Схема электронной нагрузки: Электронная нагрузка своими руками

Содержание

Электронная нагрузка своими руками

Приветствую, Самоделкины!
Все мы прекрасно знаем, что китайские интернет магазины и площадки продают электронные наборы для самостоятельной сборки. Схемы, по которым они сделаны, созданы далеко не китайцами и даже не советскими инженерами. Любой радиолюбитель подтвердит, что во время повседневных изысканий очень часто приходится нагружать те или иные схемы для выявления выходных характеристик последних. Нагрузкой может являться обычная лампа, резистор или нихромовый нагревательный элемент.

Зачастую с проблемой поиска нужной нагрузки сталкиваются те радиолюбители, которые изучают силовую электронику. Проверяя выходные характеристики того или иного блока питания, будь он самодельный или промышленный необходима нагрузка, притом нагрузка с возможностью регулировки. Самым простым решением этой проблемы является использование учебных реостатов в качестве нагрузки.

Но найти мощные реостаты в наши дни проблематично, к тому же реостаты тоже не резиновые, их сопротивление ограничено.

Есть только 1 вариант решения проблемы – электронная нагрузка. В электронной нагрузке вся мощность выделяется на силовых элементах – транзисторах. Фактически, электронные нагрузки можно делать на любую мощность, и они гораздо универсальнее, чем обычный реостат. Профессиональные лабораторные электронные нагрузки стоят кучу денег.

Китайцы же, как всегда, предлагают аналоги и этих аналогов бесчисленное множество. Один из вариантов такой нагрузки на 150Вт стоит всего 9-10 долларов, это немного за прибор, который по важности сопоставим, наверное, с лабораторным блоком питания.

В общем автор данной самоделки AKA KASYAN, предпочел сделать свой вариант. Найти схему устройства не составило труда.

В данной схеме применена микросхема операционного усилителя lm324, в состав которой входят 4 отдельных элемента.

Если смотреть внимательно на схему, то сразу становится ясно, что она состоит из 4-ех отдельных нагрузок, которые соединены параллельно, благодаря чему общая нагрузочная способность схемы в разы больше.

Это обычный стабилизатор тока на полевых транзисторах, которые без проблем можно заменить биполярными транзисторами обратной проводимости. Рассмотрим принцип работы на примере одного из блоков. Операционный усилитель имеет 2 входа: прямой и инверсный, ну и 1 выход, который в данной схеме управляет мощным n-канальным полевым транзистором.

Низкоомный резистор у нас в качестве датчика тока. Для работы нагрузки необходим слаботочный источник питания 12-15В, точнее он нужен для работы операционного усилителя.

Операционный усилитель всегда стремится к тому, чтобы разница напряжений между его входами равнялась нулю, и делает это путем изменения выходного напряжения. При подключении источника питания к нагрузке будет образовываться падение напряжения на датчике тока, чем больше ток в цепи, тем больше и падения на датчике.

Таким образом, на входах операционного усилителя мы получим разность напряжений, а операционный усилитель постарается скомпенсировать эту разность, изменяя свое выходное напряжение плавно открывая или закрывая транзистор, что приводит к уменьшению или увеличению сопротивления канала транзистора, а, следовательно, изменится и ток протекающий в цепи.

В схеме у нас имеется источник опорного напряжения и переменный резистор, вращением которого у нас появляется возможность принудительно менять напряжение на одном из входов операционного усилителя, а дальше происходит вышеупомянутый процесс, и как следствие, меняется ток в цепи.

Нагрузка работает в линейном режиме. В отличие от импульсного, в котором транзистор либо полностью открыт, либо закрыт, в нашем случае мы можем заставить транзистор приоткрыться настолько, насколько нам нужно. Иными словами, плавно изменять сопротивление его канала, а, следовательно, изменять ток цепи буквально от 1 мА. Важно заметить, что выставленное переменным резистором значение тока не меняется в зависимости от входного напряжения, то есть ток стабилизирован.

В схеме у нас 4 таких блока. Опорное напряжение формируется с одного и того же источника, а значит все 4 транзистора будут открываться равномерно. Как вы заметили, автор использовал мощные полевые ключи IRFP260N.

Это очень хорошие транзисторы на 45А, 300Вт мощности.

В схеме у нас 4 таких транзистора и по идее такая нагрузка должна рассеивать до 1200Вт, но увы. Наша схема работает в линейном режиме. Каким бы мощным не был транзистор, в линейном режиме все иначе. Мощность рассеивания ограничена корпусом транзистора, вся мощность выделяется в виде тепла на транзисторе, и он должен успеть передать это тепло радиатору. Поэтому даже самый крутой транзистор в линейном режиме не такой уж и крутой. В данном случае максимум, что может рассеивать транзистор в корпусе ТО247 – это где-то 75Вт мощности, вот так-то.

С теорией разобрались, теперь перейдем к практике.
Печатная плата была разработана всего за пару часов, разводка хорошая.

Готовую плату нужно залудить, силовые дорожки армировать одножильным медным проводом и все обильно залить припоем для минимизации потерь на сопротивление проводников.

На плате предусмотрены посадочные места для установки транзисторов, как в корпусе ТО247, так и ТО220.

В случае использования последних, нужно запомнить, максимум на что способен корпус ТО220 – это скромные 40Вт мощности в линейном режиме.

Датчики тока представляют из себя низкоомные резисторы на 5Вт, с сопротивлением от 0,1 до 0,22 Ом.

Операционные усилители желательно установить на панельку для беспаячного монтажа. Для более точной регулировки токов в схему стоит добавить еще 1 переменный резистор низкого сопротивления. Первый позволит осуществить грубую регулировку, второй более плавную.

Меры предосторожности. Нагрузка не имеет защиты, поэтому использовать ее нужно с умом. Например, если в нагрузке стоят транзисторы на 50В, значит запрещается подключать испытуемые блоки питания с напряжением выше 45В. ну чтобы был небольшой запас. Не рекомендуется выставить значение тока более 20А, если транзисторы в корпусе ТО247 и 10-12А, в случае если транзисторы в корпусе ТО220. И, пожалуй, самый важный момент – не превысить допустимую мощность 300Вт, в случае если использованы транзисторы в корпусе от ТО247. Для этого необходимо встроить в нагрузку ваттметр, чтобы следить за рассеиваемой мощностью и не превысить максимальное значение.

Также автор настоятельно рекомендует использовать транзисторы из одной партии, чтобы минимизировать разброс характеристик.

Охлаждение. Надеюсь все понимают, что 300Вт мощности у нас тупо пойдет на нагрев транзисторов, это как обогреватель на 300Вт. Если эффективно не отводить тепло, то транзисторам хана, поэтому транзисторы устанавливаем на массивный цельный радиатор.

Место прижатия подложки ключа к радиатору необходимо тщательно очистить, обезжирить и отполировать. Даже небольшие бугорки в нашем случае могут все испортить. Если решили намазать термопасту, то делайте это тонким слоем, используя только хорошую термопасту. Не нужно использовать термопрокладки, изолировать подложки ключей от радиатора тоже не нужно, все это ухудшает теплоотдачу.

Ну а теперь, наконец-то, давайте проверим работу нашей нагрузки. Нагружать будем вот такой лабораторный блок питания, который выдает максимум 30В при токе до 7А, то есть выходная мощность около 210Вт.

В самой нагрузки в данном случае установлено 3 транзистора вместо 4-ех, поэтому все 300Вт мощности мы получить не сможем, слишком рискованно, да и лабораторник больше 210Вт не выдаст.

Тут вы можете заметить 12-вольтовый аккумулятор.

В данном случае он только для питания операционного усилителя. Плавно увеличиваем ток и доходим до нужной отметки.

30В, 7А – все работает отлично. Нагрузка выдержала несмотря на то, что ключи у автора из разных партий и больно сомнительные, но походу оригинальные, если не лопнули разом.

Такую нагрузку можно использовать для проверки мощности компьютерных блоков питания и не только. А также в целях разряда аккумулятора, для выявления емкости последнего. В общем радиолюбители по достоинству оценят пользу электронной нагрузки. Штука реально полезная в лаборатории радиолюбителя, а мощность такой нагрузки можно увеличить хоть до 1000Вт, включив параллельно несколько таких плат. Схема нагрузки на 600Вт представлена ниже:

Пройдя по ссылке «Источник» в конце статьи, вы сможете скачать архив проекта со схемой и печатной платой.
Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:

Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Электронная нагрузка

Устройство заменяет нагрузку в виде набора постоянных или переменных резисторов и поможет при испытании и налаживании блоков питания.

Выбор силового транзистора зависит от того какой максимальный ток нагрузки вы желаете получить, соответственно подбирается измерительная головка и шунт. Допустимо использовать параллельное включение силовых транзисторов, при этом нагрузка на каждый из них уменьшиться, а общий ток увеличиться.

Испытуемый блок питания подключается к входным клеммам и резистором R2 выставляется желаемый ток.
Конструкцию можно выполнить навесным монтажом в любом подходящем корпусе, например от компьютерного блока питания, с вентилятором для обдува радиатора.

Основные параметры транзистора TIP36. Datasheet

Pc max	Ucb max	Uce max	Ueb max	Ic max	Tj max, °C	Ft max	Cc tip	Hfe
90W	80V	40V	5V	25A	150°C	3MHz	–	20/100

Общий вид

транзистора TIP36.

Цоколевка

транзистора TIP36.

Обозначение контактов:
Международное: C – коллектор, B – база, E – эмиттер.
Российское: К – коллектор, Б – база, Э – эмиттер.

Источник: http://www.cqham.ru/

————————————————————

Улучшенная схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока.
В качестве нагрузочного элемента здесь применен мощный полевой транзистор, обеспечивающий значительные преимущества по сравнению с традиционно используемыми для этой цели громоздкими реостатами. Однако в процессе испытаний нагрузочные элементы нагреваются, и температурный дрейф их параметров затрудняет проведение испытаний.
В предлагаемом устройстве ток через нагрузочный элемент стабилизирован, поэтому он практически не подвержен температурному дрейфу и не зависит от напряжения проверяемого источника, что очень удобно при снятии нагрузочных характеристик и проведении других испытаний, особенно длительных.
С помощью эквивалента нагрузки можно проверять не только стабилизированные и нестабилизированные блоки питания, но и батареи (гальванические, аккумуляторные, солнечные и т. д.).

Схема эквивалента нагрузки показана на рис. 1.

По принципу работы это — источник тока, управляемый напряжением (ИТУН). Эквивалент нагрузки — мощный полевой транзистор IRF3205, который выдерживает ток до 110А, напряжение до 55V и рассеиваемую мощность до 200W. Резистор R1 — датчик тока. Резистором R5 изменяют ток через резистор R2 и соответственно напряжение на нем, которое равно Uпит = R2/(R2+R3+R5), где Uпит — напряжение питания. На ОУ DA1.1 и транзисторе VT1 собран усилитель с отрицательной обратной связью с истока этого транзистора на инвертирующий вход ОУ. Действие ООС проявляется в том, что напряжение на выходе ОУ вызывает такой ток через транзистор VT1, чтобы напряжение на резисторе R1 было равно напряжению на резисторе R2. Поэтому резистором R5 регулируют напряжение на резисторе R2 и соответственно ток через нагрузку (транзистор VT1), равный Uпит = R2/[R1(R2+R3+R5)]. Пока ОУ находится в линейном режиме, указанное значение тока через транзистор VT1 не зависит ни от напряжения на его стоке, ни от дрейфа параметров транзистора при его разогреве. Цепь R4C2 подавляет самовозбуждение транзистора и обеспечивает его устойчивую работу в линейном режиме. Для питания устройства необходимо напряжение 9…12V, которое обязательно должно быть стабильным, поскольку от него зависит стабильность тока нагрузки. Ток, потребляемый устройством, не превышает 10 мА.

Рис.2 Конструкция и детали.

В устройстве использованы детали для поверхностного монтажа, размещенные на печатной плате (рис. 2) из фольгированного стеклотекстолита, которая вместе с транзистором установлены на теплоотводе. Транзистор прикрепляют к теплоотводу винтом. Плату допустимо приклеить к теплоотводу для большей механической прочности. При изготовлении теплоотвода в виде пластины его площадь должна быть не менее 100….150 см2 на 10 Вт рассеиваемой мощности. Для повышения эффективности при длительных испытаниях желательно применить вентилятор. Резистор R1 составлен из девяти сопротивлением по 0,1 Ом (мощностью 1 Вт), включенных параллельно и последовательно, как показано на рис. 2. Остальные постоянные резисторы — типоразмера 1206 и мощностью 0,125 Вт. Переменный резистор R5 -СПО, СП4. Конденсатор — С2 К10-17В, остальные — танталовые.

Вместо компонентов для поверхностного монтажа можно применить обычные, но тогда топологию печатной платы придется немного изменить. Номинальное напряжение конденсатора С1 должно быть не меньше напряжения проверяемого источника. Конденсатор С2 следует установить непосредственно на выводах транзистора VT1.
В устройстве применен ОУ LM358AM в случае использования других ОУ следует иметь в виду, что его питание в этом устройстве однополярное, поэтому он должен быть работоспособен при нулевом напряжении на обоих входах. Заменяя полевой транзистор, будьте внимательны: для этого устройства подходит большое число транзисторов фирмы IR, но некоторые из них могут работать неустойчиво. При отсутствии полевого можно применить составной биполярный транзистор структуры n-p-n с коэффициентом передачи тока не менее 1000 и соответствующим током коллектора, например, КТ827А—КТ827В. Выводы такого транзистора подключают соответственно: затвор – база, сток – коллектор, исток – эмиттер.

В этом случае сопротивление резистора R4 надо уменьшить до 510 Ом. Сильноточные цепи выполняют проводом соответствующего сечения.

Устройство не требует налаживания. Проверяемый источник питания с напряжением от 3 до 35V подключают к устройству с соблюдением полярности. Для уменьшения минимального значения напряжения контролируемого источника питания следует пропорционально уменьшить сопротивление резисторов R1 и R2. Ток, потребляемый эквивалентом нагрузки, регулируют резистором R5. Интервал регулировки тока при указанных на схеме номиналах элементов и напряжении питания 12V равен 0,5… 11А. Для уменьшения минимального значения тока можно ввести дополнительный переключатель, с помощью которого параллельно резистору R2 подключают резистор сопротивлением 100 Ом. В этом случае минимальное и максимальное значения тока уменьшатся в 10 раз.

Источник: журнал «Радио» №1 2005

Электронный предохранитель

Электронный предохранитель, осуществляет эффективную защиту в цепях электропитания с напряжением до 45V. Номиналы деталей приведены в таблице для разных токов срабатывания предохранителя.

I макс (A)	R1 (Ом)	R2 (Ом)	VT1	VT2	VT3
5	100	0,12	2N1613	2N3055	BC148
0,5	1000	1	BC107	2N1613	BC148
0,1	4700	4,7	BC107	2N1613	BC148

Источник: http://gete. ru/

—————————————————-

Еще один вариант решения проблемы защиты блока питания от короткого замыкания (КЗ) в нагрузке, это включение последовательно с нагрузкой полевого транзистора со встроенным каналом.
В транзисторах такого типа на вольтамперной характеристике есть участок, на котором ток стока не зависит от напряжения между стоком и истоком. Поэтому на этом участке транзистор будет работает как стабилизатор или ограничитель тока.

Рис.1

Схема подключения транзистора к блоку питания показана на Рис.1, а вольтамперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 – на Рис.2.
Работает защита следующим образом. Если сопротивление резистора равно нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5V, и практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45…0,5А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на “здоровье” деталей блока питания.

Рис. 2

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1.
Нужно выбирать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.
   Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром – тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (пример показан на рис. 3).
   Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации – рис.7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.

Рис. 3

Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.
   Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
   При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.
   Однопереходный транзистор может быть КТ117А – КТ117Г, телефон – низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).

Рис. 4

Для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток – исток.
Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.

Источник: журнал “Радио” №7, 1989 г., стр.78
——————————————————————————————-

Набор для сборки простой электронной нагрузки 150 Ватт. Набор для сборки электронной нагрузки для разрядки аккумуляторов

Некоторое время назад товарищ, который занимается разными аккумуляторами, попросил меня придумать ему некий стенд для тестирования аккумуляторных сборок и одной из важных функций данного стенда является операция разряда этих сборок. Изначально планировалось все сделать самому, но выяснилось что в Китае продается дешевый и неплохой набор для сборки и в некоторых ситуациях выгоднее использовать его, чем делать все с нуля.

Вообще у меня уже довольно много обзоров разных электронных нагрузок, есть также обзор простой, полностью самодельной и я сегодня буду неоднократно к нему обращаться, так как данный набор во многом очень с ней похож.

Как я написал в предисловии, нагрузка понадобилась для разряда аккумуляторных сборок, в планах сделать прибор для тестирования и балансировки сборок до 19S и потому данный обзор будет далеко не последним.
Ток разряда большой не нужен, мощность планируется порядка 120-130 Ватт что вписывается в заявленные производителем 150 Ватт.

Кроме того в данном обзоре я объясню как вообще работает простая электронная нагрузка и почему мне понравился именно данный набор.

Для начала о продавце. На странице товара можно выбрать несколько вариантов:
1. Только печатная плата, цена около 1.6 доллара
2. Печатная плата и набор компонентов без силовых транзисторов – 3.8 доллара
3. Печатная плата и все компоненты включая силовые транзисторы – 4.9 доллара
4. Ампервольтметр – 2.2 доллара.

Кроме того в характеристиках заявлено – 150 Вт 15 В 0-10A / 72V 0-2A, т.е. предполагается наличие двух вариантов исполнения и об этом, а также о моей ошибке я расскажу позже.

К упаковке вопросов не возникло, как к магазинной, так и посредника. Комплект состоит из печатной платы и пакета с компонентами.

Я заказывал полный комплект, т.е. печатная плата, все компоненты и транзисторы. Ампервольтметр не стал заказывать так как мне он для проекта не нужен.

Размеры печатной платы 100х100мм, присутствуют дополнительные отверстия для крепления радиатора и самой платы в корпусе устройства.

Часть силовых дорожек вынесена на нижнюю сторону печатной платы, я рекомендую продублировать их медным проводом и припоем или хотя бы припоем.

Качество изготовления печатной платы отличное, помимо того что она легко паялась без дополнительного флюса (использовал только тот что в припое), так еще есть нормальная шелкография где обозначены места под компоненты, их порядковый номер и номинал. Фактически для сборки не нужна даже схема.

Список компонентов
Резисторы
1 кОм – 12шт
4.7 кОм – 4шт.
10 кОм – 1шт
20 кОм – 1шт
220 кОм – 4шт
0.22 Ома 5 Ватт – 4шт
Переменный резистор 4. 7 кОм – 1шт

Конденсаторы
1 нФ – 4шт
100 нФ – 1шт
22мкФ 25 Вольт – 1шт
220 мкФ 16 Вольт – 1шт
1000мкФ 16 Вольт – 2шт

Диоды 1N5408 – 4шт
Транзисторы 110N8F6 – 4шт
Микросхема TL431A
Микросхема LM324N

Разные разъемы, выключатель и прочие мелочи.

