แหล่งจ่ายอ่อนกับสายไฟตกให้ผลปลายทางคล้ายกันอย่างไร

คำว่าไฟตกที่อุปกรณ์อาจรวมเหตุจากแหล่งจ่ายเองและเหตุจากสายภายนอก หากทราบเพียงแรงดันปลายทางต่ำ จะยังไม่รู้ว่าส่วนต่างเกิดที่ไหน การแยกขอบแหล่งจ่ายออกจากเส้นทางสู่โหลดช่วยหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแบตเตอรี่เพราะปลายสายต่ำ หรือแก้สายเพราะเห็นแรงดันตอนพักดูดี ทั้งที่ยังไม่มีข้อมูลขณะรับภาระ

แหล่งจ่ายจริงไม่เหมือนแหล่งจ่ายแรงดันคงที่เสมอ

แบบจำลองพื้นฐานแทนแหล่งจ่ายด้วยแรงดันอุดมคติ E ต่ออนุกรมกับความต้านทานภายใน r เมื่อแหล่งจ่ายกำลังส่งกระแส I ออก แรงดันที่ขั้วภายนอกเป็น E − Ir ความต่างภายในนี้แยกจากแรงดันตกที่สายหลังขั้วแหล่งจ่าย แบบจำลองช่วยอธิบายแนวโน้ม แต่ r ของแหล่งจ่ายจริงอาจขึ้นกับอุณหภูมิ สภาพ และกระแส ไม่ใช่ค่าคงที่สมบูรณ์ทุกครั้ง

แรงดันที่ขั้วแหล่งจ่ายขณะทำงานจึงเป็นข้อมูลสำคัญสำหรับแยกส่วนภายนอก แต่ไม่ได้เปิดให้วัดตรงถึงแหล่งอุดมคติภายในแบตเตอรี่ตามภาพ การวาด E เป็นการอธิบายแบบจำลอง ไม่ใช่ตำแหน่งให้เข้าถึง และบทนี้ไม่ครอบคลุมการตรวจเคมีภายในหรือการกำหนดสุขภาพแบตเตอรี่จากค่า r เพียงค่าเดียว

1. 1
   แหล่งอุดมคติ E

   แทนส่วนสร้างแรงดันของแบบจำลองเมื่อกำลังส่งกระแสออก

2. 2
   ขั้วภายนอก

   แรงดันขั้วเป็น E − Ir แยกจากความสูญเสียหลังขั้ว

3. 3
   สายสู่โหลด

   ส่วนต่างระหว่างแรงดันขั้วกับโหลดเป็นผลภายนอก ไม่รวม Ir ซ้ำ

แบบจำลอง E กับ r เป็นการอธิบาย ไม่ใช่ตำแหน่งให้เปิดแบตเตอรี่เข้าถึง

ตัวอย่างสมมติ: แยกภายในหนึ่งโวลต์กับสายครึ่งโวลต์

กำหนดแหล่งสมมติ E = 12 โวลต์ มี r = 0.2 โอห์ม สายภายนอกรวม 0.1 โอห์ม และโหลด 2.1 โอห์ม ทั้งวงจรมี 2.4 โอห์มจึงมีกระแส 5 แอมป์ ส่วนภายในแหล่งจ่ายตก 1 โวลต์ แรงดันที่ขั้วแหล่งจ่ายเหลือ 11 โวลต์ สายภายนอกตก 0.5 โวลต์ และโหลดได้รับ 10.5 โวลต์

หากนำค่า E 12 โวลต์ลบแรงดันโหลด 10.5 โวลต์แล้วเรียก 1.5 โวลต์ทั้งหมดว่าไฟตกในสาย จะนับความสูญเสียภายในแหล่งจ่ายรวมเข้าไปด้วย ช่วงสายจริงระหว่างขั้วภายนอกกับโหลดสูญเสียเพียง 11 − 10.5 = 0.5 โวลต์ การกำหนดขอบเขตสองปลายจึงสำคัญกว่าการรู้ว่าแรงดันปลายทางต่ำกว่าชื่อระบบเท่าไร

สร้างอีกกรณีสมมติที่ E ยัง 12 โวลต์ แต่ r เป็นศูนย์และสายภายนอกเป็น 0.3 โอห์มโดยโหลด 2.1 โอห์มเท่าเดิม กระแสยัง 5 แอมป์และโหลดได้ 10.5 โวลต์เหมือนกรณีแรก แต่แรงดันขั้วแหล่งจ่ายคราวนี้ยัง 12 โวลต์ ส่วนต่างทั้งหมด 1.5 โวลต์อยู่ภายนอก ข้อมูลโหลดเพียงค่าเดียวจึงแยกสองกรณีไม่ได้

ข้อมูลตอนพักกับตอนทำงานต้องแยกก่อนเปรียบเทียบ

ในแบบจำลองที่ไม่มีกระแส ความต่าง Ir เป็นศูนย์ แรงดันขั้วจึงเท่ากับ E แต่เมื่อมีภาระจะเปลี่ยนตามกระแส การเห็นแรงดันตอนพักจึงยังไม่บอกแรงดันที่จะรักษาได้ขณะทำงาน เช่นเดียวกับแรงดันโหลดซึ่งเปลี่ยนตามภาระ ควรจับคู่ค่าขั้วแหล่งจ่ายและค่าโหลดของสถานะเดียวกันก่อนคำนวณส่วนต่างภายนอก

