نکته بسیار مهم در طراحی با رگولاتور های سری AMS1117

طراحی منبع تغذیه اصولی با رگولاتور خطی AMS1117  نکته بسیار مهم در استفاده از رگولاتور های سری AMS1117
نوشته شده توسط
دانلود فایل PDF

با سلام خدمت همه دوستان گرامی. تقریبا در تمام مداراتی که تغذیه همه یا بخشی از آنها ولتاژ هایی از جمله 1.2، 3.3 و 5 ولت هستن، سر و کله رگولاتور های خطی در گوشه کنار این مدار ها پیدا میشه. در بین رگولاتور های خطی موجود در بازار، سری AMS1117 از محبوبیت خاصی برخوردار هستن. دلیل این محبوبیت هم مجموعه ای از ویژگی های خوب برای یک رگولاتور مانند ظرفیت جریان بالا در نوع خود، تنوع بالا در مدل های ولتاژ ثابت، پکیج SMD و در نهایت قیمت بسیار مناسب آنها می‌باشد.

این رگولاتور ها، به سادگی بکارگیری معروف هستند. به طوری که ولتاژ بالاتر رو به ورودی میدید و خروجی رو از پایه دیگه دریافت می کنید. به همین راحتی و آسونی! البته برای مدل متغیر، یک محاسبه کوچولو برای مقاومت های تنظیم ولتاژ خروجی نیاز داره که کار ساده ایه.


روش محاسبه مقاومت

من قصد نداشتم در این مطلب به روش محاسبه مقاومت ها برای تعیین ولتاژ خروجی بپردازم. اما چون نکته اصلی این مطلب که در ادامه باید بهش توجه کنیم، به محاسبه این مقاومت ها ربط پیدا میکنه، اول مروری روی روش محاسبه این مقاومت ها خواهیم داشت.

مدار زیر، نحوه اتصال و فرمول محاسبه مقاومت های خروجی به رگولاتور را نشان میدهد:

نحوه محاسبه مقاومت های رگولاتور خطی AMS1117
نحوه محاسبه مقاومت های رگولاتور خطی AMS1117

در فرمول ولتاژ خروجی، معمولا به دلیل ناچیز بودن مقدار IADJ، از بخش دوم فرمول صرف نظر میکنیم. مقدار VREF هم طبق دیتاشیت برابر 1.25 ولت می‌باشد. که باید آن را در محاسبات خود لحاظ کنیم.

برای مثال، مقدار مقاومت ها برای ولتاژ خروجی 3.3 ولت طبق فرمول به ترتیب R2=2.2KΩ و R1=1.3KΩ محاسبه خواهند شد. خب تا اینجا همه چیز اوکیه و مدار رو میسازیم و به میکروکنترلر وصل میکنیم و روشن میکنیم. اما با کمال تعجب میبینیم میکروکنترلر مدار بعد از مدتی کار کردن سوخت!!! چی شد؟! سردرگم دنبال مشکل، با اندازه گیری ولتاژ بخش های مختلف مدار، متوجه می شیم که ولتاژ خروجی رگولاتور به جای 3.3 ولت، مقدار بالاتری داره!

خب اولین حدس ما درباره سوختن رگولاتور هست که اییی داد، قطعه فیک بهمون فروختن و… . ولی باید بدونیم که در این مرحله، مشکل از رگولاتور نیست و این ما هستیم که یک نکته مهم رو در طراحی رعایت نکردیم! ولی شاید بگید ما که محاسبات ولتاژ خروجی رو درست انجام دادیم پس مشکل از کجاست؟

در اینجا یکی از مصادیق اهمیت دیتاشیت خوانی “دقیق” روشن میشه! میپرسید چطور؟ پس تا آخر مطلب با من همراه باشید.


دیتاشیت خوانی رگولاتور AMS1117

در دیتاشیت AMS1117 در جدول مشخصات الکتریکی قطعه، یک ردیف وجود داره که با عبارت Minimum Load Current مشخص شده است. این مشخصه به ما میگه که “حداقل جریان بار” باید چقدر باشه. حداقل جریان؟ ممکنه با خودتون بگید تا الان فقط حداکثر جریان مجاز قطعه برامون مهم بوده و اصلا نمی دونستیم حداقل جریان هم مهمه!