Все резисторы кроме мощных, прецизионные, это хорошо, электролитические конденсаторы самые дешевые, но они на параметры не влияют.

На странице товара была принципиальная схема данной электронной нагрузки, но на мой взгляд она не очень информативна, потому ниже я разложу ее на составляющие части для более простого восприятия. Кроме того дам пояснения как можно увеличить мощность или изменить параметры и вообще какие элементы за что отвечают и как это все работает.

Сильно упрощенная схема электронной нагрузки обеспечивающей стабилизацию тока состоит из всего нескольких компонентов:
1. Переменного резистора
2. Операционного усилителя
3. Транзистора
4. Шунта.

С переменного резистора на вход операционного усилителя подается некое напряжение, операционный усилитель подает напряжение на полевой транзистор и через него начинает течь ток нагрузки, при этом ток попутно течет через шунт. На шунте падает некое напряжение, которое подается на второй вход операционного усилителя. Как только напряжение на входах операционного усилителя станет одинаковым, он выставит на своем выходе напряжение при котором транзистор будет открыт насколько чтобы поддерживать напряжение на шунте одинаковым с установленным при помощи переменного резисторе.
А так как напряжение падения на шунте напрямую зависит от тока через него, то в итоге схема будет поддерживать ток.

При этом получается, что ток нагрузки зависит от напряжения на входе.

Например с переменного резистора подали 0.4 Вольта, шунт имеет сопротивление 1 Ом, соответственно ток будет 0,4/1=0.4 Ампера.
Усложним пример, шунт сопротивлением 0.15 Ома, напряжение с переменного резистора 0.45 Вольта, 0.45/0.15=3 Ампера.

На точность поддержания тока влияют в основном две вещи:
1. Стабильность задающего напряжения
2. ТКС (зависимость сопротивления от температуры) шунта.

Показанная выше схема скорее всего будет работать, но делать это она будет неустойчиво, потому в более полном виде схема выглядит несколько больше.
Небольшое отступление, позиционные номера компонентов не соответствуют таковым на печатной плате и приведены просто для примера.

Здесь видны те же компоненты что я показывал выше, но к ним добавились еще некоторые, поясню их назначение.
Резистор R1, нужен для развязки нескольких каналов и для улучшения стабильности работы.
Резистор R2, ограничивает ток заряда затвора полевого транзистора защищая операционный усилитель.
Конденсатор С1, резистор R3 и R4 обеспечивают защиту от самовозбуждения схемы, чтобы нагрузка не превратилась в генератор.
Резистор R5 закрывает транзистор когда операционный усилитель обесточен, а кроме того обеспечивает небольшой ток нагрузки для выхода операционного усилителя и цепи защиты от самовозбуждения.

Так как нагрузка четырехканальная, то просто “дорисовываем” еще три канала и получаем почти полный вид обозреваемой платы.
Синим цветом я выделил четыре канала, видно что они абсолютно идентичны и соответственно можно их количество увеличивать и дальше. Общим для всех каналов является только счетверенный операционный усилитель.
Оранжевым выделена цепь управления, красный и черный соответственно силовые цепи.

В моей мощной электронной нагрузке именно так все и реализовано, только я делал 8 каналов и использовал двухканальные операционные усилители.

Но как я писал выше, на точность поддержания тока влияет точность стабилизации задающего напряжения и для этого в схеме есть источник опорного напряжения, выполненный на базе регулируемого стабилитрона TL431, его основное напряжение 2.5 Вольта.
А так как 2.5 Вольта это несколько многовато и если на шунтах будет падать такое напряжение то:
1. Будет большая рассеиваемая мощность
2. Минимальное напряжение нагрузки составит 2.5 Вольта + падение на транзисторах.

То последовательно с переменным резистором включен постоянный резистор R8 сопротивлением 22 кОм, вместе они образуют делитель примерно 1:5.5 и после переменного резистора напряжение меняется уже в диапазоне около 0-0.45 Вольта.
Меняя номиналы дополнительного резистора можно изменять диапазон регулировки без замены шунта, но такой способ имеет и свой минус – операционным усилителям при однополярном питании проще работать с большим напряжением, чем с меньшим и лучше сильно не снижать задающее напряжение.
Резистор R7 ограничивает ток питания стабилитрона.

Узел питания содержит диодный мост и четыре конденсатора, судя по всему изначально планировался стабилизатор питания операционного усилителя но его упразднили, а конденсатор емкостью 220 мкФ, который стоял после него, оставили. Ничем другим я не могу объяснить причину параллельного включения двух конденсаторов 1000мкФ и одного 220мкФ.

Также от этого диодного моста идет питание на разъемы подключения вентиляторов и ампервольтметра.

С теорией думаю понятно, перейдем к практике, а точнее – к сборке. Данная часть будет спрятана под спойлер, так как больше будет интересна только начинающим, хотя в процессе я буду пояснять нюансы использования тех или иных компонентов, а также их возможной замены.

В комплекте были постоянные резисторы, при этом все маломощные резисторы дали прецизионные, хотя в данном случае это не особенно важно, так как на точность поддержания тока влияют в основном только два из них.

Больше всего было резисторов номиналом 1 кОм, аж 12 штук, потому рекомендую начать именно с них.
>

После них устанавливаем остальные, это номиналы 220 кОм (4шт), 4.7 кОм (4шт) и по одному 22 и 10 кОм.

С одним из резисторов делителя возникла небольшая заминка, в комплекте дали 20 кОм вместо 22. Как я писал выше, данный резистор совместно с переменным резистором образуют делитель напряжения. Если номинал переменного резистора неизменен, то увеличение сопротивления этого резистора приведет к уменьшению максимального тока, соответственно уменьшение к увеличению тока.

Все резисторы установлены согласно номиналам, вместо 22 кОм поставил 20, который дали в комплекте.

Вторая заминка, на этот раз более серьезная. Один из конденсаторов 1 нФ был поврежден, скол около вывода и его емкость была около 150 пФ. Не знаю когда он повредился, при доставке или до того, но в итоге пришлось взять другой конденсатор того же номинала.

Не знаю зачем, но в комплекте дали диоды 1N5408, которые рассчитаны на ток 3 Ампера, а в мосте итого больше. Дело в том, что этот диодный мост питает пару вентиляторов, ампервольтметр и операционный усилитель, реальный общий ток думаю не более чем 500мА и вполне хватило бы 1N4007.
Попутно сразу устанавливаем TL431. На плате есть маркировка как устанавливать, хотя по большому счету в в данном случае это не имеет значения так как крайние выводы у нее соединены и даже если вы вставите ее наоборот, то работать будет также 🙂

Конденсаторы и панелька. Ну думаю что по поводу конденсаторов ошибиться трудно, на плате закрашенная часть маркировки – минус (короткий вывод), а разное расстояние между выводами и подписи не дадут ошибиться.

К операционному усилителю даже дали панельку в комплекте, устанавливаем ее так чтобы вырез совпадал с меткой на печатной плате. Я как-то однажды случайно установил панельку наоборот, потом в итоге чуть спалил микросхему, так как вставлял согласно ключу на панельке, будьте внимательны.

Куда устанавливать мощные резисторы думаю понятно, но я поясню некоторые нюансы замены.
Я писал что изменением номинала делителя можно изменить диапазон регулировки тока, но более корректно делать это изменением номинала шунта.
Нагрузка четырехканальная, в комплекте дали четыре резистора номиналом 0.22 Ома. При этом декларируется ток нагрузки 10 Ампер, т.е. по 2.5 Ампера на канал.
Если нам надо настроить нагрузку на 5 Ампер (в два раза меньше), то просто увеличиваем номинал этих резисторов в два раза, например 0.43 Ома, соответственно при увеличении тока пропорционально уменьшаем номинал.

Учтите. что резисторы могут сильно нагреваться и при их замене следует это учитывать. При этом нагрев напрямую зависит от номинала резистора (в данном включении).
Например при резисторах 0.22 Ома и токе 2.5 Ампера на канал мощность будет
0.22х2.5= 0.55 (падение при макс токе).
0.55х2.5=1.375 Ватта (мощность на резисторе)

Если поставить резисторы в два раза больше номиналом, то мощность на них снизится в два раза.

Для подключения вентиляторов и переменного резистора используются одинаковые разъемы, такие же как стоят на материнских платах. Разъем питания думаю также многим знаком.
Разъем питания неправильно установить не получится, а разъемы вентиляторов будут видны на следующем фото.

Плата рассчитана на установку транзисторов в корпусах ТО-220 или ТО-247, соответственно имеется 8 мест.
Разъемы вентиляторов размещены по краям платы ближе к радиатору, что вполне логично.

А вот здесь я поясню в чем была моя ошибка при заказе.
В описании товара указаны две версии набора, 15 Вольт 10 Ампер или 72 Вольта 2 Ампера. В обоих случаях общая мощность не превышает 150 Ватт. Но скорее всего надо было предварительно написать продавцу что надо именно 72 Вольта 2 Ампера, чего я не сделал.
В итоге еще на этапе установки низкоомных резисторов подумал – что-то не то. А когда дошел до транзисторов, то понял что именно “не то”. Дело в том что в комплекте дали транзисторы 110N8F6, которые имеют максимальное напряжение всего в 80 Вольт, а кроме того шунты должны быть номиналом около 1 Ома, придется менять.

Теперь по поводу транзисторов и их замены.
Данная электронная нагрузка понравилась тем, что транзисторы управляются независимо, это является корректным решением. В подобных схемах транзисторы параллельно соединять нельзя так как из-за разброса характеристик работать они нормально не будут.
При этом не обязательно стремиться что бы в каждом канале были одинаковые транзисторы, можно спокойно применять с разными характеристиками, каждый канал подстроится “автоматически”. Главное чтобы транзисторы были с запасом по напряжению.

Большинство полевых транзисторов больше ориентированы на ключевой режим работы (открыт/закрыт) и потому в линейном режиме их нельзя эксплуатировать “на полную мощность” ограничивая ее примерно на уровне 30 Ватт на корпус TO-220 и 50 Ватт на ТО-247. Собственно потому при применении транзисторов в корпусе ТО-247 нагрузка будет уже не 150, а 200 Ватт.
Здесь же транзисторы работают с небольшим перегрузом так как они в корпусе ТО-220, а на них рассеивается до 37.5 при рекомендованных 30.

Слева родные транзисторы, справа они же в сравнении с транзисторами в корпусе ТО-247.

А так выглядит установка радиатора на плате совместно с транзисторами в разных корпусах. К сожалению есть пара недоработок:
1. При установке транзисторов в корпусе ТО-220 радиатор смещается дальше от края платы и надо прокладывать изоляцию между ним и печатной платой.
2. Если крепить радиатор в штатные отверстия печатной платы, то он уходит от плоскости транзисторов примерно на 7 мм и придется выгибать выводы транзисторов, причем что с ТО-220, что с ТО-247.

Альтернативный вариант от китайского продавца, как по мне, то колхоз какой-то.

Хотя нет, если выше просто колхоз, то здесь скорее жесть 🙂

Радиатор я взял первый более менее подходящий по размерам, у меня уже был как-то его обзор. На самом деле радиатор должен быть немного другой конфигурации, например хорошо использовать радиаторы от процессоров, но стоит учитывать, что 150 Ватт тепла это довольно много, я бы рекомендовал использовать два радиатора а транзисторы расположить попарно.
Кроме того, будьте внимательны при разметке, транзисторы на плате расположены не совсем симметрично по отношению к ширине платы. Размеры не привожу так как размечать лучше “по месту”.

Переходим к последним этапам, установке транзисторов.

Хоть данные транзисторы и получаются впритык если рассчитывать на 72 Вольта, заявленных в описании, мне они не подходят вообще так как планируемое напряжение составляет не менее 80 Вольт, а так как нужен еще и запас, то я планирую применить потом транзисторы рассчитанные на 150-200 Вольт.
Но попробовать хочется уже сейчас потому установил их в порядке эксперимента, как и радиатор, который потом будет заменен на более подходящий.

Радиатор временный, потому крепиться к плате будет только в одной точке, благо хоть она совпала с крепежными отверстиями радиатора 🙂
На плату в районе радиатора наклеил скотч, хотя конечно лучше что-то более прочное, а под единственный винт проложил картонную шайбу.
Небольшой нюанс, на фланцах транзисторов будет потенциал равный входному напряжению, потому есть два варианта монтажа:
1. Изолировать радиатор от корпуса
2. Изолировать транзисторы от радиатора.

На мой взгляд из-за большого тепловыделения правильнее использовать первый вариант, хотя он конечно добавляет некоторые сложности при монтаже. Есть правда еще третий вариант – переделать схему так, чтобы на фланцах транзисторов была земля, но это очень неудобно схемотехнически.

Получился такой вот временный вариант, для тестирования думаю будет достаточно.

В комплекте был и переменный резистор, у меня подобный уже участвовал в одном известном обзоре, но сопротивлением 10 кОм.
Если коротко, регулирует хорошо, 10 оборотов, проволочный.
Для подключения используем комплектный провод с разъемом, цвета получаются так: красный-плюс, черный-минус, желтый-регулировка, подключаем так как на фото, тогда регулировка будет корректная.

Но вот комплектная ручка приятно удивила, мне раньше такие не попадались. Дело в том, что у нее верхняя часть съемная (изначально это незаметно), а сам механизм реализован по принципу цанги, т.е никакие винты наружу не торчат. При этом ручка отлично центруется на валу резистора, 5 баллов однозначно!

Последний шаг, устанавливаем операционный усилитель внимательно контролируя положение ключа.

Вот собственно и все. Реально собрать всю конструкцию примерно за час без спешки даже для новичка, все компоненты ставтся как надо, все отмечено на плате и собирается интуитивно.

В итоге у меня еще остались компоненты:
1. Выключатель
2. Разъем питания
3. Неисправный конденсатор.

Второй разъем питания видимо дается в комплекте на случай если он выносится на крышку корпуса, выключатель скорее всего также используется для включения питания, но в моем варианте его паять некуда, ну а неисправный конденсатор, да просто звезды так сошлись.

На одну из сторон платы вынесены контактные площадки для подключения входа, амперметра, вольтметра и выход питания.
В принципе можно поставить клеммники, а можно просто припаять провода, кому как удобно, но есть некоторые нюансы подключения.

Подключать можно разными способами, попробую рассказать обо всех.
1. Просто плата без измерителей, разъемов и прочего.
2. То же самое, но если хочется поставить разъем, то скорее всего придется ставить перемычку вместо выхода на амперметр.
3. Подключение независимых амперметра и вольтметра, плюс – красный, минус – синий.
4. Если хочется установить цифровой ампервольтметр, то подключаем так:
Черный – общий силовой
Желтый – вход измерения тока
Красный – вход измерения напряжения
Красный тонкий – питание ампервольтметра.

Цветовая маркировка проводов подключения цифрового ампервольтметра дана соответственно тому, что я уже применял и в принципе может отличаться, потому лучше перепроверить перед подключением, обычно черный все таки это минус, а вход измерения тока звонится накоротко с черным.

Как вариант можно поставить и такой ампервольтметр, он более “продвинутый” но его подключение отличается.
Черный толстый – общий силовой
Красный толстый – Вход измерения тока
Желтый – вход измерения напряжения.
Красный тонкий – питание ампервольтметра.

Плюс у такого варианта есть термодатчик, что может быть очень полезным в устройстве с таким тепловыделением.

Оба этих ампервольтметра использовались в небольшой электронной нагрузке, хотя второй используется и сейчас.

И конечно немножко экспериментов.
Подключаем плату к регулируемому блоку питания, выставляем для пробы 32 Вольта и задаем ток нагрузки 5 Ампер, плата без проблем осилила 160 Ватт, но это уже предельный режим.

Проверил уход установки тока в зависимости от прогрева, не очень большой, но есть. По мере прогрева ток падает.

Вроде недолго экспериментировал, но уже почувствовал жар, измерил температуру и увидел что транзисторы прогрелись примерно до 110 градусов. Такого допускать ни в коем случае нельзя, например у моей мощной нагрузки защита от перегрева установлена на 90 градусов на радиаторе или около 95 на транзисторах.
Увеличение температуры транзисторов резко снижает надежность работы, особенно в линейном режиме.

Часто в комментариях вижу упоминание обычных резисторов в качестве нагрузки. Да, конечно их тоже можно применять, но при помощи резисторов труднее добиться например того, что показано на этих фото.
Здесь я понижал напряжение от 40 до 1 Вольта и смотрел как меняется ток нагрузки. В указанном диапазоне колебания составили 2.017-2.026 Ампера, что на мой взгляд довольно неплохо с учетом простой схемотехники.

Хотя и не планирую применять обычный ампервольтметр, но решил все таки проверить работу с ним. Для начала стоит сказать, что его подключение немного отличается от того, что я использовал в простой самодельной нагрузке.

Провода ампервольтметра подключены согласно порядку –
Черный
Желтый
Красный.

Провод питания подключен только один, черный пришлось отключить так как он влиял на результат измерений. Дело в том, что у моей электронной нагрузки ампервольтметр подключался последовательно с токоизмерительным шунтом, потому общий провод амперметра соединялся с общим проводом схемы. Здесь он включается последовательно с проверяемым источником и на мой взгляд это менее корректно.

В процессе написания обзора мне задали вопрос по поводу замены транзисторов, попробую пояснить отдельно.
1. Транзисторы выбираем исходя из типа корпуса и требуемой мощности, 30 Ватт ТО-220, 50 Ватт ТО-247.
2. Транзисторы по сути можно применять не только почти любые, а и разные одновременно.
3. Главным при выборе транзистора в основном является напряжение на которое он рассчитан, желательно чтобы оно было минимум в два раза больше входного.
4. Сопротивление в открытом состоянии почти ни на что не влияет, если разве что не поставить совсем высоковольтные транзисторы где оно идет уже на единицы Ом.
5. Лучше применять транзисторы в не изолированном корпусе и не изолировать их от радиатора.

Почему такие ограничения в плане мощности. Подавляющее большинство современных полевых транзисторов рассчитаны на ключевой режим работы и плохо работают в линейном режиме. Вернее работают они нормально, но с большими ограничениями по температуре, мощности, напряжению и току. Существуют полевые транзисторы которые нормально работают в таком режиме, но они настолько редки, что нет смысла их искать.

Также меня спрашивали, а на что их можно еще заменить.
Ну для начала можно применить транзисторы IGBT, по сути гибрид полевого и биполярного транзистора, но они стоят дороже. Кстати существует и обратный гибрид, биполярного с полевым.

Но никто не мешает применять биполярные транзисторы (собственно потому и хорошо подходят IGBT), у которых максимальная паспортная рассеиваемая мощность обеспечивается и в линейном режиме.
Включить в данной схеме их можно просто вместо полевого, но нужен транзистор с большим коэффициентом усиления, так как в отличии от полевого биполярные управляются током, а не напряжением.
Либо применить составную схему включения транзисторов (схема Дарлингтона), тогда общий коэффициент усиления будет произведением усиления первого и второго. Т.е. если у первого усиление 200, а у второго 70, то общий будет около 14000.