แบตเตอรี่จริงมีรายละเอียดมากกว่าตัวต้านทานอนุกรมตัวเดียว จึงไม่ควรใช้ผลจากตอนพักหนึ่งค่าและตอนทำงานอีกค่าซึ่งต่างเวลาไปคำนวณ r แล้วประกาศว่าเป็นสเปกสุขภาพที่แน่นอน การเปลี่ยนสถานะและประวัติการใช้งานอาจมีผลต่อแหล่งจ่าย บทนี้ใช้รูปแบบจำลองเพื่อแยกตำแหน่งของผล ไม่ใช่ให้เกณฑ์เปลี่ยนแบตเตอรี่

1. 1
   รวมและหากระแส

   0.2 + 0.1 + 2.1 = 2.4 โอห์ม จึงได้ 12/2.4 = 5 แอมป์

2. 2
   แรงดันขั้ว

   12 − 5 × 0.2 = 11 โวลต์

3. 3
   แรงดันโหลด

   11 − 5 × 0.1 = 10.5 โวลต์

4. 4
   ตรวจขอบกำลัง

   ขั้วส่ง 55 วัตต์ เท่ากับสาย 2.5 บวกโหลด 52.5 วัตต์ ส่วนภายในอีก 5 วัตต์อยู่คนละขอบ

สมมติ r ภายใน 0.2 โอห์ม สาย 0.1 โอห์ม โหลด 2.1 โอห์ม

วิธีนำไปใช้จัดข้อมูลต้นทางกับปลายทาง

1. ระบุว่าต้นทางที่อ้างคือขั้วภายนอกของแหล่งจ่าย ไม่ใช่เลขแรงดันชื่อระบบหรือค่าอุดมคติในแบบจำลอง
2. บันทึกสถานะภาระของข้อมูลทั้งต้นทางและโหลดให้ตรงกัน
3. แยกส่วนต่างจากขั้วแหล่งจ่ายถึงโหลดออกเป็นด้านจ่ายและด้านกลับเมื่อมีข้อมูลเพียงพอ
4. ถ้าต้นทางเองเปลี่ยนมาก ให้เก็บความเป็นไปได้ของแหล่งจ่ายไว้ร่วมกับสาย โดยไม่สรุปจากปลายทางตัวเดียว

การใช้ชื่อจุดช่วยให้คำอธิบายชัด เช่น ขั้วแหล่งจ่าย 11 โวลต์และโหลด 10.5 โวลต์ในสถานะสมมติเดียวกัน ให้ส่วนต่างภายนอก 0.5 โวลต์ ไม่ควรใช้ประโยคว่าสายเสียไป 1.5 โวลต์เพราะระบบเรียก 12 โวลต์ การแยกชื่อระบบออกจากค่าที่ทราบจริงป้องกันการเติมแรงดันที่ไม่มีอยู่ในข้อมูล

ข้อผิดพลาดและขอบเขตเมื่อมีแหล่งจ่ายหลายทาง

วงจรที่มีการชาร์จหรือแหล่งจ่ายมากกว่าหนึ่งชุดอาจมีทิศกระแสและจุดแบ่งภาระต่างจากโจทย์นี้ สมการ E − Ir ในที่นี้กำหนดให้แหล่งจ่ายกำลังส่งกระแสออก ไม่ควรใช้เครื่องหมายเดิมโดยไม่ดูทิศในสถานะรับกระแส และไม่ควรเดาว่ากระแสทั้งหมดผ่านสายใดจากการเห็นขั้วต่อหลายเส้นอยู่ที่แบตเตอรี่

ไม่ทดสอบแหล่งจ่ายด้วยการลัดขั้วหรือสร้างกระแสสูงเพื่อคำนวณความต้านทานภายใน และไม่เปิดส่วนภายในแบตเตอรี่ตามรูปแบบจำลอง การตรวจจริงต้องใช้ขั้นตอนและเครื่องมือที่เหมาะกับแหล่งจ่ายนั้น บทนี้จำกัดที่การตีความค่าที่มีอยู่และตัวอย่างคณิตศาสตร์ ไม่ให้แนวทางตรวจระบบแรงดันสูง

ตรวจสอบผลด้วยสมดุลกำลังแยกภายในภายนอก

กรณีแรกแหล่งอุดมคติจ่าย 12 × 5 = 60 วัตต์ ภายในรับ 5² × 0.2 = 5 วัตต์ สายรับ 2.5 วัตต์ และโหลดรับ 52.5 วัตต์ รวมครบ 60 วัตต์ ส่วนกำลังที่ออกจากขั้วภายนอกเป็น 11 × 5 = 55 วัตต์เท่ากับสายบวกโหลด การตรวจสองขอบนี้ยืนยันว่าไม่ได้รวมส่วนภายในซ้ำในเส้นทางภายนอก

ในกรณีที่สองสายรับ 5² × 0.3 = 7.5 วัตต์และโหลด 52.5 วัตต์ รวม 60 วัตต์เหมือนกันแต่กระจายต่างตำแหน่ง หากคำอธิบายแยกสองกรณีจากข้อมูลที่โหลดอย่างเดียว ถือว่าใช้ข้อมูลเกินที่มี ต้องรักษาคำว่ายังแยกแหล่งจ่ายกับสายไม่ได้ไว้จนมีข้อมูลขั้วต้นทางของสถานะเดียวกัน