این سری از رگولاتورها (و احتمالا در بعضی از سایر رگولاتور های خطی) برای ثبات در عملکرد خود و ثابت نگاه داشتن ولتاژ خروجی روی مقدار محاسبه شده، باید مقداری جریان به طور مداوم از خروجی آنها کشیده شود و اگر در شرایطی، جریان مصرفی مدار از مقدار مشخص شده در دیتاشیت کمتر شود، ولتاژ خروجی رگولاتور ممکن است ناپایدار شده و حتی افزایش یابد.

حداقل جریان بار رگولاتور خطی AMS1117
حداقل جریان بار رگولاتور خطی AMS1117

در دیتاشیت رگولاتور AMS1117 این مقدار حدود 10 میلی آمپر مشخص شده است. بنابراین اشتباه ما در محاسبات مقاومت های خروجی اینجا بود که جریان مداوم خروجی در حالتی که مصرف مدار به حداقل میرسید (مثلا حالت خواب میکروکنترلر و استندبای مدار)، به کمتر از حد مجاز میرسید.

میلی آمپر 0.9 = (2.2K+1.3K)/3.3

این مساله باعث افزایش بیش از حد ولتاژ خروجی رگولاتور و آسیب به مدار می شود. برای حل این مشکل، باید در زمان محاسبه مقاومت های خروجی رگولاتور، محدوده آنها را به گونه ای انتخاب کنیم که جریان عبوری از آنها برابر با حداقل مقدار گفته شده در دیتاشیت باشد. به عنوان مثال، طبق فرمول اگر مقدار R1=90Ω و R2=150Ω انتخاب کنیم، ولتاژ خروجی برابر 3.3 ولت خواهد شد. در عین حال جریان مداوم خروجی، در حالت بی باری برابر 3.3V/240R=13mA خواهد بود که مقداری بیش از حداقل مقدار گفته شده در دیتاشیت می‌باشد.  به این ترتیب میتوان اطمینان داشت که در مواقعی که جریان مصرفی مدار به حداقل میرسد، رگولاتور در محدوده پایدار به کار خود ادامه خواهد داد.

نکته عملی: در مثال بالا، مقدار مقاومت 90 اهمی استاندارد نبوده و با استفاده از موازی کردن دو عدد مقاومت 180 اهمی به راحتی قابل ساخت می‌باشد.

در رگولاتورهای مدل ولتاژ ثابت مثل AMS1117-3.3 و… به دلیل وجود مقاومت های داخلی، احتمال رخداد این مساله کمتر می‌باشد. اما با توجه به اینکه در دیتاشیت قطعه، مقادیر این مقاومت ها گفته نشده، بهتره برای اطمینان، یک مقاومت در خروجی رگولاتور برای ایجاد جریان مناسب طبق دیتاشیت، قرار داده شود. مثلا برای رگولاتور AMS1117-3.3 در طراحی مدار در خروجی یک مقاومت 330 اهم بین پایه خروجی رگولاتور و GND قرار دهید.

نکته عملی: مواقعی که برای تولید چند ولتاژ مختلف، دو یا چند رگولاتور با هم سری میشن، نیاز نیست که به خروجی هر رگولاتور یک مقاومت به زمین وصل کنیم. کافیه یک مقاومت به خروجی رگولاتور آخر وصل شود. مثلا اگر ولتاژ ورودی تغذیه به رگولاتور 9 ولت و بعد به گولاتور 5 ولت و بعد به رگولاتور 3.3 ولت وصل شده، کافیه مقاومت بار بر اساس آخرین ولتاژ یعنی 3.3 ولت محاسبه و به خروجی رگولاتور 3.3 ولت وصل کنیم. در این صورت حداقل جریان از همه رگولاتور های قبلی هم کشیده شده و همه رگولاتور در حالت پایدار قرار خواهد گرفت.