Пожалуй единственный недостаток биполярных (особенно составных) транзисторов – сложности при работе с малыми напряжениями, ниже чем 1.5-2 Вольта. Если вы не планируете тестировать источники с таким напряжением, то можно применить биполярные, в противном случае используем полевые.

Отлично подойдут известные транзисторы КТ827, но у меня их почти нет потому на фото их комплементарная пара КТ825. Они могут рассеивать до 125 Ватт.

Когда-то я даже использовал их в комплекте с такими радиаторами, как раз их размерчик 🙂 Правда они больше все таки под пассивный режим.

Внутри у них находится два транзистора включенные по схеме Дарлингтона плюс дополнительные компоненты.

Кстати подобные транзисторы также отлично подходят для линейных блоков питания и меня часто спрашивают о вариантах замены их на импортные. Я немного полазил по интернету и набрал список замен.
Практически полные аналоги транзистора КТ827: 2N6057, BDX87
КТ827А: BDX65A, BDX67, BDX87C, MJ3521, MJ4035
КТ827Б 2N6058, 2N6283, BDX63, BDX65, BDX67, BDX85B, BDX87B, MJ3001, MJ4034
КТ827В: 2N6057, 2N6282, BDX85, BDX85A, BDX87, BDX87A, MJ3000, MJ3520, MJ4033

Кстати продавец может высылать с разными транзисторами, при этом есть вариант с транзисторами в корпусе TO-247 (IRFP250. IRFP260), но скорее всего за дополнительные деньги. Как по мне, такой вариант был бы куда более интересен.

Ну и попутно поясню по поводу замены остальных компонентов.
Мелкие резисторы не критичны, главное примерно попасть в номинал, то же самое касается и конденсаторов.
Низкоомные резисторы которые выполняют функцию токоизмерительного шунта лучше выбирать с запасом по мощности так как тогда они будут меньше греться а следовательно у них будет меньше изменяться сопротивление и по мере прогрева ток не будет “убегать”. Можно поставить более точные и качественные резисторы, но они стоят дорого.
Операционный усилитель также можно заменить на практически любой дешевый, например я применял LM358, но он двухканальный и их надо в два раза больше, но проще применить тот же LM324 благо стоит он копейки.

Питать нагрузку можно как от постоянного, так и от переменного тока, но важно следить чтобы напряжение питания операционного усилителя не превышало 20 Вольт. Сам по себе ОУ выдерживает спокойно до 30-35 Вольт, но напряжение на затворе полевого транзистора не должно быть выше 18-20 Вольт, а лучше до 15 потому я бы ограничил на этом уровне. Как вариант, питать эту цепь от небольшого стабилизатора.

В процессе тестов я все таки спалил один из транзисторов, произошло это случайно, я подал 40 Вольт и выставил ток нагрузки 5 Ампер получив при этом мощность в 200 Ватт. В итоге блок питания просто перешел в защиту от КЗ и на этом все закончилось.
Кроме этого выяснил что наводки на переменный резистор могут заметно влиять на установленный ток. Например когда я держал резистор в руках, ток был 4.1 Ампера, положил на стол, ток стал 4 Ампера. Неприятность может проявляться, а может нет, зависит как от БП самой нагрузки, так и от проверяемого.

Обозревая нагрузка в сравнении с моей старенькой самоделкой, которая со,рана на базе той же TL431, LM358 и одного транзистора. правда у меня есть стабилизатор питания операционного усилителя.

Какие доработки можно провести:
1. Управление вентиляторами от температуры, хотя бы при помощи простейшего термореле.
2. Уменьшить в два раза сопротивление шунтов и изменить номиналы делителя переменного резистора так, чтобы напряжение менялось в диапазоне 0–0.25 Вольта, шунты будут греться в два раза меньше.
3. Добавить режим CV при помощи второго ОУ, но здесь есть проблема с защитой от перегрузки.
4. Добавить стабилизатор напряжения для ОУ, например 7808 или 7809.
5. В моей нагрузке после TL431 стоит буферный операционный усилитель, на мой взгляд такое решение лучше, но добавлять сюда его очень неудобно.
6. Объединить две-три подобные платы для увеличения мощности, при этом одна плата будет ведущей, остальные ведомыми.

В корпусе показать пока не могу, так как его еще нет в наличии, он будет подбираться исходя из общих размеров всего комплекта. Кроме того я буду использовать с более продвинутым ампервольтметром, где будет контроль нижнего/верхнего напряжения и т.п.
Видеоверсия обзора

С описанием вроде все, постарался ничего не забыть и теперь можно подвести итоги.
Как по мне, то вариант весьма неплохой, цена небольшая, собирается легко и самое главное, после сборки работает 🙂
Не обошлось и без нюансов, например поврежденный конденсатор или не очень удобное расположение отверстий для крепления радиатора.
В описании заявлено 150 Ватт, на мой взгляд это максимальная мощность, я бы рекомендовал не нагружать больше 120 Ватт длительно без замены транзисторов на какие нибудь в корпусе TO-247 и обязательно использовать хорошее охлаждение.

Если планируется применять при напряжениях до 30-40 Вольт, то вполне можно покупать в комплекте с транзисторами. Но если планируете тестировать источники с большим напряжением, то я бы купил все кроме транзисторов, а вместо родных поставил что-то более высоковольтное.
Как вариант, можно просто купить печатную плату, компоненты применены не дефицитные и при желании можно найти их и дома.
Один комплект заказывать наверное будет не очень выгодно, лучше купить сразу несколько, тогда общая цена будет выгоднее.

Покупал через посредника yoybuy.com, стоимость с доставкой по Китаю около 6.8 доллара, общая стоимость доставки зависит от страны. Точную стоимость услуг посчитать не могу, так как в посылке было 4 товара от четырех продавцов.
Этот же набор на Алиэкспресс – ссылка

На этом все, буду рад вопросам, комментариям и советам.

Электронная нагрузка до 500 вт своими руками

Во время тестирования очередного самодельного или отремонтированного блока питания, чтобы создать нагрузку приходится подключать различные лампочки, мощные резисторы и кусочки спирали от электроплитки. Подбирать нужную нагрузку таким образом очень затратное по времени дело. Чтобы не тратить свое драгоценное время и нервы. Проще собрать простую электронную нагрузку своими руками.

По сути это простое устройство состоящее из мощных транзисторов, позволяющих плавно нагрузить блок питания стабильным регулируемым током.

На этом рисунке изображена схема электронной нагрузки на мощных транзисторах позволяющих нагрузить любой блок питания до 40А.

Схема электронной нагрузки для блока питания

Как работает эта схема? Напряжение с тестируемого блока питания поступает на базу транзистора Т1 через делитель напряжения собранный на резисторах R1, P1 и P2 и ограничительный резистор R2 . Транзистор Т1 управляет четырьмя мощными транзисторами Т2, Т3, Т4 и Т5 выполняющими роль ключей и создающими управляемую нагрузку на блок питания. Для более точной и грубой установки тока нагрузки в схеме имеется два переменных резистора Р1 и Р2. Силу тока нагрузки и напряжение измеряет китайский электронный вольтметр амперметр. Возможна также установка стрелочных приборов на место электронного.

Данная схема рассчитана на входное напряжение до 50В и силу тока до 40А. Если вы хотите увеличить силу тока добавьте в схему необходимое количество транзисторов TIP36C и шунтирующих резисторов 0.15 Ом 5 Вт. Каждый добавленный транзистор увеличивает силу тока на 10А.

В процессе работы транзисторы Т2, Т3, Т4 и Т5 очень сильно нагреваются, по этому требуются хорошее охлаждение. Установите каждый транзистор на большой радиатор размером 100х63х33 мм без изоляционных прокладок потому, что коллекторы транзисторов на схеме все равно соединены вместе.

Радиаторы охлаждаются двумя мощными вентиляторами 120х120 мм. Которые питаются от отдельного блока питания через стабилизатор напряжения L7812CV, также отсюда питается китайский вольтметр амперметр. Транзистор Т1 и стабилизатор напряжения L7812CV установлены на отдельном небольшом радиаторе от компьютерного блока питания, чтобы не мешать силовым транзисторам работать.

С помощью этого простого и надежного устройства легко нагружать и тестировать любые трансформаторные и импульсные блоки питания, а также аккумуляторы и другие источники питания.

Надеюсь электронная нагрузка для блока питания будет полезной самоделкой для вашей домашней радио мастерской.

Радиодетали для сборки

Транзистор Т1 TIP41, MJE13009, КТ819
Транзисторы Т2, Т3, Т4, Т5 TIP36C
Стабилизатор напряжения L7812CV
Конденсатор С1 1000 мкФ 35В
Диоды 1N4007
Резисторы R1, R2 1K, R3 2.2K, R4, R5, R6, R7 0.15 Ом 5 Вт, Р1 10К, Р2 1К
Радиаторы 4 шт. размер 100х63х33 мм
Вентиляторы 2 шт. от компьютера 12В размер 120х120 мм
Китайский вольтметр амперметр на 50А с шунтом, можно поставить стрелочный прибор, будет намного точнее и надежнее

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать электронную нагрузку для блока питания

Защита от КЗ для блока питания своими руками

Преобразователь напряжения с 12 на 220В своими руками

Как разобрать импульсный трансформатор

Нагреватель из микроволновки

Программа для рисования печатных плат Sprint Layout

Программа sPlan Русская версия с библиотеками радиоэлементов

70 comments on “ Электронная нагрузка для блока питания своими руками ”

Иван18.05.2020 в 19:49

Добрый вечер.Сергей! Шунт с вольт амперметра надо вырезать а на его место подсоединить шунт на 50 А или как?С уважением Иван

Сергей Автор записи 18.05.2020 в 21:09

Добрый вечер, Иван! Шунт вырезать не надо. Если амперметр рассчитан на 10А то и шунт должен стоять на 10А, при установке шунта на 50А показания прибору будут не правильными.

Аноним19.05.2020 в 07:32

Спасибо -надо покупать.

Сергей Автор записи 19.05.2020 в 20:37

Иван20.05.2020 в 20:32

Добрый вечер Сергей!Собрал все по вашей схеме но при включении вылетают транзисторы TIP36-не было переменника на 1к поставил на 120 ОМ может из-за него?

Сергей Автор записи 20.05.2020 в 23:01

Добрый вечер, Иван! Нет, переменник на 1К можно вообще не ставить без него будет работать. Что то не правильно собрано или транзисторы из Китая. У меня такое было прислали партию транзисторов все погорели. Китайцы брак делают. Десять Китайских транзисторов по мощности равны одному оригинальному. Теперь только в Чип и Дипе покупаю там нормальные детали продают.

Уважаемый автор, повторил Вашу конструкцию — за исключением блока питания для кулеров и вольтметра: использовал сетевой адаптер 12V/1A, но не думаю, что это принципиально. Проверял на линейном стабилизаторе L7812 от другого устройства — разницы никакой.

Как нагрузка для БП она работает — тут вопросов нет. Но я не могу разобраться — ток чего именно индицирует амперметр Вашего устройства. Все дело в том, что больше одного ампера с копейками Ваш тестер не показывает — ни при каких тестах: все реальные показатели можно видеть только на индикаторах тестируемого БП. А если придется тестировать, скажем, БП для светодиодной ленты (как у Вас на фото)? У меня, как назло, ничего такого под руками не оказалось.

Словом, осталось непонятным соотношение между показателями ампеража на тестере и на тестируемых БП: как его расценивать. Например, вот этот китайский БП:
aliexpress.ru/item/32913030842.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.274233edJzpZ3X
четко демонстрирует свои предельные параметры под нагрузкой Вашим тестером — 24V/6A, но видно их именно индикаторе VA, установленном там же, где и этот китайский БП, то есть в самодельном лабораторном БП (индикатор, кстати, точно такой же, как и на Вашем тестере). А на самом тестере в это время — меньше 1 A. Короче говоря, осталось непонятным: ток чего именно показывает тестер. Единственное, что более-менее соответствует, так это напряжение. Естественно, есть зависимость роста тока от напряжения, однако все в тех же указанных пределах. Проверял и такой же адаптер, которым запитал конструкцию: вольтаж 12V соответствует, но до номинального 1A даже близко не дотягивает: максимум 200mA. Проверял тот БП, где стоит L7812: раскачивается до 400mA, хотя этот линейный стабилизатор имеет максимум 1.5A. Нагрев ключей не измерял, но наощупь он где-то соответствует току.

Проверял Вашим тестером вот этот БП:
aliexpress.ru/item/4000125945816.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.274233edhYLScD
Его можно «раскачать» тестером до предельных значений. Но опять же: при 30V/10 A на индикаторе тестера — аж 1,12 A. Наверное, я в чем-то не разобрался — помогите :).

Сергей Автор записи 13.05.2020 в 22:04

Все дело в Китайских электронных вольтметрах. Если подключить к электронной нагрузке блок питания со встроенным Китайским вольтметром то показания двух приборов на БП и на ЭН будут отличаться в два раза. Выход из этой ситуации только в установке аналоговых стрелочных приборов на Электронную нагрузку или на время теста отключать вольтметр в тестируемом БП.

Иван13.05.2020 в 23:50

Заказал стрелочник у китайцев на 10А: посмотрю, что получится. Но есть мысль, что причина в шунте: обычно их рассчитывают в пределах от 1:99 (скажем, для миллиамперметра) до 5-6 раз — как в нашем случае. Кроме того, в китайском цифровике свой шунт на 10А, поэтому львиная доля тока просто течет мимо индикатора — ведь на проверяемых БП точно такие же индикаторы показывают вполне достоверные цифры. Видимо, здесь требуется какой-то другой расчет шунта, учитывающий «растекание» по параллельным цепям. А так нагрузка очень даже удобная. В конце концов, никто ведь не запрещает последовательного включения амперметра в мультиметре: я так и сделал, получив вполне реальные цифры тока. Правда, мультиметры, позволяющие измерять более 20А, мне не попадались.

По ходу конструирования пришла мысль использовать систему охлаждения устройства для китайских резисторов 4Ом/100Вт, обычно используемых для проверки УНЧ. Электрически с основной схемой они не связаны — просто добавлены к радиаторам и кулерам. Поставил 4 шт., что дает возможность комбинировать нагрузку перемычками на клеммах: например, два канала по 8 Ом/50 Вт или 2 Ом/200 Вт — рекомендую облегчить себе жизнь :). Это резисторы такого вида: aliexpress.ru/item/33026780964.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.264d33edl5qQU1

Сергей Автор записи 14.05.2020 в 22:22

Стрелочный прибор намного точнее будет, особенно если класс точности 2,5. Резисторы с радиаторами очень мощные. В Китае стоят не дорого. В наших магазинах цены как на золото.

Здравствуйте. Проводом какого сечения следует перейти от транзисторов к клеммам для проверки БП? То есть какой ток протекает в цепи коллекторов транзисторов Т2-Т5? Если задействовать все 40 ампер, то вопрос становится актуальным. И желательно указать мощность резистора R3. Спасибо.

Сергей Автор записи 07.05.2020 в 22:29

Добрый вечер! Сечение провода от связки транзисторов до БП должно быть 4 мм/кв. Ток будет протекать по 10А на каждый транзистор. Резистор R3 мощностью 0.25 Вт будет достаточно.

Иван07.05.2020 в 22:33

Сергей Автор записи 08.05.2020 в 22:29

Здравствуй Сергей! Я по поводу переделки Вашей схемы?! Как то попали ко мне транзисторы MJ11032_11033! Комплементпрная пара! Характеристики идеальные для создания электронной нагрузки. Правда они по схеме Дарлингтона! Но в Интернете я встречал схему электронной нагрузки на Дарлингтонах! По моему были собраны на КТ827, или КТ825!? Так вот вопрос тебе как Доку, можно ли применить из в электронной нагрузке. Все же по Datasheet, у него рассеиваемая мощность аж 300 Вт.

Сергей Автор записи 03.05.2020 в 20:32

Добрый вечер, Лестанбек! В электронной нагрузке работать будут.

Электронная нагрузка до 500 вт своими руками

Простая электронная нагрузка для начинающих

Автор: KomSoft
Опубликовано 11.02.2015
Создано при помощи КотоРед.

Начну с цитаты: «Обычно при изготовлении (как впрочем и при ремонте) блоков питания или преобразователей напряжения требуется проверить их работоспособность под нагрузкой. И тут начинаются поиски. В ход идёт всё, что есть под рукой: различные лампочки накаливания, старые электронные лампы, мощные резисторы и тому подобное. Подбирать нужную нагрузку таким образом — это невероятно затратное (как по времени, так и по нервам) занятие. (Лучше и не скажешь! Сам сталкивался с такой проблемой.) Вместо этого очень удобно пользоваться электронной регулируемой нагрузкой. Нет, нет, не надо ничего покупать. Сделать такую нагрузку сможет даже школьник. Всё, что нужно, — это мощный полевик, операционный усилитель, несколько резисторов и радиатор побольше. Схема — более чем простая и, тем не менее, отлично работает.» — https://radiohlam.ru/raznoe/nagruzka.htm

Эта статья является предисловием к более сложному устройству и предназначена для тех, кто постоянно тасует мощные резисторы и лампочки, используемые как нагрузка, а знаниями (опытом, решимостью) для сборки сложных схем еще не обладает.

Начиналось все с вышеуказаной статьи и вот такой схемы с расчетами (за описанием отсылаю к первоисточнику):

На основе этой схемы собрано устройство, практически идентичное авторскому, которое верой и правдой служило пару лет при напряжения на нем до 20-25В. Видно, что низкоомный резистор Rti собран аж из четырех! подручных.

К сожалению, при тестировании очередного блока и подаче с него напряжения более 30В нагрузка сгорела — пробился полевик, скорее всего из-за превышения напряжения затвор-сток. Кроме того, ток в этой схеме очень сильно зависит от поданого напряжения. Поэтому схема была немного доработана — добавлены стабилизаторы напряжения питания ОУ, опорного напряжения и индикатор высокого опасного (для схемы) напряжения.

Описывать здесь особо нечего. На стабилитроне VD2 собран источник опорного напряжения, который вполне сносно (достаточно для таких задач) работает при напряжениях от 7 до 30В. При напряжении менее 5В не выходит на режим стабилитрон VD2 и вследствие уменьшения напряжения на нем, а также недостаточного напряжения на выходе U1 максимальный ток, устанавливаемый нагрузкой снижается.

Операционный усилитель U1, транзистор Q1 и резисторы R6, R7 образуют источник стабильного тока, значение которого регулируется изменением напряжения, подаваемого с резистора R3.

Вспомогательными элементами схемы являются:

диод VD1 защищающий схему от неправильной подачи питания;
интегральный стабилизатор U2, ограничивающий напряжение питания микросхемы, вентилятора и напряжение на затворе полевого транзистора;
светодиод HL1, индицирующий подачу питания;
светодиод HL2, индицирующий опасно высокое входное напряжение.

Конечно, при входном напряжении менее 13В на выходе интегрального стабилизатора напряжение также будет снижено, но существенного вляиния на работу схемы это не оказывает.

