kelvin bağlantılarını etkinleştirmek için dört terminali vardır. Bu, akım ve voltaj elektrotları arasında ölçüm üzerindeki etkilerini ortadan kaldırmak için fiziksel bir ayrım sağlar. Aslında, akımı taşımak için iki terminal ve bir voltmetreye bağlanmak için iki terminal kullanılır. Voltmetreler yüksek bir giriş empedansına sahip olduğundan, bu, voltaj ölçüm terminallerinden geçen akımı etkili bir şekilde ortadan kaldırır ve voltaj bağlantılarındaki herhangi bir direncin etkisini en aza indirir.
Bir PCB tasarımı için uygun şönt direncini seçmek, tasarım mühendisleri için kritik bir görevdir. Sonuç genellikle elektrik değerleri, paket form faktörü, güç değeri ve hatta özellikle büyük hacimli üretim için tasarım yaparken birim fiyat arasında bir uzlaşmadır.
İdeal şönt direncini seçmenizde size rehberlik edecek temel hususlar aşağıda belirtilmiştir.
- Doğruluk ve Tolerans: Gerekli hassasiyet, bileşen seçimi için belirli sınırları belirler. Hassas ölçümler için, düşük toleranslı (±%0,1 veya daha iyi) bir direnç seçin. Daha yüksek tolerans, hassas uygulamalarda hatalara neden olabilir.
- Parazitik Endüktans: Yüksek frekanslı veya hızlı değişen akım ölçümlerinde endüktans kritik hale gelir. Düşük endüktanslı dirençler, ölçüm hataları olasılığını en aza indirip temiz, doğru sinyaller sağladıkları için bu senaryolar için idealdir.
- Sıcaklık Katsayısı: Direncin düşük bir sıcaklık katsayısına (TCR) sahip olduğundan emin olmak önemlidir, böylece doğruluğu dalgalanan sıcaklık koşullarında bile sabit kalır. Sıcaklık katsayısı genellikle Güç Tüketimi hususlarıyla bağlantılıdır.
- Mevcut Aralık/Güç Derecesi: Akım aralığı ve güç derecesi birlikte düşünülmelidir. Akım aralığının maksimum değeri ve direnç değeri maksimum güç dağılımını belirleyecektir. Ancak, ölçülecek minimum akım farkı da dikkate alınmalı ve şönt direncinin ölçülebilir voltaj düşüşü üretecek kadar büyük olduğundan emin olunmalıdır. Güç derecesi genellikle boyutu ve form faktörünü belirler.
- Fiziksel Boyut ve Form Faktörü: Sisteminizde mevcut alana sığacak şekilde, yukarıdaki koşulları sağlayan dirençler arasından, yüzeye montajlı veya delikli tasarıma ihtiyacınız olup olmadığına bakılmaksızın bir direnç seçin.
Şönt dirençler, basitlikleri, düşük maliyetleri ve performansları sayesinde çeşitli uygulamalarda kullanılır. Bunlar şu gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılır:
- Genel Test ve Ölçüm: Şönt dirençler ampermetrelerin içine yerleştirilebilir veya test edilen yük ile seri olarak bağlanan harici cihazlar olabilir.
- Güç kaynakları ve endüstriyel ekipmanlar: Akım izleme ve arıza tespiti için.
- Elektrik motor tahrikleri ve kontrol sistemleri: Optimize edilmiş performans için akımı ölçmek ve düzenlemek.
- EVler: Şarj ve deşarj akımlarının yüksek hassasiyetle izlenmesi.
- Mobil cihazlar: Akım algılama dirençleri genellikle düşük akımlı cihazlarda akım çekimini izlemek için kullanılır.
Çoğu uygulamada, şönt direnci bir bacağı yere yakın olacak şekilde yerleştirilir (genellikle "düşük taraf akım algılama" olarak adlandırılır). Bu, şöntü ölçmek için kullanılan voltmetreye uygulanan ortak mod voltajını azaltacaktır. Tasarımcılar, ölçümler için dönüş yolunun AC sinyalleriyle paylaşılmamasına veya ölçümlerde gürültüye neden olacak AC sinyalleriyle birleştirilmemesine dikkat etmelidir.
Bazı durumlarda, bir şönt direncini topraklamak pratik veya arzu edilir olmayabilir. Örneğin, son zamanlarda otomotiv güç tasarımcıları şöntleri doğrudan güç kaynağına bağlamanın avantajlarını değerlendirdiler, bu yapılandırma, daha sonraki yoldaki olası arızayı hızla tespit etmelerine ve dolayısıyla devreyi koruma şansı vermelerine olanak tanır. Bu elbette şöntün topraklanmamış bir düğüme takılması gerektiği anlamına gelir, bu nedenle voltaj düşüşünü ölçmek için kullanılan ölçüm sistemi için ortak mod voltaj özelliklerine uyulması için özel dikkat gösterilmelidir.
Şekil 2. Mümkün olduğunda, bu devredeki alt akım görüntüleme direnci (CVR) gibi şönt dirençler topraklanmalıdır. Bu, ortak mod voltajını en aza indirir ve toprak referanslı bir probun bağlanmasına izin verir. Üst CVR'yi ölçmek, yüksek ortak mod reddi olan diferansiyel bir ölçüm gerektirir (aşağıdaki İzole Akım Şönt Probu Kullanma bölümüne bakın).
Şönt Dirençli Aletler ve Akım Ölçümleri
Genel olarak şönt dirençler, küçük ve ölçülebilir bir voltaj düşüşü oluşturarak elektrik akımının hassas bir şekilde ölçülmesini sağlar. Bu voltajı doğru bir şekilde yorumlamak için ampermetreler, dijital multimetreler (DMM'ler) ve osiloskoplar gibi aletler gerekir.
Ampermetreler ve Dijital Multimetreler (DMM'ler) ile Akım Ölçümü
Ampermetreler ve DMM'ler doğru akımı veya alternatif akımı ölçmek için idealdir. AC ve DC güç kaynaklarında hızlı ve doğru ölçümler yapmak için tercih edilen araçtır. Akım ölçümü için ölçerler genellikle cihaza bir veya daha fazla şönt direnci dahil eder. Birden fazla akım aralığını etkinleştirmek için farklı dirençler kullanılabilir. Son derece doğru ve hassas olabilirler -- örneğin, bir Keithley DMM7510 hassas tezgah multimetresi DC akımı pA (1x10-12 A) ve AC akımı nA (1x10-9 A) olarak ölçebilir. Çoğu DMM, 50/60 Hz'de kolayca RMS ölçümleri yapabilir ve bazıları kHz'ye kadar ölçüm yapabilir, ancak ölçer uçları genellikle 1 MHz'in altına düşer.
DEVAMI İÇİN TIKLAYINIZ