نتیجه گیری

رگولاتورهای سری AMS1117 که به دلیل مشخصات خوب و قیمت مناسب آنها، در بین طراحان مدار های الکترونیکی خصوصا مدار های میکروکنترلری طرفداران زیادی دارد. این رگولاتور دارای یک مشخصه مهم به نام “حداقل جریان بار مجاز” می‌باشد. که اگر این مقدار در طراحی و محاسبات رعایت نشود، باعث ناپایداری خروجی یا افزایش غیر طبیعی ولتاژ خروجی آنها می‌شود.

برای اطمینان از عملکرد پایدار رگولاتور، باید جریان حداقلی بر اساس مقدار مشخص شده در دیتاشیت (در مثال ما 10 میلی آمپر) همیشه از خروجی کشیده شود. این جریان با استفاده از مقاومت های خروجی در مدل های AMS1117-ADJ و با قرار دادن یک مقاومت ثابت در خروجی رگولاتور در مدل های ثابت مثل AMS1117-3.3 برقرار می‌شود.

امیدوارم که این مطلب مورد رضایت شما قرار گرفته باشد. چنانچه در این خصوص سوال، نظر و یا اطلاعات بیشتری دارید، آن را از قسمت کامنت ها با ما در میان بگذارید تا در اسرع وقت پاسخ داده شود و از تجربیات و اطلاعات شما هم استفاده شود.

۱۶ دیدگاه برای “نکته بسیار مهم در طراحی با رگولاتور های سری AMS1117

  1. سلام مهندس جعفری عزیز یک سوالی ذهن منو درگیر کرده احتمال دارد رگولاتور ۳/۳ ۱۱۱۷بعد مدتی که حرارت مجموعه برد متوسط ۶۰درجه باشد کارایی لازم را از دست بدهد یعنی نسوزد ولی جریان لازم را جهت میکروکنترلر تامین نکنه باتشکر فراوان وارزوی موفقیت و سلامتی

    1. سلام. وقت بخیر
      در این باره، باید نکاتی را رعایت کنید.
      اول اینکه قطعه اوریجینال با دیتاشیت مشخص تهیه و استفاده کنید.
      دوم اینکه هرگز رگولاتور در شرایط مرزی استفاده نکنید. به عنوان مثال اگر جریان مورد نیاز مدار حداکثر ۲۰۰ میلی آمپره، رگولاتور با ظرفیت جریان دهی حداقل ۵۰۰ میلی آمپر یا حتی ۱ آمپر استفاده کنید که در شرایط مختلف مدار، قادر به تامین جریان باشد.
      سوم اینکه حتما دیتاشیت رگولاتور خصوصا بخش های نمودارها را دقیق مطالعه کنید که اگر سازنده چنین محدودیتی برای رگولاتور ذکر کرده باشه، اون رو کامل بررسی کنید.
      موفق باشید.

  2. درود
    برای جلوگیری از سوختن میکروکنترلر مدارمون
    قبل رگلاتور مثلا سه تا زینر موازی بذاریم خوبه؟
    چه کاری غیر مقاومت خروجی که فرمودید میشه انجام داد تا جلوگیری بشه از اینکه
    یهو ولتاژ خروجی زیاد بشود؟

    1. سلام. وقت بخیر
      قبل از رگولاتور که همون ولتاژ ورودیه. اگر در خروجی رگولاتور زنر با ولتاژ نزدیک خروجی رگولاتور بزارید خیلی محدود میتونه از بالا رفتن ولتاژ جلوگیری کنه اما با توجه به سری نبودن مقاومت با زنر، خیلی زود دما و جریان زنر بالا میره و اون هم میسوزه.
      موفق باشید.

      1. ۱- یعنی اگر ما توی خروجی رگولاتور ها یک زنر به اندازه همون ولتاژ خروجی رگولاتور یا چیزی نزدیک بهش بگذاریم و البته با یک مقاومت سری میتونه چاره باشه؟ مقاومت چند باشه؟ البته طبعا باید متناسب باید جریان مدار زنر و مقاومت رو توانش محاسبه کرد و انتخاب کرد دیگه درسته؟
        ۲- توی اکثر دستگاه های SMS کنترلر که دیدم خروجی رگولاتور بعضا وقتی میسوزه باعث میشه ولتاژ ورودی مستقیم بیاد خروجی رگولاتور و یعنی همون تغذیه اصلی مدار و نهایتا مدار را آسیب میرسونه، برای این حالت باید چه کرد یا غیر از انتخاب زنر چه باید کرد؟
        ممنون از اینکه پاسخ میدید و تجربتون را با ما به اشتراک میگذارید.