Плата и расположение деталей (вид со стороны деталей, одна перемычка голубого цвета):

Рисунок платы — в прилагаемом файле, зеркалить не нужно.

Устройство собрано из того, что было под рукой вперемешку от блоков питания, мониторов и даже старых советских радиодеталей. Полевой транзистор практически любой такой структуры с током более 5А и напряжением более 30В, например IRFZ34, 44 и аналогичные — что есть под рукой. Диодная сборка — от блока питания AT(X). Радиатор и вентилятор — от процессора (побольше). Для подачи напряжения имеет разъемы — стандартный Molex от винчестера (папа) и два винтовых.

Минимальный ток определяется током вентилятора. Нагрузка достаточно уверенно держит 12В/4А т.е. рассеиваемую мощность около 50Вт. в течении 10 мин. После этого по запаху чувствуется, что не хватает охлаждения. При больших напряжениях желательно не устанавливать большие токи, чтобы не превышать эту мощность и не допустить перегрева транзистора, или применить больший радиатор и вентилятор.

Таким образом, получилось простое устройство, собираемое из «хлама», не требующее отдельного источника питания, не содержащее в себе импульсных преобразователей и в 95% случаем обеспечивающее потребности радиолюбителя при проверке и регулировке блоков питания.

А об аналогчной нагрузке с модульной структурой и расширеной функциональностью я расскажу в следующий раз.

Мощная электронная нагрузка своими руками

Максимальное входное напряжение до 60В, можно и больше, все зависит от напряжения транзисторов.

Также электронная нагрузка имеет защиту от переполюсовки. Максимальная рассеиваемая мощность составляет порядка 1500-1600Вт. Такое устройство способно нагрузить практически любые источники питания, даже сварочные инверторы ему под силу, но тут важно не превысить максимальную мощность, а она тут, как уже было сказано выше, составляет 1600Вт. При этом стоит отметить, что все 1600Вт в данном случае пойдут на нагрев, так что это достаточно серьезный обогреватель.

Думаю, вы согласны с тем, что вышеприведенные характеристики действительно внушительные для линейной нагрузки. Токовые нагрузки с похожими параметрами стоят не мало, естественно наша версия будет без особых наворотов.

Внимание! Стоит сразу отметить несколько моментов во избежание дополнительных вопросов. Во-первых, схемы получилась довольно большой и скорее всего некоторые мелкие детали не будут видны. Схему в хорошем качестве вы найдете в архиве проекта. Также ссылка на скачивание архива находится в описании под оригинальным видеороликом автора.

Во-вторых, номиналы некоторых элементов схемы могут отличаться от тех что установлены на плате, но устройство будет работать в обоих случаях.

В-третьих, в схеме были применены наиболее предпочтительные транзисторы TIP142 , это составные ключи, которыми просто управлять и драйвер при этом нагреваться почти не будет, но общая мощность нагрузки с указанными на схеме ключами будет меньше, чем в данном случае, так как транзисторы тут применены гораздо более мощные.

Чем меньше значение данного сопротивления, тем больше ток. Указанный резистор необходимо подбирать.
Автор провел многочисленные эксперименты с получившимся устройством, чтобы выяснить какую мощность может рассеять транзистор в таком корпусе, максимальный ток коллектора, и как сильно будет нагружен управляющий драйвер при различных значениях тока на силовом транзисторе.

Испытания прошли успешно, ни один транзистор при этом не пострадал. Опытным путем стало ясно, что заявленные производителем 32А транзисторы держат. Корпус способен рассеять 150Вт, а при наличии вентилятора и все 200Вт.

Значение 200Вт с каждого транзистора, согласитесь, весьма неплохо. И того на каждый радиатор автор прикрутил, используя термопасту, 4 ключа. Таких радиаторов в данном случае 2 штуки.

Стоит отметить, что приведенная схема работает в линейном режиме, поэтому транзисторы в процессе открыты или закрыты частично, это зависит от выходного напряжения операционного усилителя.

Чем больше открыт силовой транзистор, тем больше ток в цепи и наоборот. Как уже было сказано выше, вся мощность выделяется в виде тепла на силовых транзисторах и датчиках тока, поэтому, если захотите повторить данный проект, в первую очередь позаботьтесь о хорошем охлаждении данных компонентов схемы. Автор использовал достаточно хорошие алюминиевые радиаторы в виде бруска.

Первый переменник используется для грубой регулировки, второй соответственно для более плавной. Плата управления нуждается в маломощном источнике питания. Например, ее можно запитать от батареек или аккумуляторов. Такое решение сделает нагрузку полностью автономной.

Силовые диоды, о которых упоминалось в начале статьи, установлены на входе нагрузки. На них выполнена защита от переполюсовки. Обратное напряжение и ток диода стоит подбирать с двойным запасом. В дальнейшем автор планирует изменить защиту на другую, скорее всего на полевых транзисторах.

Вот так родился на свет еще один монстр, придумать другое название этому зверю довольно трудно, конские радиаторы и силовые ключи, зверская мощность, что ещё нужно для полного счастья. На сегодня это все. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видеоролик автора:

Поделки своими руками для автолюбителей

Токовая электронная нагрузка

Электронная нагрузка вещь очень полезная, предназначена для теста источников питания, в том числе и аккумуляторов.

Например если имеется сомнительный блок питания и нужно выяснить его выходные параметры первым делом нужно его нагрузить, при этом каждый блок питания требует индивидуального расчета нагрузочного резистора и чем мощнее блок, тем мощнее должен быть нагрузочный резистор.

Электронная нагрузка выполняет ту же функцию, только является универсальным вариантом для любых источников питания.

Наш вариант очень простой и построен всего на одном операционном усилителе LM358, но задействован всего один элемент ОУ.

Мощность рассеивается на транзисторах, поэтому чем больше их количество и ток коллектора каждого транзистора, тем больше может быть общая мощность рассеиваемая электронной нагрузкой.

В теории общий ток может доходить до 40 Ампер с учетом тока коллектора кт827, но в деле естественно все будет зависеть от напряжения тестируемого источника питания, если мощность превышает 250 ватт, транзисторам придет кирдык, уделите этому моменту должное внимание.

Мощные резисторы в этой схеме тоже рассеивают некоторую мощность (и не малую). Эмиттерные резисторы предназначены для выравнивания тока через транзисторы, мощный низкоомный шунт R12 служит датчиком тока, на нем будет рассеиваться колоссальная мощность, поэтому этот резистор подбираем с мощностью около 40 ватт.

Принцип работы довольно прост. При подключении нагрузки образуется падение напряжения на шунте R12 и нарушается баланс напряжений на входах операционного усилителя, последний будет стараться уравновесить это напряжение за счет изменения выходного напряжения, уменьшая или увеличивая его. Тем самым измениться напряжение на базах составных транзисторов, в следствии чего изменится и ток проходящий по ключам.

Переменными резисторами мы можем искусственным образом изменить напряжение на неинвертирующем входе ОУ, этим управляем током протекающий по транзисторам.

Трансформатор в схеме нужен только для питания операционного усилителя и блока индикаторов, поэтому он нужен маломощный. Вторичное напряжение трансформатора от 9 до 15 Вольт, все ровно потом это напряжение будет стабилизировано до уровня 12 Вольт.

Нынче КТ827 очень дороги, но уверяю, они являются наилучшим решением в этой схеме, знаю что появятся вопросы на счет внедрения полевых транзисторов и должен сказать, что пробовал и с ними. Проблема в том, что при больших токах полевики тупо коротят, я думаю в случае их использования не помешает отдельное управление.

А так можно использовать любые составные ключи, в том числе и кт829, естественно нужно учитывать, что ток этих транзисторов в несколько раз ниже, чем ток коллектора КТ827.

Кнопкой S1 меняем чувствительность ОУ, этим можем переключить нагрузку на более точных измерений малых токов.

Свою конструкцию я дополнил ваттметром, который имеет функцию измерения емкости и в итоге получил электронную нагрузку с функцией разряда аккумуляторов с целью выявления их емкости, притом система может разряжать аккумуляторы большим током (лично тестировал на токах до 20 Ампер, никаких нареканий).
Монтаж простенький, корпус позаимствован у лабораторного источника питания PS-1502.

Каждый транзистор установлен на свой радиатор, вся система дополнена активным охлаждение, притом имеется простенькая схема регулировки оборотов кулера.

В архиве находится печатная плата. А с вами был Ака Касьян, удачи в творчестве, до новых встреч!

Изготовление электронной нагрузки постоянного тока и мощности на Arduino

Одной из характеристик большого количества промышленных электронных нагрузок является способность рассеивать постоянную мощность. Постоянная мощность может быть полезной при измерении емкости батарей (Вт/час) или тестировании источников электропитания. Для выполнения данных задач я решил использовать микроконтроллер Arduino (ATmega328p).

На рисунке ниже показана схема электронной нагрузки. Чтобы сильно не перегружать схему лишними элементами, я намеренно решил не использовать фильтрующие и развязывающие конденсаторы. Я также не показал на схеме цепи микроконтроллера, поскольку все выполняется стандартным способом. Все соединения к стандартной плате Arduino четко обозначены для удобного подключения. Исходный код программы для Arduino можно загрузить по сноске в конце статьи.

Для управления нагрузкой используется 6 транзисторов IRFP150N. Данные 6 MOSFET-ов разделяются на три группы: каждая группа состоит из двух MOSFET-транзисторов, которые размещаются параллельно друг другу с отдельными управляющими резисторами на затворе. Далее эти три группы управляются независимо с помощью трех операционных усилителей. Подобное схемное решение гарантирует равномерное распределение тока в нагрузке среди этих трех групп MOSFET-транзисторов. В данной конфигурации максимальная мощность электронной нагрузки может рассеивать, по скромной оценке, около 200 Ватт.

На представленной схеме усилитель IC1A образует повторитель напряжения, который буферизирует выход ЦАП и входы трех управляющих операционных усилителей. Усилитель LM324 используется здесь для трех операционных усилителей. Разумеется, выбор операционного усилителя не является критическим моментом, и вы можете заменить его на любой другой усилитель общего назначения. В схеме используется ЦАП MCP4921 от компании Microchip. MCP4921 сходен по характеристикам с MCP4821. Главная разница в том, что MCP4921 использует внешний источник опорного напряжения, в то время как MCP4821 имеет встроенный источник напряжением 2.048В. Это главная причина, почему использовался ЦАП MCP4921. При изменении внешнего опорного напряжения мы можем нарушить баланс между максимальным током, допустимым электронной нагрузкой, и разрешением регулировки тока.

В данном проекте опорное напряжение подается на ЦАП через резисторный делитель от источника опорного напряжения IC TL431. Внешний источник опорного напряжения для ЦАП сконфигурирован как буферизированный вход для высокого импеданса так, что вход опорного сигнала ЦАП не влияет на точность источника опорного напряжения, устанавливаемого резисторным делителем. Когда внешний источник опорного напряжения установлен в значение 0.5В, ток нагрузки может регулироваться до 15A (0.5 В / 0.1 Oм * 3). Выходное напряжение ЦАП MCP4921 может быть отрегулировано как 1 x Vref либо как 2 x Vref; таким образом, диапазон тока может быть удвоен через программную команду без необходимости изменения опорного напряжения. Если вам не нужен такой широкий диапазон тока, тогда вы можете понизить опорное напряжение. Это обеспечит наилучшее разрешение тока (Vref / 4096 на один шаг регулировки).

Для регулировки тока используется энкодер. По умолчанию, ток может быть отрегулирован с разрешением приблизительно 1мA/шаг. При нажатии кнопки энкодера, данное разрешение может быть изменено до 10мA/шаг и 100мA/шаг соответственно. Это позволит выполнить грубую регулировку.

Режим постоянной мощности достигается путем вычисления желаемого установленного значения тока через измеренное напряжение нагрузки.

На фотографиях ниже показана конструкция электронной нагрузки. В качестве радиатора используется большой алюминиевый блок. Размер радиатора действительно впечатляет, однако обеспечивает надежность работы устройства без использования принудительного воздушного охлаждения.

Вся схема собрана на макетной плате. Я использовал плату Arduino, изготовленную ранее, и разъемы для соединения с основной платой.

На фото ниже показана законченная плата контроллера:

Как упоминалось ранее, радиатор имеет огромный размер, на фото он отображается в перспективном виде:

На данной фотографии показана работа электронной нагрузки в режиме постоянной мощности, поглощая более 200 Ватт при напряжении более 60 вольт.

Поскольку в схеме использовался микроконтроллер, мы можем легко добавить новые функции. Все что не было добавлено в микропрограммный код, вы можете легко дополнить самостоятельно, например режим постоянного сопротивления. Также вы можете обеспечить регистрацию данных, путем записи значений тока и напряжения в определенные интервалы времени.

Видео ниже демонстрирует вкратце функциональные возможности электронной нагрузки

Электронная нагрузка своими руками – Сделай сам

Николай Сергеев

Назначение

Данное устройство предназначено и применяется для проверки источников питания постоянного тока, напряжением до 150В. Устройство позволяет нагружать блоки питания током до 20А, при максимальной рассеиваемой мощности до 600 Вт.

Общее описание схемы

Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема электронной нагрузки.

Приведенная схема на рисунке 1 позволяет плавно регулировать нагрузку испытуемого блока питания. В качестве эквивалента нагрузочного сопротивления используются мощные полевые транзисторы T1-T6 включенные параллельно. Для точного задания и стабилизации тока нагрузки, в схеме применяется прецизионный операционный усилитель ОУ1 в качестве компаратора.

Опорное напряжение с делителя R16, R17, R21, R22 поступает на неинвертирующий вход ОУ1, на инвертирующий вход поступает напряжение сравнения с токоизмерительного резистора R1. Усиленная ошибка с выхода ОУ1 воздействует на затворы полевых транзисторов, тем самым стабилизируя заданный ток. Переменные резисторы R17 и R22 вынесены на лицевую панель устройства с градуированной шкалой.

R17 задает ток нагрузки в пределах от 0 до 20А, R22 в пределах от 0 до 570 мА. Измерительная часть схемы выполнена на основе АЦП ICL7107 со светодиодными цифровыми индикаторами. Опорное напряжение для микросхемы составляет 1В.

Для согласования выходного напряжения токоизмерительного датчика с входом АЦП применяется неинвертирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 10-12, собранный на прецизионном операционном усилителе ОУ2. В качестве датчика тока используется резистор R1, что и в схеме стабилизации. На панели индикации отображается либо ток нагрузки, либо напряжение проверяемого источника питания.

Переключение между режимами происходит кнопкой S1. В предлагаемой схеме реализованы три вида защиты: максимальная токовая защита, тепловая защита и защита от переполюсовки. В максимальной токовой защите предусмотрена возможность задания тока отсечки. Схема МТЗ состоит из компаратора на ОУ3 и ключа, коммутирующего цепь нагрузки.

В качестве ключа используется полевой транзистор T7 с низким сопротивлением открытого канала. Опорное напряжение (эквивалент току отсечки) подается с делителя R24-R26 на инвертирующий вход ОУ3. Переменный резистор R26 вынесен на лицевую панель устройства с градуированной шкалой. Подстроечный резистор R25 задает минимальный ток срабатывания защиты.

Сигнал сравнения поступает с выхода измерительного ОУ2 на неинвертирующий вход ОУ3. В случае превышения тока нагрузки заданного значения, на выходе ОУ3 появляется напряжение близкое к напряжению питания, тем самым включается динисторное реле MOC3023, которое в свою очередь запирает транзистор T7 и подает питание на светодиод LED1, сигнализирующий о срабатывании токовой защиты.

Сброс происходит после полного отключения устройства от сети и повторного включения. Тепловая защита выполнена на компараторе ОУ4, датчике температуры RK1 и исполнительном реле РЭС55А. В качестве датчика температуры используется терморезистор с отрицательным ТКС. Порог срабатывания задается подстроечным резистором R33. Подстроечный резистор R38 задает величину гистерезиса.

Датчик температуры установлен на алюминиевой пластине, являющейся основанием для крепления радиаторов (Рисунок 2).

В случае превышения температуры радиаторов заданного значения, реле РЭС55А своими контактами замыкает неинвертирующий вход ОУ1 на землю, в результате транзисторы T1-T6 запираются и ток нагрузки стремится к нулю, при этом светодиод LED2 сигнализирует о срабатывании тепловой защиты. После охлаждения устройства, ток нагрузки возобновляется. Защита от переполюсовки выполнена на сдвоенном диоде Шоттки D1. Питание схемы осуществляется от отдельного сетевого трансформатора TP1. Операционные усилители ОУ1, ОУ2 и микросхема АЦП подключены от двухполярного источника питания собранного на стабилизаторах L7810, L7805 и инверторе ICL7660.

Для принудительного охлаждения радиаторов используется в непрерывном режиме вентилятор на 220В (в схеме не указан), который подключается через общий выключатель и предохранитель напрямую к сети 220В.

Настройка схемы

Настройка схемы проводится в следующем порядке. На вход электронной нагрузки последовательно с проверяемым блоком питания подключается эталонный миллиамперметр, например мультиметр в режиме измерения тока с минимальным диапазоном (мА), параллельно подключается эталонный вольтметр.

Ручки переменных резисторов R17, R22 выкручиваются в крайнее левое положение соответствующее нулевому току нагрузки. На устройство подается питание. Далее подстроечным резистором R12 задается такое напряжение смещения ОУ1, чтобы показания эталонного миллиамперметра стали равны нулю. Следующим этапом настраивается измерительная часть устройства (индикация).

Кнопка S1 переводится в положение измерения тока, при этом на табло индикации точка должна переместиться в положение сотых. Подстроечным резистором R18 необходимо добиться, чтобы на всех сегментах индикатора, кроме крайнего левого (он должен быть неактивен), отображались нули.

После этого эталонный миллиамперметр переключается в режим максимального диапазона измерений (А). Далее регуляторами на лицевой панели устройства задается ток нагрузки, подстроечным резистором R15 добиваемся одинаковых показаний с эталонным амперметром.

После калибровки канала измерения тока, кнопка S1 переключается в положение индикации напряжения, точка на табло должна переместиться в положение десятых. Далее подстроечным резистором R28 добиваемся одинаковых показаний с эталонным вольтметром. Настройка МТЗ не требуется, если соблюдены все номиналы.

Настройка тепловой защиты проводится экспериментальным путем, температурный режим работы силовых транзисторов не должен выходить за регламентируемый диапазон. Так же нагрев отдельного транзистора может быть неодинаковым. Порог срабатывания настраивается подстроечным резистором R33 по мере приближения температуры самого горячего транзистора к максимальному документированному значению.

Элементная база

В качестве силовых транзисторов T1-T6 (IRFP450) могут применяться MOSFET N-канальные транзисторы с напряжением сток-исток не менее 150В, мощностью рассеивания не менее 150Вт и током стока не менее 5А.

Полевой транзистор T7 (IRFP90N20D) работает в ключевом режиме и выбирается исходя из минимального значения сопротивления канала в открытом состоянии, при этом напряжение сток-исток должно быть не менее 150В, а продолжительный ток транзистора должен составлять не менее 20A.

В качестве прецизионных операционных усилителей ОУ 1,2 (OP177G) могут применяться любые аналогичные операционные усилители с двухполярным питанием 15В и возможностью регулирования напряжения смещения. В качестве операционных усилителей ОУ 3,4 применяется достаточно распространенная микросхема LM358.

Конденсаторы C2, С3, С8, C9 электролитические, C2 выбирается на напряжение не менее 200В и емкостью от 4,7µF. Конденсаторы C1, С4-С7 керамические либо пленочные. Конденсаторы C10-C17, а так же резисторы R30, R34, R35, R39-R41 поверхностного монтажа и размещаются на отдельной плате индикатора.

Подстроечные резисторы R12, R15, R18, R25, R28, R33, R38 многооборотные фирмы BOURNS типа 3296. Переменные резисторы R17, R22 и R26 отечественные однооборотные типа СП2-2, СП4-1. В качестве токоизмерительного резистора R1 использован шунт, выпаянный из нерабочего мультиметра, сопротивлением 0,01 Ом и рассчитанный на ток 20А.

Постоянные резисторы R2-R11, R13, R14, R16, R19-R21, R23, R24, R27, R29, R31, R32, R36, R37 типа МЛТ-0,25, R42 – МЛТ-0,125. Импортная микросхема аналого-цифрового преобразователя ICL7107 может быть заменена на отечественный аналог КР572ПВ2.

Вместо светодиодных индикаторов BS-A51DRD могут применяться любые одиночные или сдвоенные семисегментные индикаторы с общим анодом без динамического управления. В схеме тепловой защиты используется отечественное слаботочное герконовое реле РЭС55А(0102) с одним перекидным контактом. Реле выбирается с учетом напряжения срабатывания 5В и сопротивления катушки 390 Ом.

Для питания схемы может быть применен малогабаритный трансформатор на 220В, мощностью 5-10Вт и напряжением вторичной обмотки 12В.

В качестве выпрямительного диодного моста D2 может использоваться практический любой диодный мост с током нагрузки не менее 0,1A и напряжением не менее 24В.

Микросхема стабилизатора тока L7805 устанавливается на небольшой радиатор, приблизительная мощность рассеивания микросхемы 0,7Вт.

Конструктивные особенности

Основание корпуса (рисунок 2) изготовлено из алюминиевого листа толщиной 3мм и уголка 25мм. К основанию прикручиваются 6 алюминиевых радиаторов, ранее применявшихся для охлаждения тиристоров. Для улучшения теплопроводности используется термопаста Алсил-3.

Рисунок 2 – Основание.

Общая площадь поверхности собранного таким образом радиатора (рисунок 3) составляет около 4000 см2. Приблизительная оценка мощности рассеивания взята из расчета 10см2 на 1Вт. С учетом применения принудительного охлаждения с использованием 120мм вентилятора производительностью 1,7 м3/час, устройство способно продолжительно рассеивать до 600Вт.

Рисунок 3 – Радиатор в сборе.

Силовые транзисторы T1-T6 и сдвоенный диод Шоттки D1, у которого основанием является общий катод, крепятся к радиаторам напрямую без изоляционной прокладки с использованием термопасты. Транзистор T7 токовой защиты крепится к радиатору через теплопроводящую диэлектрическую подложку (рисунок 4).

Рисунок 4 – Крепление транзисторов к радиатору.

Монтаж силовой части схемы выполнен термостойким проводом РКГМ, коммутация слаботочной и сигнальной части выполнена обычным проводом в ПВХ изоляции с применением термостойкой оплетки и термоусадочной трубки. Печатные платы изготовлены методом ЛУТ на фольгированном текстолите, толщиной 1,5 мм. Компоновка внутри устройства изображена на рисунках 5-8.

Декоративный внешний вид (рисунок 10) выполнен с использованием алюминиевого уголка, вентиляционной решетки из нержавеющей стали, оргстекла, подложки из бумаги с надписями и градуированными шкалами, скомпилированными в программе FrontDesigner3.0. Кожух устройства изготовлен из миллиметрового листа нержавеющей стали.

Рисунок 10 – Внешний вид готового устройства.
Рисунок 11 – Схема соединений.
Схему соединений добавил Дмитрий Майтов (bocem).
Архив для статьи
Если у Вас возникнут какие либо вопросы по конструкции электронной нагрузки, задавайте их ЗДЕСЬ на форуме, постараюсь помочь и ответить.

Новокузнецк 2014.

Источник: http://vprl.ru/publ/istochniki_pitanija/bloki_pitanija/ehlektronnaja_nagruzka/11-1-0-74

Электронная нагрузка до 100В, до 10А, 50/75Вт

Время от времени у радиолюбителей возникает необходимость в электронной нагрузке. Что такое электронная нагрузка? Ну, если по простому, это такой прибор, который позволяет нагрузить блок питания (или другой источник) стабильным током, который естественно регулируется.

О подобном самодельном девайсе уже писал уважаемый Kirich, я же решил попробовать в деле устройство «фирменное», запихнув его в какой-нибудь корпус и прицепив к нему такой приборчик для индикации. Как видим, они отлично сочетаются по заявленным параметрам. Итак, нагрузка.платка размером 59х55мм, в комплекте пара клемм 6.

5мм (весьма тугие, да еще и с защелкой — просто так не снять, нужно нажимать специальный язычок. отличные клеммы), 3-проводной шлейф с разъемом для подключения потенциометра, двухпроводной кабелёк с разъемом для подключения питания, винтик М3 для прикручивания транзистора к радиатору. Платка красивая, края фрезерованы, пайка ровная, флюс отмыт.

На плате есть два силовых разъема для подключения собственно нагрузки, разъемы для подключения потенциометра (3-контактный), питания (2-контактный), вентилятора (3-контактный) и три контакта для подключения прибора. Тут я хочу обратить ваше внимание, что как правило черный тонкий провод от измерительного прибора использоваться не будет! В частности, в моём случае, с вышеописанным прибором (см. ссылку на обзор) — подключать тонкий черный провод НЕ НУЖНО, потому что питание и нагрузки и прибора идет от одного БП.

Силовой элемент — транзистор IRFP250N (200V, 30A)

Ну а из микросхем на плате присутствуют компаратор LM393, операционник LM258 и регулируемый стабилитрон TL431.

На просторах интернета была найдена схема:

Скажу честно — всю схему досконально не перепроверял, но беглое схемы с платой сравнение показало что вроде как всё сходится. Собственно, больше о самой нагрузке рассказывать-то и нечего. Схема довольно простая и не работать вообще говоря не может. Да и интерес в данном случае представляет скорее её работа под нагрузкой в составе готового устройства, в частности — температура радиатора. Долго думал из чего сделать корпус. была мысль согнуть из нержавейки, склеить из пластика… А потом подумал — так вот же оно, максимально доступное и повторяемое решение — «кнопочный пост» КП-102, на две кнопки. Радиатор нашел в ящике, вентилятор там же, клеммы и выключатель купил в оффлайне, а бананы и сетевой разъем выколупал из чего-то старого на чердаке 😉

Забегая вперед скажу, что я лоханулся, и тот трансформатор который я использовал (в комплекте с выпрямительным мостиком, конечно) — не потянул данный девайс по причине высокого потребляемого вентилятором тока. Увы.

Буду заказывать такой, должен как раз вписаться по габаритам. Как вариант — можно использовать и внешний 12В блок питания, коих тоже полно и на бэнге и в арсенале любого радиолюбителя.

Питать нагрузку от исследуемого блока питания крайне нежелательно, не говоря уже о диапазоне напряжений.

Кроме того нам понадобится потенциометр на 10кОм для регулировки тока. Я рекомендую ставить многооборотистые потенциометры, например такие или такие. И там и там есть нюансы. первый тип — на 10 оборотов, второй на 5. у второго типа вал очень тонкий, около 4мм, кажется, и стандартные ручки не подходят — я натягивал два слоя термоусадки.

у первого типа вал потолще, но ИМХО тоже не дотягивает до стандартных размеров, поэтому возможны проблемы — впрочем, их я в руках не держал, так что утверждать на 100% не могу. Ну и диаметр/длина как видим заметно отличаются, так что нужно прикидывать по месту.

У меня были в наличии потенцы второго типа, так что я не запаривался по этому поводу, хотя надо бы и первых прикупить для коллекции. Для потенциометра нужна ручка — для эстетики и удобства. Вроде как для потенциометров первого типа должны подойти такие вот ручки, во всяком случае они с фиксирующим винтом и будут нормально держаться на гладком валу.

Я же использовал то что было в наличии, натянув пару слоёв термоусадки и капнув суперклеем для фиксации термоусадки на валу. Метод проверенный — я его использовать еще для блока питания, пока всё работает, уж пару лет.

Далее были муки компоновки, которые показали что фактически единственно возможным решением является то, что я приведу ниже. К сожалению, данное решение требует подрезания корпуса, ибо из-за ребер жесткости не входит плата, а выключатель и регулятор не входят из-за того что я их старался разместить в центре выемок на корпусе, а они в итоге упёрлись в толстую стенку внутри. знал бы — перевернул бы переднюю панель. Итак, размечаемся и делаем отверстия под сетевой разъем, транзистор и радиатор на задней стенке: Теперь передняя панель. Отверстие под прибор это просто (правда, как я писал в предыдущем обзоре, защелки у него дурацкие, и я от греха подальше предпочел вначале защелкнуть в корпус устройства корпус прибора, а потом уже вщелкнуть в него внутренности прибора). Отверстия под выключатель и регулятор — тоже относительно просто, хотя и пришлось на фрезерном станке выбрать пазы на стенках. А вот как расположить гнёзда, чтобы «обойти» отверстие на передней панель — задача. Но я приклеил кусочек черного пластика и просверлил отверстия прямо в нем. Получилось и красиво и аккуратно. Теперь нюансик. в приборе у нас есть термодатчик. Но зачем измерять температуру в корпусе, если можно прислонить его к радиатору? Это гораздо более полезная информация! А раз уж прибор всё равно разобран — ничто не мешает выпаять термодатчик и удлинить провода. для прижима датчика к радиатору я приклеил кусочек пластика к корпусу таким образом, чтобы отпустив винты крепления радиатора можно было подсунуть под пластик термодатчик, а затянув эти винты — надежно его там зафиксировать. Отверстие вокруг транзистора заблаговременно сделал на несколько мм больше. Ну и упихиваем весь этот «взрыв на макаронной фабрике» в корпус: Результат: Проверка температуры радиатора: Как видим на примерно 55Вт через 20 минут температура радиатора в непосредственной близости от силового транзистора стабилизировалась на 58 градусах. Вот такая температура самого радиатора снаружи: Тут, повторюсь, есть нюансики: на момент проверки устройство работало от хилого трансформатора и мало того что под нагрузкой напряжение просаживалось до 9 вольт (то есть при нормальном питании охлаждение будет ЗНАЧИТЕЛЬНО лучше), так еще и из-за некачественного питания ток стабилизировать толком не удавалось, поэтому на разных фото он немного разный. При питании от кроны и соответственно с выключенным вентилятором имеем вот что: Провода от БП у меня тонкие, поэтому падение напряжения тут довольно значительное получилось, ну и при желании можно еще уменьшить количество переходных сопротивлений, припаявшись везде где можно и убрав клеммы. меня же такая точность вполне устраивает — впрочем, о точности говорили в прошлом обзоре. 😉 Выводы: вполне рабочая штука, позволяющая сэкономить время на разработку собственного решения. В качестве «серьёзной» и «профессиональной» нагрузки воспринимать её, пожалуй, не стоит, но ИМХО отличная штука для начинающих, ну или когда нужно редко. Из плюсов могу отметить хорошее качество изготовления, а минус, пожалуй, один — отсутствие потенциометра и радиатора в комплекте, и это нужно обязательно иметь в виду — устройство придется доукомплектовывать, чтобы оно начало работать. Второй минус — отсутствие термоконтроля вентилятора. При том что «ненужная» половинка компаратора как раз есть. Но это нужно было вносить на этапе разработки и изготовления платы, потому как если навешивать терморегулятор «сверху» — то его разумнее на отдельной плате собрать 😉 По моей готовой конструйне — тоже есть нюансы, в частности, нужно будет поменять блок питания, ну и вообще говоря было бы неплохо и предохранитель какой-то поставить. Но предохранитель это лишние контакты и лишние сопротивления в цепи, так что тут я пока не уверен совершенно. Можно также переставить на плату шунт из прибора и задействовать его и для прибора и для электроники нагрузки, убрав «лишний» шунт из цепи.

Несомненно, существуют и «более другие» электронные нагрузки, которые стоят сопоставимо. Например такая.

Отличие обозреваемой — в заявленном входном напряжении, до 100В, тогда как в основном нагрузки рассчитаны на работу до 30В. Ну и в данном случае у нас модульная конструкция, что лично меня весьма устраивает.

Надоел прибор? Поставили поточнее или покрупнее, или еще чего. Не устраивает мощность? Поменяли транзистор или радиатор и т.д.

Одним словом — я вполне доволен результатом (ну только вот блок питания другой прикрутить — но это я сам дурак, а вы предупреждены), и вполне рекомендую к приобретению.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Источник: https://mysku.ru/blog/china-stores/54812.html

Электронная нагрузка с наворотами

Понадобилось мне нагрузить импульсный источник питания, а нечем,полазил по своим закромам, нашел нихром ну и всякую ерунду в виде древних сапротов….Попробовал нагрузить источник как то не гибко получается и решился спаять электронную нагрузку как говорится на века… Схем в интернете оказалось много от простых ну и по сложнее ..

В итоге небольших мучений родилось сие чудо …В ходе первых испытаний оказалось что греется радиатор и весьма существенно.. И тут пришла идея применить ранее мною изготовленное Устройство контроля температурного режима, управления охлаждением и термо защиты на PIC12F629 …когда то делал для лабораторника … Схема есть на нашем сайте…

И все заработало завертелось…

Схема нагрузки.

Для повышения стабильности работы регулирующей микросхемы LM358 ,необходимо соеденитьмежду собой выводы микросхемы 6 и 7 ,а вывод 5 соединить с землей…

Схема контроля температуры.

При включении питания — кратковременно включается вентилятор и проверяется его исправность (по сигналу датчика тахогенератора), если вентилятор исправен и температура в норме — включается реле, подавая питание на контролируемое устройство.

По мере прогрева нагрузки (около 50 градусов) — включается вентилятор, а если температура упала ниже 45 градусов — кулер выключается. Т.е. имеется гистерезис в 5 градусов.

Когда температура достигнет 75 градусов — срабатывает термозащита, нагрузка отключается, а если зафиксирована неисправность вентилятора — то термозащита срабатывает уже при 60 градусах. Если сработала термозащита — то обратного включения нагрузки не происходит, как бы оно не остыло.

Кулер же будет продолжать работать в штатном режиме, т.е. будет охлаждать радиаторы и выключится, когда температура упадет ниже +45 градусов. Для сброса термозащиты требуется отключить и снова включить питание контроллера.

Ну фотки …

Индикатор использовал покупной до 10 ампер …События показали что индикатор нужен до 20 ампер…

Корпус взят от старого компового блока питания ..

Транс питания схемы от китайского древнего мафона ,радиатор с кулером от пенька четвертого если не ошибаюсь…

Ну и куча кирпичей в виде сапротов нагрузки…

При работе нагрузки в 18 ампер нагрев деталей был в рабочих температурах…Замерял мультиметром и электроным термометром…

Показания приборов у всех разное одним словом китай…На нагрузке показания амперметра более точные по сравнении с блоком питания проверял мультиметром…

Возникнут вопросы отвечу …Остальное все в архиве… Все схемы взяты из интернета на авторство не претендую,схемы перерабатывал под свои нужды….

АРХИВ:Скачать

Источник: http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/reguljatory_moshhnosti/ehlektronnaja_nagruzka_s_navorotami/105-1-0-6147

Электронная нагрузка с регулировкой тока

Для чего нужно такое устройство, как электронная нагрузка, наверное все в курсе — она позволяет создать имитацию очень мощного резистора на выходе блоков питания, зарядок, усилителей, ИБП и других схем при их настройке. Данная электронная нагрузка может выдержать более 100 Ампер тока, рассеивая более 500 Вт непрерывно и выдерживая 1 кВт мощности в импульсном режиме.

Схема самодельной электронной нагрузки на 500 Вт

Схема в принципе несложная и тут используются два полевых транзистора с регулирующими ОУ. Каждый из двух каналов одинаков и включены они параллельно. Управляющие напряжения связаны между собой и нагрузка делится поровну между двумя мощными полевыми транзисторами. Здесь использованы для шунта 2 резистора на 50 А, формируя напряжение обратной связи 75 мВ. Очевидным преимуществом в выборе такого малого значения сопротивления (каждый шунт сопротивлением всего 1,5 миллиом) в том, что падение напряжения практически ничтожно. Даже при работе с нагрузкой 100 А, падение напряжения на каждом шунтирующем резисторе будет менее 0,1 В.

Недостатком использования такой схемы в том, что требуется ставить ОУ с очень низким входным смещением, так как даже небольшое изменение смещения может привести к большой погрешности в контролируемом токе. Например, при лабораторных испытаниях, всего 100 мкВ напряжения смещения приведет к изменению тока нагрузки на 0,1 А.

Кроме того, трудно создать такие стабильные управляющие напряжения без использования ЦАП и прецизионных ОУ.

Если вы планируете использовать микроконтроллер для управления нагрузкой, нужно будет либо использовать прецизионные ОУ для усиления напряжения с шунта, совместимые с ЦАП на выходе (например, 0-5 В) или использовать прецизионный делитель напряжения для создания управляющего сигнала.

Вся схема была собрана на куске текстолита методом упрощённого монтажа и размещена на верхней части большого алюминиевого блока.

Поверхность металла отполирована для того, чтобы обеспечить хорошую теплопроводность между транзисторами и радиатором.

Все соединения с большим током — не менее 5 проводов толстого многожильного провода, тогда они смогут выдерживать не менее 100 А без существенного нагрева или падения напряжения.

Выше приведено фото макетки, на которой впаяны два операционных усилителя повышенной точности LT1636. А модуль DC-DC преобразователя используется для преобразования входного напряжения на стабильных 12 В для контроллера вентилятора системы охлаждения. Вот они — 3 вентилятора на боковой стороне радиатора.

Форум по схеме

Обсудить статью Электронная нагрузка с регулировкой тока

Источник: https://radioskot.ru/publ/ehlektronnaja_nagruzka_s_regulirovkoj_toka/1-1-0-1205

Электронная нагрузка на полевых транзисторах 500 — 1000 Вт

Недавно потребовалось протестировать различные очень мощные аккумуляторные батареи напряжением от 24 до 55 В. Так как для столь больших токов резисторы подобрать нереально — пришлось построить что-то полностью электронное. В качестве базы послужила конструкция искусственной нагрузки, описанной на сайте ранее. Поскольку мощность её была слишком мала, она несколько усилилась.