        1. استفاده از زنر در خروجی، نباید به عنوان راه حل نهایی در نظر گرفته بشه چون مدت زیادی نمیتونه دوام بیاره. همچنین مدار در این حالت توان مورد نیاز سیستم رو نمیتونه تامین کنه. اما برای حالت های گذرا میتونه مناسب باشه به شرطی که زنر به اندازه کافی سریع باشه.

  3. درود خدمت مهندس گرامی

    سوال من اینه
    اگر به هر دلیل رگلاتور های خطی زیر بسوزند ولتاژ خروجی چندولت میشود؟
    AMS1117 5v
    L7805

    1. سلام. وقت بخیر
      رگولاتورها عموما در طبقه خروجیشون یک ترانزیستور سری دارن که کنترل ولتاژ بار رو با اون انجام میدن. اگر رگولاتور بسوزه، معمولا این ترانزیستور اتصال کوتاه میشه و چون با خروجی سریه، ولتاژ ورودی رو به خروجی متصل میکنن. مگر در حالت هایی که برای این مساله تمهیداتی در مدار داخلی رگولاتور دیده شده باشه.

      1. سلام مهندس، راهکاری که پیشنهاد میدید برای این مورد چی هست؟ چون طبعا به مدار داخلی رگولاتور دسترسی نداریم. برای همین برای خروجی این رگولاتور و در همچین حالتی چه باید کرد؟

        1. بهترین راهکار، طراحی مدار به گونه ایه که به رگولاتور استرس وارد نشه و در محدوده امن عملکردی خودش کار کنه.

  4. سلام . وقتتون بخیر باشه
    ببخشید بنده میخواستم با استفاده از مدار بالا شدت نور یه led رو کنترل کنم یعنی ۵ ولت ورودی مدار باشه و خروجی مدار متغییر باشه ، آیا میشه بجای R2 مقاومت متغییر ۵k بزارم ؟

    1. سلام. وقت بخیر
      برای تعیین مقدار پتانسیومتر، باید مقدار R2 را به ازای حد ولتاژ حداقل و حداکثر مورد نظر طبق فرمول محاسبه کنید و بعد بر اساس رنج بدست آمده، پتانسیومتر مناسب انتخاب کنید.
      البته اتصال مستقیم خروجی این مدار به ال ای دی توصیه نمیکنم چون ولتاژ بالاتر از تحمل ال ای دی، براحتی بهش آسیب میزنه و باید جریان خروجی با مقاومت مناسب به صورت سری با ال ای دی محدود شود.
      موفق باشید.

  5. سلام مهندس جعفری بزرگوار
    سپاس از مطلب مفیدو کاربردیتون
    بهترین ها رو براتون آرزو میکنم

    1. سلام. تشکر
      اینکه این مطالب برای شما مفید و ارزشمند بودن، برای بنده مهم و خوشحال کننده است.
      در حال حاضر دیگه با مجموعه مایکروالکام همکاری ندارم.
      موفق باشید.

  6. سلا مهندس جعفری عزیز؛
    خیلی خوب بود این مطلب و واقعا ارزشمند بود. تشکر که همچین مطالبی را با ما به اشتراک میگذارید.
    باز هم از این دست مطالب قرار بدید. خیلی کاربردی و مهم اند.

    1. سلام. تشکر از شما بابت مطالعه مطالب وبلاگ.
      انشالله هر هفته با یک مطلب کاربردی در زمینه های مختلف در خدمت دوستان خواهم بود.
      شما و سایر دوستان میتونید موضوعات درخواستی که توی مدارات و طراحی ها باهاشون به چالش برخورد کردید رو برای ما ارسال کنید تا پس از بررسی و اجماع، مطلبی اختصاصی درباره راه حل چالش تدوین و در وبلاگ منتشر بشه.
      موفق باشید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.