Схема электрическая принципиальная ЭН

В качестве силового элемента используется 8 резисторов по 0,68 Ом, подключенных к силовому транзистору IGBT. Почему именно IGBT? Во время испытаний вылетело несколько обычных МОП-транзисторов, а IGBT оказались заметно более устойчивы.

Резисторы установлены на радиаторах по 4 шт. В зависимости от потребностей включены последовательно для более высоких напряжений нагрузки или параллельно — для более слабых.

Радиаторы прикручены на расстоянии 1 см от дна корпуса, под радиаторами просверлены отверстия, расход охлаждающего воздуха значительный.

Силовой транзистор установлен на радиаторе от процессора ПК, охлаждается двумя вентиляторами.

В качестве измерительного элемента и эталона для операционного усилителя, используется резистор 0,01 Ом, а в качестве измерителей счетчики на микросхемах ICL7107 — точность тока 0,1 А, напряжения — 0,1 В.

Электрическое питание для счетчиков и вентиляторов — снято с какого-то импульсного устройства с параметрами + 5 В на 5 А (индикаторы), +/- 12 В на 2 А (вентиляторы и ОУ). В наличии был классный металлический корпус от какого-то старого прибора, его и решено было использовать. Передняя панель сделана из куска 3-мм ПВХ пластины. В задней части вырезаны отверстия для вентиляторов.

Полезное: Как заменять и перемещать электрические розетки на другое место

Испытание работы нагрузки

Схема проверена при напряжениях 28 В на 20 А — мощность рассеивается на резисторах и транзисторах IGBT 560 Вт — с охлаждением и под нагрузкой в течение одного часа — температура 40 градусов.
Еще один тест искусственной нагрузки проводился с батареей 55 В на 11 А/ч — здесь нагрузка составила 15 — 20 А, значит мощность достигла 1 кВт — радиаторы стали горячие, особенно те, на которых установлены силовые резисторы. Резисторы нагрелись до около 110 градусов, транзистор IGBT до температуры 90 градусов, в принципе приемлемо.
Естественно можно легко протестировать автомобильные аккумуляторы с режимом 12 В на 20 А — при этом была температура 80 градусов, что нормально.

Пути усовершенствования прибора

В перспективе дальнейшее улучшение этой самодельной электронной нагрузки за счет добавления измерителя мощности и контроллера режимов на Arduino (с Aliexpress).

Строительство прибора обошлось в основном расходами на силовые резисторы — остальное валялось от разборки всяких вещей.
Также добавится несколько гнезд, чтобы иметь несколько диапазонов напряжения для тестирования без переключения мощных резисторов.

2— 5,00

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ

Источник: https://2shemi.ru/elektronnaya-nagruzka-na-polevyh-tranzistorah-500-1000-vt/

Самодельная электронная нагрузка из операционного усилителя и мощного полевого транзистора

Обычно при изготовлении (как впрочем и при ремонте) блоков питания или преобразователей напряжения требуется проверить их работоспособность под нагрузкой. И тут начинаются поиски. В ход идёт всё, что есть под рукой: различные лампы накаливания, старые электронные лампы, мощные резисторы и тому подобное.

Подбирать нужную нагрузку таким образом — это невероятно затратное (как по времени, так и по нервам) занятие. Вместо этого очень удобно пользоваться электронной регулируемой нагрузкой. Нет, нет, не надо ничего покупать. Сделать такую нагрузку сможет даже школьник. Всё, что нужно, — это мощный полевик, операционный усилитель, несколько резисторов и радиатор побольше.

Схема — более чем простая и, тем не менее, отлично работает.

Идея заключается в том, чтобы с помощью операционника стабилизировать падение напряжения на специальном токоизмерительном резисторе.

Делается это следующим образом: на неинвертирующий вход операционника подаётся некое опорное напряжение, а на инвертирующий вход — падение напряжения на токоизмерительном резисторе.

Операционник обладает таким свойством, что в установившемся режиме, разность напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах равна нулю (если конечно он не находится в режиме насыщения, но нам для того и мозг с калькулятором, чтобы всё посчитать и подобрать).

Выход операционного усилителя подается на затвор MOSFET и, таким образом, управляет степенью открытия полевого транзистора, и, следовательно, током через него. А чем больше ток через полевик, тем больше падение напряжения на токоизмерительном резисторе. Получается отрицательная обратная связь.

То есть, если в результате нагрева характеристики полевика изменятся так, что ток через него увеличится, то это вызовет увеличение падения напряжения на токоизмерительном резисторе, появится отрицательная разность напряжений (ошибка) на входах ОУ и выходное напряжение операционника начнёт уменьшаться (при этом начнёт уменьшаться степень открытия полевика и ток через него), до тех пор, пока ошибка не станет равной нулю. Если же ток через полевик по каким-либо причинам уменьшится, то это вызовет уменьшение падения напряжения на токоизмерительном резисторе, появится положительная разность напряжений (ошибка) на входах ОУ и выходное напряжение операционника начнёт увеличиваться (при этом начнёт увеличиваться степень открытия полевика и ток через него), до тех пор, пока ошибка не станет равной нулю. Короче, такая схема стабилизирует падение напряжения на токоизмерительном резисторе — оно после всех переходных процессов устанавливается равным опорному напряжению (которое подаётся на неинвертирующий вход).

Изменяя в этой схеме опорное напряжение, можно произвольным образом регулировать ток через полевик, причём заданный ток получается стабильным, поскольку зависит только от величины опорного напряжения и сопротивления токоизмерительного резистора, и не зависит от параметров MOSFET, которые могут очень сильно меняться в результате нагрева. Опорное напряжение можно задавать простым делителем, а регулировать — подстроечными резисторами.

Элементы схемы:
Операционный усилитель — любой, допускающий однополярное питание, я использовал OP220.
T1 — мощный MOSFET, любой, лишь бы мощность побольше мог рассеять, я брал CEP603AL из старого компьютерного блока питания. (тут понятное дело есть ограничение по напряжению открытия полевика и току через него, но об этом ниже)

Rti — токоизмерительный резистор на десятые доли Ом, таких полно везде: в принтерах, в мониторах и т.д., я брал из принтера 0,22 Ом, 3 Вт

Rnd = 10 кОм — резистор, определяющий диапазон задания тока
Rkd = 10 кОм — резистор, определяющий начальный диапазон задания тока
Rgn = 2 кОм — резистор, с помощью которого выставляется ток в пределах заданного диапазона
Rtn = 330 Ом — резистор, необходимый для точной подстройки заданного тока
Отличные подстроечники, с удобными ручками, можно снять с плат старых компьютерных мониторов.
Готовое изделие:

Итак, теперь посмотрим, как это всё рассчитывается:
U1=Uп*(Rgn+Rtn)/(Rnd+Rkd+Rtn+Rgn), где Uп — напряжение питания, U1 — напряжение на неинвертирующем входе ОУ
U2=Iн*Rti, где Iн — ток нагрузки, U2 — падение напряжения на токоизмерительном резисторе (и, соответственно, напряжение на инвертирующем входе ОУ)
Из условия равенства напряжений на входах ОУ, имеем:
Uп*(Rgn+Rtn)/(Rdn+Rkd+Rtn+Rgn)=Iн*Rti, отсюда находим:
Iн=Uп*(Rgn+Rtn) / ((Rdn+Rkd+Rtn+Rgn)*Rti)
Подставив в это выражение номиналы наших резисторов, определим диапазоны настройки тока:
при Rnd=10 кОм, получаем Iн = Uп*2,33/((2,33+10+10)*0,22)=Uп*0,47
при Rnd=0, получаем: Iн = Uп*2,33/((2,33+10)*0,22)=Uп*0,86

То есть, изменяя сопротивление резистора Rnd от 10 кОм до нуля, мы изменяем верхнюю границу диапазона настройки тока от 0,47*Uп до 0,86*Uп.

Это означает, что, например, для питания +10В мы сможем настраивать ток в диапазоне от 0 до 4,7 А или от 0 до 8,6 А, в зависимости от сопротивления резистора Rnd, а для питания +5В от 0 до 2,35 А или от 0 до 4,3 А.

В заданном диапазоне ток настраивается подстроечниками Rgn (грубо) и Rtn (точно).

Есть три ограничения. Первое ограничение связано с токоизмерительным резистором.

Поскольку этот резистор рассчитан на максимальную рассеиваемую мощность PR, то максимальный ток через него не должен превышать значения, определяемого выражением: I2макс=PR/Rti. Для указанных номиналов: I2макс=(3/0,22), Iмакс=3,7 А.

Увеличить это значение можно выбрав резистор с меньшим сопротивлением (тогда диапазоны тоже придётся пересчитать), применив радиатор или соединив параллельно несколько таких резисторов.

Вторые два ограничения связаны с транзистором. Во-первых, на транзисторе выделяется основная рассеиваемая мощность (поэтому для лучшего теплоотвода следует прикрутить к нему радиатор размером побольше).

Во-вторых, транзистор начинает открываться, когда напряжение между затвором и истоком (Vgs превысит некоторое пороговое значение, threshold voltage), так что девайс не будет работать, если напряжение питания меньше этого порогового значения.

Эта же величина будет влиять и на максимальный возможный ток при заданном напряжении питания.

Скачать плату (DipTrace 2.0)

Источник: https://radiohlam.ru/nagruzka/

Электронная импульсная нагрузка на базе TL494

????25.07.11 ????riswel ????89 949 ????10 Все электронщики, занимающиеся конструированием устройств электропитания, рано или поздно сталкиваются с проблемой отсутствия нагрузочного эквивалента или функциональной ограниченностью имеющихся нагрузок, а так же их габаритами. К счастью, появление на российском рынке дешевых и мощных полевых транзисторов несколько исправило ситуацию.

Стали появляться любительские конструкции электронных нагрузок на базе полевых транзисторов, более пригодных к использованию в качестве электронного сопротивления, нежели их биполярные собратья: лучшая температурная стабильность, практически нулевое сопротивление канала в открытом состоянии, малые токи управления — основные преимущества, определяющие предпочтительность их использования в качестве регулирующего компонента в мощных устройствах. Более того, самые разнообразные предложения появились от производителей приборов, прайсы которых пестрят самыми разнообразными моделями электронных нагрузок. Но, так как производители ориентируют свою весьма сложную и многофункциональную продукцию под названием «электронная нагрузка» в основном на производство, цены на эти изделия настолько высоки, что покупку может позволить себе лишь весьма состоятельный человек. Правда, не не совсем понятно, — зачем состоятельному человеку электронная нагрузка. ЭН промышленного изготовления, ориентированного на любительский инженерный сектор, мною замечено не было. Значит, опять придется все делать самому. Э-эх… Начнем.

Содержание / Contents

Чем же в принципе электронные нагрузочные эквиваленты предпочтительнее традиционных средств (мощные резисторы, лампы накаливания, термонагреватели и прочие приспособления), используемых зачастую конструкторами при наладке различных силовых устройств? Граждане портала, имеющие отношение к конструированию и ремонту блоков питания, несомненно знают ответ на этот вопрос.

Лично я вижу два фактора, достаточных для того, что бы иметь в своей «лаборатории» электронную нагрузку: небольшие габариты, возможность управления мощностью нагрузки в больших пределах простыми средствами (так, как мы регулируем громкость звучания или выходное напряжение блока питания — обычным переменным резистором а не мощными контактами рубильника, движком реостата и т.д.).

Кроме того, «действия» электронной нагрузки можно легко автоматизировать, облегчив таким образом и сделав более изощренными испытания силового устройства с помощью электронной нагрузки. При этом, разумеется, освобождаются глаза и руки инженера, работа становится продуктивней. Но о прелестях всех возможных наворотов и совершенств — не в этой статье, и, быть может, от другого автора.

А пока, — лишь о еще одной разновидности электронной нагрузки — импульсной. Аналоговые электронные нагрузки безусловно хороши и многие из тех, кто использовал ЭН при наладке силовых устройств, оценили ее преимущества.

Импульсные ЭН имеют свою изюминку, давая возможность для оценки работы блока питания при импульсном характере нагрузки таком, как, например, работа цифровых устройств.

Мощные усилители звуковых частот так же оказывают характерное влияние на питающие устройства, а потому, неплохо было бы знать, как поведет себя блок питания, расчитанный и изготовленный для конкретного усилителя, при определенном заданном характере нагрузки.При диагностике ремонтируемых блоков питания эффект применения импульсной ЭН так же заметен.

Так, например, с помощью импульсной ЭН была найдена неисправность современного компьютерного БП. Заявленная неисправность данного 850-ваттного БП была следующей: компьютер при работе с этим БП выключался произвольно в любое время при работе с любым приложением, независимо от потребляемой, на момент выключения, мощности.

При проверке на обычную нагрузку (куча мощных резисторов по +3В, +5В и галогенных лампочек по +12В) этот БП отработал на «ура» в течении нескольких часов при том, что мощность нагрузки составила 2/3 от его заявленной мощности. Неисправность проявилась при подключении импульсной ЭН к каналу +3В и БП начал отключаться, едва стрелка амперметра доходила до деления 1А.

При этом токи нагрузки по каждому из прочих каналов положительного напряжения не превышали 3А.

Неисправной оказалась плата супервизора и была заменена на аналогичную (благо, был такой же БП с выгоревшей силовой частью), после чего БП заработал нормально на максимальном токе, допустимом для используемого экземпляра импульсной ЭН (10А), которая и является предметом описания в данной статье.

Идея создания импульсной нагрузки появилась достаточно давно и впервые была реализована в 2002 году, но не в теперешнем ее виде и на другой элементной базе и для несколько иных целей и не было в то время для меня лично достаточных стимулов и прочих основаий для развития этой идеи. Сейчас звезды стоят иначе и что-то сошлось для очередного воплощения этого устройства.

С другой стороны, устройство изначально имело несколько иное назначение — проверка параметров импульсных трансформаторов и дросселей. Но одно другому не мешает.

Кстати, если кто-то захочет заняться исследованием индуктивных компонентов с помощью этого или аналогичного устройства, пожалуйста: ниже архивы статей маститых (в области силовой электроники) инженеров, посвященных этой теме. Итак, что же представляет собой «классическая» (аналоговая) ЭН в принципе. Токовый стабилизатор, работающий в режиме короткого замыкания. И ничего больше.

И будет прав тот, кто в порыве какой угодно страсти замкнет выходные клеммы зарядного устройства или сварочного аппарата и скажет: это — электронная нагрузка! Не факт, конечно, что подобное замыкание не будет иметь пагубных последствий, как для устройств, так и для самого оператора, но и то и другое устройство действительно являются источниками тока и вполне могли бы претендовать после определенной доводки на роль электронной нагрузки, как и любой другой сколь угодно примитивный источник тока. Ток в аналоговой ЭН будет зависеть от напряжения на выходе проверяемого БП, омического сопротивления канала полевого транзистора, устанавливаемого величиной напряжения на его затворе.Ток в импульсной ЭН будет зависеть от суммы параметров в число которых будет входить ширина импульса, минимальное сопротивление открытого канала выходного ключа и свойства проверяемого БП (емкость конденсаторов, индуктивность дросселей БП, выходное напряжение).При открытом ключе ЭН образует кратковременное короткое замыкание, при котором конденсаторы испытуемого БП разряжаются, а дроссели (если они содержатся в конструктиве БП) стремяться к насыщению. Классического КЗ, однако, не происходит, т.к. ширина импульса ограничена во времени микросекундными величинами, определяющими величину разрядного тока конденсаторов БП. В то же время проверка импульсной ЭН является более экстремальной для проверяемого БП. Зато и «подводных камней» при такой проверке выявляется больше, вплоть до качества питающих проводников, подводимых к питающему устройству. Так, при подключении импульсной ЭН к 12-тивольтовому БП соединительными медными проводами диаметром жилы 0,8мм и токе нагрузки 5А, осциллограмма на ЭН выявила пульсации, представляющие собой последовательность прямоугольных импульсов размахом до 2В и остроконечными выбросами с амплитудой, равной напряжению питания. На клеммах самого БП пульсации от ЭН практически отсутствовали. На самой ЭН пульсации были сведены к минимуму (менее 50мВ) при помощи увеличения количества жил каждого питающих ЭН проводников — до 6. В «двухжильном» варианте минимума пульсаций, сопоставимого с «шестижильным», удалось достигнуть установкой дополнительного электролитического конденсатора емкостью 4700мФ в точках соединения питающих проводов с нагрузкой. Так что, при построении БП, импульсная ЭН очень даже может пригодиться.ЭН собрана на популярных (благодаря большому количеству утилизированных компьютерных БП) компонентах. Схема ЭН содержит генератор с регулируемой частотой и шириной импульсов, термо-и-токовую защиту. Генератор выполнен на ШИМ TL494. Регулировка частоты осуществляется переменным резистором R1; скважности — R2; термочувствительности — R4; ограничение тока — R14. Выход генератора умощнен эмиттерным повторителем (VT1, VT2) для работы на емкости затворов полевых транзисторов числом от 4-х и более. Генераторная часть схемы и буферный каскад на транзисторах VT1, VT2 могут быть запитаны от отдельного источника питания с выходным напряжением +12…15В и током до 2А или от канала +12В проверяемого БП. Выход ЭН (сток полевого транзистора) и соединяется с «+» проверяемого БП, общий провод ЭН — с общим проводом БП. Каждый из затворов полевых транзисторов (в случае их группового использования) должен быть соединен с выходом буферного каскада собственным резистором, нивелирующим разницу параметров затворов (емкость, пороговое напряжение) и обеспечивающим синхронную работу ключей.На фотографиях видно, что на плате ЭН имеется пара светодиодов: зеленый — индикатор питания нагрузки, красный индицирует срабатывание усилителей ошибки микросхемы при критической температуре (постоянное свечение) или при ограничении тока (едва заметное мерцание). Работой красного светодиода управляет ключ на транзисторе КТ315, эмиттер которого соединен с общим проводом; база (через резистор 5-15кОм) с выводом 3 микросхемы; коллектор — (через резистор 1,1 кОм) с катодом светодиода, анод которого соединен выводам 8, 11, 12 микросхемы DA1. На схеме этот узел не показан, т.к. не является безусловно обязательным.

Не указанные на схеме номиналы резисторов и конденсаторов:

По поводу резистора R16. При прохождении через него тока 10А, рассеиваемая на резисторе мощность составит 5Вт (при указанном на схеме сопротивлении). В реальной конструкции используется резистор сопротивлением 0,1 Ом (не оказалось нужного номинала) и мощность, рассеиваемая на его корпусе при том же токе, составит 10Вт. Температура резистора при этом гораздо выше температуры ключей ЭН, которые (при использовании радиатора, показанного на фото) греются не сильно. Поэтому термодатчик лучше установить на резисторе R16 (или в непосредственной близости), а не на радиаторе с ключами ЭН.

▼ opredelenie-toka-nasyscheniya-katushek-induktivnosti-s-magnitoprovodami.rar ???? 22/07/11 ⚖️ 125,08 Kb ⇣ 278

▼ kosenko_universalnyy-pribor-dlya-proverki-iip.rar ???? 22/07/11 ⚖️ 45,07 Kb ⇣ 284

Эксперименты с данным вариантом нагрузки продолжаются.

Константин (riswel)

Россия, г. Калининград

C детства — музыка и электро/радио-техника. Перепаял множество схем самых различных по разным поводам и просто, — для интереса, — и своих, и чужих. За 18 лет работы в Северо-Западном Телекоме изготовил много различных стендов для проверки различного ремонтируемого оборудования. Сконструировал несколько, различных по функционалу и элементной базе, цифровых измерителей длительности импульсов. Более 30-ти рацпредложений по модернизации узлов различного профильного оборудования, в т.ч. — электропитающего. С давних пор все больше занимаюсь силовой автоматикой и электроникой.

Почему я здесь? Да потому, что здесь все — такие же, как я. Здесь много для меня интересного, поскольку я не силен в аудио-технике, а хотелось бы иметь больший опыт именно в этом направлении.

Источник: https://datagor.ru/practice/power/1754-elektronnaya-impulsnaya-nagruzka.html

Рабочая схема регулируемой электронной нагрузки на операционном усилителе с ООС, и с цифровым вольтметром и амперметром (измеряющие силу тока и падение напряженя).

Тема: как сделать простую искусственную электрическую нагрузку самому.

Предлагаю для рассмотрения весьма достойную схему относительно простой электронной (электрической, для постоянного тока) нагрузки с плавной регулировкой своего внутреннего сопротивления и силы тока, что проходит через нее. В первую очередь эта, так сказать искусственная электронагрузка будет полезна для тех, кто занимается сборкой и ремонтом различных блоков питания. Ведь для тестирования реальных характеристик мощности, номинальной и максимальной силы тока и падения напряжения достаточно воспользоваться этой схемой. Мы подключаем проверяемый блок питания к выводам этой нагрузки и постепенно уменьшить внутреннее сопротивление, что увеличивает ток, протекающий через нагрузку, тем самым на цифровом индикаторе действительные знания тока и возникающее при этом падение напряжения.

Ну, а теперь о самой этой электрической схеме регулируемой электронной нагрузки. Итак, основными и главными элементами схемы являются силовые биполярные транзисторы большой мощности. Для схемы я использовал КТ8229, поскольку они просто у меня были под рукой, хотя вместо них можно поставить любые другие, с похожими характеристиками. Мощность этого транзистора 125 Вт. Максимальная сила тока, которую он может пропустить через свой эмиттерно-коллекторный переход равна до 25 ампер. В схеме, как мы видим стоит два таких транзистора, соединенных относительно друг друга параллельно. Тем самым мы увеличиваем общую мощность электросхемы регулируемой электронной нагрузки (устройства для проверки блоков питания на максимальный ток) в два раза. Если нам этого мало, то можно добавить еще несколько каскадов таким же способом.

Дело в том, что у подобных биполярных транзисторов (имеющие большую мощность) есть один нюанс, а именно они обладают малым коэффициентом усиления. Допустим у нашего КТ8229 он равен от 15 до 25 всего лишь. То есть, он способен при своей большой мощности усилить входной сигнал только где-то в 20 раз. По справочным данным известно, что для того чтобы получить на выходе транзистора максимальный его ток (25 ампер), нужно через базо-эмиттерный переход пропустить аж 5 ампер. Микросхема операционного усилителя не способна обеспечить мощному транзистору такой большой ток. Для решения этой проблемы перед силовыми транзисторными каскадами поставлен еще один, менее мощный биполярный транзистор типа КТ817.

У КТ817 коэффициент усиления больше, чем у КТ8229, хотя он менее мощный. И тот небольшой сигнал, который мы имеем с выхода микросхемы ОУ КТ817 усиливает до единиц ампера, а КТ8229 уже до десятков ампера. Естественно, для более мощных схем (с большим количеством каскадов мощных транзисторов) нужно поставить вместо КТ817 более мощнее или даже сделать составной транзистор.

Это что касалось силовой части схемы самодельной электронной нагрузки, собираемой своими руками, теперь поговорим про управляющие цепи. Силовыми транзисторами управляет микросхема операционного усилителя, имеющая отрицательную обратную связь по току. Зачем это нужно? Дело в том, что если пойти по самому простому пути и на базу первого транзистора для управления поставить простой делитель напряжения в виде переменного резистора, то схема работать также будет. Но в этом случае она будет крайне не стабильна в регулируемой, выходном токе. Ведь при скачках и плавании напряжения, изменении температуры транзисторов сила тока также будет постоянно меняться. Для нормального проведения тестирования блока питания это не годится. Нужна стабильность.

Схема операционного усилителя с ООС снимает часть тока с эмиттера силовых транзисторов, сравнивает его со своим опорным значением и вводит нужную коррекцию на своем выходе. В результате мы имеем достаточно точную и стабильную регулировку тока, который протекает через мощные биполярные транзисторы. В схема на операционном усилителе переменными резисторами (которых два, соединенных последовательно, один для грубой регуляции тока, второй для более точной) изменяется величина внутреннего сопротивления мощных транзисторов. Подстроечным резистором, что стоит между минусом питания и третьим выводом микросхемы ОУ, можно управлять границей полного открытия силовых транзисторов.

Микросхема ОУ для своей нормальной работы нуждается в стабильном питающим напряжении. Для этого в схеме использован простой и качественный стабилизатор напряжения, собранный на LM317. Напряжение на выходе стабилизатора равно 12 вольтам. Перед стабилизатором стоит обычный трансформаторный блок питания, состоящий из трансформатора, диодного моста и фильтрующего конденсатора электролита. На выходе БП постоянное напряжение величиной 15 вольт. Схема ОУ может питаться от 9-15 вольт. Мощность блока питания, питающего схемы, небольшая, около 4 Вт (схема потребляет ток до 30 мА, плюс еще ток охлаждающего вентилятора где-то 150 мА).

В схеме стоит цифровой вольтметр и амперметр. Это обычный Китайский модуль, измеряющий и показывающий величину силы постоянного тока и напряжения. То есть, при тестировании блока питания мы сразу будем видеть на цифровом индикаторе, какой именно ток протекает через электронную нагрузку. Ну и будем видеть имеющееся падение напряжения, что позволит нам судить о мощности БП.

Поскольку через силовые транзисторы будет протекать достаточно большой ток, который будет рассеиваться в виде тепла, то естественно эти транзисторы нужно установить на охлаждающем радиаторе. Более того, блоки питания порой приходится проверять на длительный максимальный ток, что будет перегревать даже радиатор. Для таких режимов тестирования нужно в схеме предусмотреть еще и охлаждающий вентилятор, что должен быть поставлен на радиатор. Для схем регулируемой электронной нагрузки, сделанной своими руками, с токами тестирования до 10 ампер, можно для охлаждения транзисторов взять обычный радиатор с вентилятором от компьютера, тот что обычно устанавливается на процессор.

Видео по этой теме:

P.S. Эта схема самодельной регулируемой электрической нагрузки для проверки блоков питания с постоянным током полностью работоспособна. Была мной собрана и опробована. В изначальную схему были добавлены более подходящие компоненты. В итоге схема нормально стала работать. Она имеет хорошие характеристики, высокую стабильность регулируемого тока, большую точность измеряемого тока и напряжения. Так что, если вам нужна такая вот схема, то советую ее собрать.
Электронная нагрузка на микросхеме LM358 и транзисторах КТ818
Зачастую с проблемой поиска нужной нагрузки сталкиваются те радиолюбители, которые изучают силовую электронику. Проверяя выходные характеристики того или иного блока питания, будь он самодельный или промышленный, необходима нагрузка с возможностью регулировки. Самым простым решением этой проблемы является использование учебных реостатов, ламп, мощных керамических резисторов, автомобильных ламп и нихромового нагревательного элемента. В этих случаях регулировка тока значительно ограничена (в случае с реостатом) или же вовсе невозможна.
В электронной нагрузке вся мощность выделяется на силовых элементах – транзисторах. Такой вариант можно сделать на любую мощность, и они гораздо универсальнее, чем обычный реостат. Профессиональные лабораторные электронные нагрузки стоят кучу денег.
Теперь давайте разберем схему, составные элементы которой я взял здесь и адаптировал под имеющиеся у меня детали.
Цепь защиты составлена из плавкого предохранителя FU1 и диода VD1. Нагрузка выполнена на четырех транзисторах КТ818. У них приемлемые характеристики по току и рассеиваемой мощности, а также они сравнительно дешевые и широко распространены. Управление VT5 на транзисторе КТ815, а стабилизация на операционном усилителе LM358. Амперметр, показывающий ток, проходящий через нагрузку, я установил отдельно. Поскольку если амперметром заменить резисторы R3 и R4, то будет теряться часть тока, который потечет через VT5 и показания будут занижены. А судя по тому, как нагреваются КТ815, ток через них протекает приличный. Я даже подумываю, что между эмиттером VT5 и землей надобно поставить еще одно сопротивление на 50…200 Ом.
Отдельно надо рассказать о цепи R10…R13. Так как регулировка происходит не линейно, необходимо брать одно переменное сопротивление в 200…220 кОм с логарифмической шкалой, либо ставить два переменных резистора, которые обеспечивают плавное регулирование во всем диапазоне. При чем R10 (200кОм) регулирует ток от 0 до 2.5А, а R11 (10 кОм) при выкрученном в ноль R10 регулирует ток от 2.5 до 8 А. Верхний предел тока устанавливается резистором R13. При настройке будьте осторожны, если напряжение питания случайно попадет на третью ногу операционного усилителя, КТ815 открывается полностью, что с большой вероятностью приведет к выходу из строя всех силовых транзисторов.
Казалось бы, при таких мощных транзисторах, которые выдерживают до 80 вольт и 10 А, суммарная мощность должна быть не менее 3 кВт. Но, так как мы делаем «кипятильник» и вся мощность источника уходит в тепло, то ограничение накладывается показателем рассеиваемой мощности транзисторов. По даташиту она всего лишь 60 Вт на один транзистор, а с учетом того, что теплопроводность между транзистором и радиатором не идеальна, то фактическая рассеиваемая мощность и того меньше. И поэтому чтобы хоть как-то улучшить теплоотвод я прикрутил транзисторы VT1…VT4 непосредственно к радиатору без прокладок на теплопроводную пасту. При этом мне пришлось сделать специальные накладки на радиатор, чтобы он не замыкал на корпус.
К сожалению, у меня не было возможности протестировать работу устройства во всем диапазоне напряжений. Но при 22V 5A нагрузка работает стабильно и не перегреваясь. Однако, как говорится, в бочке меда есть и ложка дегтя. Из-за недостаточной площади имевшегося у меня радиатора, при нагрузке более 130 ватт, через какое-то время (3…5 минут) транзисторы начинают перегреваться. Поэтому если будете собирать подобную схему, берите радиатор как можно большей площади и обеспечите ему надежное принудительное охлаждение в виде вентилятора.
Стоит особо подчеркнуть, что обязательно при наладке ставьте резистор R13 не менее 10 кОм. Потом по мере понимания, какой ток вам нужен, уменьшайте это сопротивление.
Дата публикации: 10 April 2020
Простая электронная нагрузка постоянного тока – Codrey Electronics
Существует ряд решений для создания простой электронной нагрузки – вам нужно только просмотреть Интернет, чтобы увидеть это. Эта статья представляет собой краткое руководство по созданию простой электронной нагрузки постоянного тока (фиктивной нагрузки), которая будет полезна для ваших будущих проектов силовой электроники. Присоединяйтесь к веселью, если у вас есть базовые знания в области силовой электроники и небольшая сумма денег, которую вы можете инвестировать!
Что такое электронная нагрузка?
Электронные нагрузки очень полезны, особенно если вы хотите спроектировать собственные схемы питания.Электронная нагрузка, также известная как фиктивная нагрузка постоянного тока, представляет собой конструкцию устройства, поэтому источник питания может потреблять определенное количество тока, не рассеивая слишком много тепла. По сути, когда вы набираете уровень тока, электронная схема нагрузки будет потреблять только это количество тока, независимо от напряжения. Намного лучше, чем просто вставить несколько силовых резисторов в качестве «пассивной» фиктивной нагрузки!
Как это работает?
В принципе, базовая схема электронной нагрузки постоянного тока содержит операционный усилитель, который управляет силовым МОП-транзистором с резистором считывания тока (иногда называемым нагрузочным резистором).Когда внешнее напряжение, которое должно быть нагружено, подключено к силовому полевому МОП-транзистору, а управляющее напряжение устанавливается многооборотным потенциометром в цепи, операционный усилитель буферизует это и устанавливает напряжение на затворе полевого МОП-транзистора. Это заставляет MOSFET пропускать некоторый ток через сток к истоку. Резистор считывания тока помогает распределять мощность с полевым МОП-транзистором, а также обеспечивает обратную связь с операционным усилителем, чтобы удерживать уровень тока на постоянном уровне.
За сборкой
Мне нужна была переменная нагрузка для тестирования небольших источников питания постоянного тока, и я перепробовал множество реостатов, но они мощные, неуклюжие и очень дорогие.Поэтому я решил создать небольшую переменную нагрузку постоянного тока, которая имитировала бы резистивную нагрузку и которая также работала бы как портативное устройство. После небольшой работы я придумал это поразительно простое аппаратное решение. Вот схема моей простой электронной нагрузки постоянного тока, реализованной с помощью нескольких недорогих и легко доступных компонентов.
Электронная схема нагрузки постоянного тока v1
Одна часть операционного усилителя LM358N (IC2) используется здесь в качестве основного компонента. Многооборотный предустановленный потенциометр 10K (P1) позволяет точно и точно регулировать ток.Я разработал схему для использования полевого МОП-транзистора IRL540N (T1) с логическим уровнем, чтобы мы могли питать схему от напряжения, намного меньшего, чем 9 В. Подойдет любой силовой полевой МОП-транзистор логического уровня с соответствующим номинальным напряжением / током, но я также протестировал конструкцию с другим полевым МОП-транзистором IRLZ44. Поскольку полевой МОП-транзистор работает как резистивный элемент, он рассеивает тепло в зависимости от протекающего через него тока. Чтобы расширить диапазон мощности нагрузки, вам необходимо прикрепить к полевому МОП-транзистору подходящий радиатор. Точно так же резистор 1R (R3) рассеивает довольно мало энергии, здесь также важен правильный радиатор.Конденсатор емкостью 1 мкФ (C4) на полевом МОП-транзисторе очень важен для предотвращения нежелательных колебаний.
Теория проектирования основана на сравнении напряжений инвертирующего и неинвертирующего входов операционного усилителя, сконфигурированного как единичный усилитель. Когда вы устанавливаете напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход, регулируя предварительно установленный потенциометр, операционный усилитель подает определенное напряжение на затвор MOSFET. В зависимости от напряжения затвора полевой МОП-транзистор будет потреблять определенное количество тока до тех пор, пока напряжение на резисторе измерения тока не станет равным напряжению на неинвертирующем выводе.Короче говоря, здесь достигается режим постоянной мощности путем вычисления желаемого заданного тока через измеренное напряжение нагрузки.
Слово совета
Входное напряжение нагрузки ограничено в основном номинальным напряжением сток-исток (Vds) полевого МОП-транзистора, а ток – значением резистора считывания тока. Обратите внимание: при подключении источника к нагрузке вы должны тщательно рассчитывать рассеиваемую мощность, чтобы MOSFET всегда оставался в безопасной рабочей зоне (SOA), в противном случае он будет прожарен во фритюре, как только температура его кристалла превысит запас прочности.
Что касается выбора радиатора для полевого МОП-транзистора, то лучше всего подойдет стандартный TO-220 с тепловым сопротивлением 2,5 ⁰ C / W. Так как типичное тепловое сопротивление перехода MOSFET IRL540 к корпусу составляет 1,0 ⁰ C / Вт, тепловое сопротивление между корпусом и раковиной составляет 0,5 ⁰ C / W, а максимальный диапазон рабочих температур составляет 175 ⁰ C, максимально допустимая рассеиваемая мощность составит 175 ⁰ C – 25 ⁰ C (температура окружающей среды) / 4 ⁰ C / Вт (общее тепловое сопротивление) около 37 Вт.Точно так же попробуйте использовать силовой резистор 1R / 10W-50W в алюминиевой оболочке в качестве резистора считывания тока. По возможности выбирайте силовой резистор получше типа ТО-220 (естественно, с радиатором), так как он удобнее и эффективнее. Кроме того, хорошо подключить цифровой амперметр последовательно (см. A1 и A2 на схеме) к пути нагрузки, чтобы измерить ток, потребляемый от источника.
Компоненты питания нагрузки постоянного тока
Confession
Из-за ограниченных ресурсов я оснастил свой прототип без приличных радиаторов.Я построил схему на макетной плате и предназначался только для временного использования, пока я не сделаю печатную плату, но она действительно хорошо работает. Мой прототип тестировался с блоком питания 5В / 2А. Несомненно, необходимо внести улучшения, и одно, что я сделаю, если сделаю еще одну ревизию этого дизайна, – это добавлю больше функций (возможно, с помощью микроконтроллера) для повышения надежности и безопасности. В любом случае, это забавный маленький проект, которым я хотел поделиться!
Betterment’s
Поскольку в ИС есть два операционных усилителя, вы также можете использовать другой, например, для создания контрольной точки для проверки тока нагрузки.Кроме того, здесь очень важен выбор операционного усилителя, потому что на самом деле востребовано то, что может хорошо справляться с межфазным напряжением и иметь низкое напряжение смещения для точной работы (знаменитый MCP6002 также оказывается хорошим выбором) . Точно так же существует семейство так называемых линейных полевых МОП-транзисторов, специально разработанных для работы в линейной области с расширенной FBSOA (безопасная рабочая зона с прямым смещением). Так что в учебнике они идеально подходят для использования в качестве электронного манекена.Наконец, если вы значительно модифицируете свою схему для поглощения очень больших токов, то лучше заменить резистор считывания тока очень популярным токовым шунтом 50 А / 75 мВ (1,5 мВ / А).
Шунтирующий резистор постоянного тока 50A, 75 мВ
Нагрузка постоянного тока Исправленная идея проекта
Регулируемая электронная нагрузка | Elektor Magazine
Это простая регулируемая электронная нагрузка с использованием LM317 и полевого МОП-транзистора. Регулируется потенциометром.
Принцип этой регулируемой электронной схемы нагрузки довольно прост.Речь идет об управлении сопротивлением (Ron) полевого МОП-транзистора путем установки его напряжения VGS с помощью регулируемого регулятора напряжения.
Я использовал LM317T для подачи переменного напряжения на VGS IRFP240.
Между выводами стока и истока полевого МОП-транзистора последовательно вставлены амперметр и проверяемый источник питания. Также необходимо подключить параллельно к источнику питания вольтметр для измерения падения напряжения в соответствии с подаваемым током, см. Фото.
МОП-транзистор размещается на радиаторе, который может вентилироваться, если проверяемый ток слишком велик.
Регулируемый резистор вставлен последовательно с потенциометром, чтобы установить минимальное напряжение, подаваемое на полевой МОП-транзистор, чтобы он проводил.
Тест начинается с установки потенциометра регулировки напряжения на минимум и его очень постепенного поворота, чтобы дать время полевому МОП-транзистору рассеять индуцированное тепло.
Характеристики блока питания считываются на подключенных амперметре и вольтметре.
Характеристики VDS и ID полевого МОП-транзистора должны быть больше, чем значения напряжения и тока тестируемого источника питания.Чтобы измерить очень большой ток и лучше рассеять тепло, можно подключить несколько полевых МОП-транзисторов параллельно.
Эта схема намеренно проста, но можно заменить потенциометр микроконтроллером, который переключает различные резисторы для динамического тестирования нагрузки.
Фактически, я впервые использовал эту схему таким образом, так как я создал ее в качестве источника тока для моего несимметричного усилителя класса A, на котором я переключаю 3 разных резистора, чтобы настроить усилитель на 5, 10 или 20 Вт макс.Я обычно использую только 5 Вт, и в этот период бережного отношения к окружающей среде стыдно «тратить» всю энергию усилителя класса A мощностью 20 Вт (всего 200 Вт) на использование только 5. Программируемых электронных нагрузок постоянного тока на
| Конвертеры и другое
Программируемые электронные нагрузки постоянного тока
Обзор
Ниже приведен список информации по любым вопросам, которые могут возникнуть у вас при выборе электронной нагрузки.
Реализация электронных нагрузок
Общие сведения о электронных нагрузках постоянного тока
Выбор программируемой электронной нагрузки постоянного тока
Примеры высокой мощности Электронные тестеры нагрузки постоянного тока
Когда вы закончите, прокрутите назад и просмотрите наш инвентарь, чтобы найти электронную нагрузку, которая соответствует вашим потребностям.Мы в Circuit Specialists гарантируем, что мы работаем только с лучшими производителями, чтобы предоставить вам услуги и продукцию высочайшего качества.
Применение электронных нагрузок
Силовые устройства должны быть проверены на предмет их различных состояний работы. Возьмем, к примеру, батарейки. Их необходимо протестировать в течение сотен или тысяч циклов, чтобы определить такие факторы, как качество, долговечность, долговечность, надежность и ожидаемый срок службы.
Электронные нагрузки используются многочисленными производителями в различных отраслях, например:
автомобильные аккумуляторы
Топливные элементы
Двигатели
сотовые телефоны / устройства
солнечные панели
нефтегазовые продукты
– и другие подобные отрасли, где необходимо проверить мощность.
Программируемые электронные нагрузки полезны для определения характеристик и предоставления данных испытаний на разряд для инженеров. Они также особенно полезны для аэрокосмической, коммерческой электроники, обороны и аналогичных систем, где требуются особые режимы работы и требуется тестирование.
Общие сведения об электронных нагрузках постоянного тока
Как упоминалось ранее, программируемые электронные нагрузки могут имитировать нагрузки переменного или постоянного тока. Нагрузки постоянного тока используются при тестировании источников питания постоянного тока, таких как зарядные устройства, преобразователи, топливные элементы, батареи, телекоммуникационные выпрямители и т.п.
Нагрузки
переменного тока, с другой стороны, используются при тестировании однофазных и трехфазных систем переменного тока. К ним относятся такие источники, как силовые инверторы, автоматические предохранители и переключатели, а также системы ИБП. Они также могут тестировать возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи и ветряные мельницы.
В настоящее время на рынке доступны четыре типа электронных нагрузок постоянного тока. Это (1) настольный, (2) слот, (3) системный и (4) модульный. Каждый из них, как можно догадаться, имеет свои особенности и преимущества.
Настольный – наиболее распространенный тип электронной нагрузки «начального уровня». Они недороги и имеют довольно ограниченный диапазон и точность.
Слот – очень похож на настольный тип, только он измеряет один набор переменных.
Система – немного дороже, чем настольный, электронные нагрузки системного типа состоят из одного интегрального переходного процесса. генератор. Они обладают множеством функций и идеально подходят для почти непрерывной работы.
Модульные – эти типы электронных нагрузок предназначены для динамических нагрузок и состоят из шасси компьютера.Они способны тестировать несколько различных источников питания, подключенных параллельно, всего за один проход.
Различные типы электронных нагрузок имеют разные частоты, входное напряжение, мощность и ток. Нагрузки можно подключать параллельно, чтобы получить до 120 кВт мощности и эффективно увеличить их мощность. Многие из них имеют различные конфигурации для работы с различными видами нагрузок, такими как сильноточные нагрузки, высокое напряжение или динамические.
Большинство доступных электронных нагрузок постоянного тока используют либо один транзистор / полевой транзистор, либо массив параллельно соединенных транзисторов / полевых транзисторов (также известных как IGBT), чтобы действовать как переменный резистор.Обычно они устанавливаются на радиатор и охлаждаются вентиляторами или водой.
Другие полезные функции программируемых нагрузок постоянного тока включают их способность имитировать другие типы нагрузки, такие как двигатель постоянного тока. Они также могут иметь очень частые импульсы, имитирующие включение и выключение двигателя постоянного тока. Наконец, можно использовать программируемые нагрузки постоянного тока для получения небольшого количества энергии, чтобы имитировать медленный разряд батареи для некоторой внешней нагрузки.
Прямо сейчас на рынке представлены десятки электронных нагрузок, которые предлагают программируемость и возможность имитировать различные режимы, например:
Постоянное напряжение
постоянный ток
постоянная мощность
постоянное сопротивление
Динамический
короткое замыкание
пик-фактор
коэффициент мощности
Каждый режим может быть запрограммирован на динамическое изменение в зависимости от потребностей, которые должны быть удовлетворены.Это обеспечивает большую гибкость тестирования. Возможны приложения для испытаний большой мощности с программируемыми нагрузками постоянного тока, мощность которых превышает 100 Вт.
Выбор программируемой электронной нагрузки постоянного тока
Использование программируемой электронной нагрузки постоянного тока для тестирования оборудования дает множество преимуществ. Вообще говоря, производители, которые используют такие инструменты для тщательного тестирования своего оборудования перед производством любого вида, увеличивают свое конкурентное преимущество. Более того, правильное тестирование чаще всего дает более точное, точное и надежное оборудование.
Выбрать программируемую электронную нагрузку постоянного тока, которая лучше всего подходит для вашего желаемого применения, довольно просто. Однако огромное количество вариантов, доступных на рынке, может быть немного ошеломляющим, особенно если вы покупаете его впервые. Определенно есть некоторые вещи, которые следует учитывать при выборе наиболее подходящей для вас программируемой нагрузки.
Покупка программируемой нагрузки: моменты для рассмотрения
Какие точки самого низкого и самого высокого напряжения должны считываться программируемой электронной нагрузкой постоянного тока?
Какие измерения необходимы (среднеквадратичные, оцифрованные и т. Д.))?
Какая максимальная текущая рабочая точка может потребоваться электронной нагрузке для считывания?
Будет ли электронная нагрузка проверять один блок за тест или вам нужно будет проверить несколько блоков?
Есть ли у электронной нагрузки постоянного тока разъемы на передней панели (это может иметь решающее значение для уменьшения падения кабеля и повышения точности электронной нагрузки)?
Можно ли быстро перенастроить электронную нагрузку для меняющихся приложений?
После того, как вы определили, какие тесты необходимо провести, вы будете готовы выбрать правильную электронную нагрузку постоянного тока.Ранее мы перечислили различные режимы, которые может эмулировать программируемый электронный режим. Однако существует только четыре основных режима работы электронной нагрузки постоянного тока:
постоянный ток (CC)
постоянное напряжение (CV)
постоянное сопротивление (CR)
постоянная мощность (CP)
постоянный ток (CC) – или управляемый по току – режим, когда источник питания нагрузки в основном действует как источник тока. Ток, протекающий через выходные клеммы, остается постоянным, в то время как выходное напряжение изменяется в зависимости от текущих условий нагрузки.
Режим постоянного сопротивления (CR) позволяет пользователям устанавливать значение сопротивления. Затем нагрузка будет регулировать потребляемый ток обратно, чтобы компенсировать любое изменение испытательного напряжения.
Режим постоянного напряжения (CV) позволяет пользователю устанавливать фиксированное напряжение. Электронная нагрузка потребляет ток, необходимый для поддержания напряжения на заданном уровне.
Режим постоянной мощности (CP) позволяет пользователям устанавливать уровень мощности, необходимый для их теста. Затем нагрузка будет пропорционально регулировать потребляемый ток, чтобы компенсировать любые изменения напряжения.Эти настройки останутся постоянными, если не произойдет событие, которое приведет к срабатыванию одного из режимов защиты.
Хорошо продуманная электронная нагрузка с программируемым постоянным током всегда контролирует ток. Независимо от того, в каком режиме находится нагрузка, она всегда должна контролировать ток. Это позволяет пользователям устанавливать уровень тока, который будет потреблять нагрузка постоянного тока независимо от любых изменений напряжения.
Некоторые программируемые электронные нагрузки постоянного тока, такие как Array 3720A, могут иметь дополнительные рабочие режимы, следующие за четырьмя основными.Например, указанная модель имеет восемь основных тестовых режимов после CC, CR, CV и CP. Это следующие режимы:
CCH – постоянный ток, высокий диапазон
CCL – постоянный ток, низкий диапазон
CV – постоянное напряжение
CRL – постоянное сопротивление, низкий диапазон
CRM – постоянное сопротивление, средний диапазон
CRH – постоянное сопротивление, высокий диапазон
CPV – постоянное напряжение питания
CPC – постоянное напряжение питания
Каждый рабочий режим выполняет определенную функцию во время интенсивных испытаний.Электронные нагрузки постоянного тока обычно включают стандартные функции интерфейса ПК, такие как RS-232 и USB (также может быть предоставлен GPIB). Использование компьютера для управления и записи данных испытаний с помощью электронной нагрузки может помочь вам установить параметры управления нагрузкой постоянного тока, а также записать все события, происходящие в течение периода тестирования.
Примеры мощных электронных нагрузочных тестеров постоянного тока
Хотя ваши собственные потребности будут определять, какую программируемую электронную нагрузку постоянного тока вы должны получить, всегда рекомендуется выбирать высокомощные модели.Помимо вопросов, которые мы перечислили выше, вам также необходимо принять во внимание три (3) важных характеристики программируемой нагрузки: номинальное напряжение, номинальный ток и номинальная мощность.
Номинальная мощность здесь не относится к источнику питания для нагрузки. Каждая электронная нагрузка постоянного тока имеет примерно стандартный источник питания, и этот источник питания определяет максимальное напряжение и ток нагрузки. Вместо этого номинальная мощность здесь фактически относится к произведению номинального напряжения, умноженного на ток.
Эта номинальная мощность поможет вам выбрать программируемую нагрузку постоянного тока, которая может выдерживать максимальное напряжение и ток, которые вам нужны.
Возьмем для примера массив 3755A. Эта мощная программируемая электронная нагрузка постоянного тока разработана для обеспечения высокой производительности и мощных функций тестирования. Его минимальное рабочее напряжение составляет менее 2 В. Его максимальный ток может быть достигнут даже при входном напряжении 0 В. Имеет мощную функцию последовательного тестирования; с минимальным временем шага 50 мс и максимальным временем шага 99999 с.
Array 3755A разработан для обеспечения высокой эффективности и высокой надежности. Он способен работать даже в самых сложных условиях тестирования и оснащен интеллектуальной системой охлаждения, созданной для повышения плотности мощности.
Siglent SDL1020X-E 150V-30A – еще один пример мощной электронной нагрузки постоянного тока, которая настоятельно рекомендуется. Его входной диапазон составляет 150 В, 30 А и 200 Вт. Помимо нескольких полезных функций, таких как режим динамического тестирования до 24 кГц и функция разряда батареи, эта модель обеспечивает стабильность и надежность в широком диапазоне встроенных приложений.Он имеет несколько режимов и специальные конфигурации, которые позволяют удовлетворить все виды требований тестирования.
Эта программируемая электронная нагрузка постоянного тока идеально подходит для тестирования портативных устройств, светодиодного освещения, автомобильной электроники и аэрокосмической промышленности.
И, наконец, ITECH IT8512B-PLUS 500V 15A. Эта электронная нагрузка, входящая в серию ITECH IT8500 +, столь же мощна, как и есть. Эта программируемая нагрузка, разработанная для приложений среднего и высокого уровня, предлагает множество решений в зависимости от требований к конструкции и тестированию.
Обладая такими удобными функциями, как дистанционное управление, динамический режим до 10 кГц и емкость памяти на 100 групп, эта модель с легкостью справляется со строгими статическими и динамическими испытаниями оборудования. Пользователи могут выполнять измерения напряжения в режиме онлайн и всестороннее тестирование источников питания, аккумуляторов постоянного тока, преобразователей постоянного тока, зарядных устройств и других подобных источников.
Вот некоторая дополнительная важная и актуальная информация об электронных нагрузках, которую может быть полезно прочитать:
Приложения электронной нагрузки
Основы электронных нагрузок
Базовая электроника: электронная нагрузка и тестирование батарей
В схемной системе надежность источника питания чрезвычайно важна.Следовательно, нам необходимо оценить характеристики источника питания перед использованием (то есть может ли он поддерживать стабильное питание с течением времени). Чтобы оценить источник питания во всех аспектах, будут использоваться электронные нагрузки. Но что такое электронная нагрузка?
В этом блоге я рассмотрю следующие темы:
Введение в электронную нагрузку
Типы электронных нагрузок: емкостные, индуктивные и резистивные
Режимы работы электронной нагрузки
Электронная нагрузка переменного тока и электронная нагрузка постоянного тока
Введение в электронную нагрузку
Электронной нагрузкой может быть любой компонент в цепи, потребляющий мощность или энергию.Электронные нагрузки часто используются для тестирования источников питания. Существует много типов электронных нагрузок, включая источники питания постоянного тока, батареи и источники питания переменного тока.
Источник питания и нагрузка
В схеме это источник питания, который подает электричество, а энергопотребляющее устройство, подключенное к источнику питания, называется нагрузкой. Для лампы источник питания используется для освещения осветительного прибора, а зажженная лампа – это нагрузка.
Если источник питания не может стабильно подавать питание на нагрузку, система не будет работать должным образом.Поэтому очень важно проверить работоспособность и надежность источника питания.
Определение испытательной нагрузки
Существует много видов нагрузок для источников питания, это могут быть настольные лампы с почти нулевым изменением нагрузки или двигатели с большими изменениями. Для двигателей автомобиля нагрузка относительно велика при подъеме по крутому склону или переноске тяжелых предметов. Повышенная нагрузка означает, что требуется больше мощности. Однако легко определить условия, при которых нагрузка будет сильно меняться в зависимости от назначения двигателя.
Как упоминалось ранее, нагрузка источника питания часто меняется. Выдержит ли источник питания такие изменения нагрузки, станет известно только после оценки. Без нагрузки ток на выходе из блока питания отсутствует, поэтому тестирование бессмысленно.
Для проверки работоспособности источника питания особенно важна электронная нагрузка. Но почему мы используем моделируемые нагрузки вместо фактических?
Зачем использовать моделируемые нагрузки вместо фактических?
Объект, подключенный к источнику питания во время фактической работы, называется фактической нагрузкой.Смоделированная нагрузка соответствует фактической. Для реальных нагрузок изменение условий испытаний очень сложно и неэффективно. Электронная нагрузка используется для повышения эффективности и упрощения работы. Используя моделированную нагрузку, можно относительно просто изменять условия испытаний для удовлетворения различных требований. Следовательно, удобнее использовать электронную нагрузку.
Типы электронных нагрузок: емкостные, индуктивные и резистивные
Емкостная нагрузка
В емкостной нагрузке напряжение и ток не совпадают по фазе, и волна тока опережает волну напряжения.Конденсаторная батарея – это наиболее часто используемая емкостная нагрузка в нашей повседневной жизни. Для емкостной нагрузки нагрузка является чисто реактивной, поэтому она не потребляет среднюю мощность. Ток емкостной цепи приблизительно равен нулю после прохождения пяти постоянных времени фазы зарядки в цепи постоянного тока.
Индуктивная нагрузка
Нагрузки электродвигателей – это индуктивные нагрузки, которые используют магнитные поля для выполнения работы. Как и при емкостной нагрузке, ток и напряжение в индуктивной нагрузке не совпадают по фазе, и нагрузка не поглощает среднюю мощность.Разница в том, что в емкостных нагрузках форма волны тока опережает форму волны напряжения, а в индуктивных нагрузках ток отстает от вектора напряжения.
Активная нагрузка
Активная нагрузка означает, что нагрузка состоит из любого нагревательного элемента. который блокирует поток электрической энергии и преобразует ее в тепловую. К обычным резистивным нагрузкам относятся настольные лампы, духовки, чайники и т. Д. Резистивная нагрузка постоянно поглощает энергию. В резистивной нагрузке напряжение всегда совпадает с фазой тока.
Режимы работы электронной нагрузки
Существует четыре основных режима работы электронных нагрузок, включая постоянное сопротивление (CR), постоянный ток (CC), постоянное напряжение (CV) и постоянную мощность (CP).
Постоянное сопротивление (CR)
В режиме постоянного сопротивления (CR) нагрузка представляет собой чисто резистивную нагрузку, которая потребляет ток, пропорциональный напряжению.
Активная нагрузка может напрямую заменять резисторы в цепи.Этот метод подходит для проверки условий запуска и токоограничивающих характеристик источников напряжения и тока.
Постоянный ток (CC)
В режиме постоянного тока (CC) выходной ток (нагрузка) находится на заданном заданном значении и не зависит от входного напряжения.
Этот метод широко используется при тестировании источников питания, таких как импульсные источники питания, а также при тестировании энергопотребления.
Постоянное напряжение (CV)
В режиме постоянного напряжения (CV) электронная нагрузка потребляет ток, достаточный для поддержания постоянного входного напряжения на стороне источника.
Может использоваться для проверки зарядных устройств, например аккумуляторных батарей.
Постоянная мощность (CP)
В режиме постоянной мощности (CP) ток нагрузки зависит от установленной мощности. В это время произведение тока нагрузки и входного напряжения равно заданному значению, то есть мощность нагрузки остается неизменной.
Этот метод можно использовать для проверки мощности источника питания.
Электронная нагрузка переменного тока и электронная нагрузка постоянного тока
Электронная нагрузка постоянного тока: ZKETECH EBD-A20H
Электронная нагрузка
постоянного тока используется для проверки выходной мощности постоянного тока и батарей.Вы можете получить электронную нагрузку постоянного тока ZKETECH EBD-A20H, которая поддерживает до 30 В / 20 А / 200 Вт от Seeed. ZKETECH EBD-A20H – это электронная нагрузка постоянного тока с несколькими режимами разряда батарей, подходящая для различных тестов емкости батарей и испытаний мощности.
Простое подключение и дисплей подробной информации
Вы не поверите, но желаемый результат можно просто получить с помощью простого подключения.
Не слишком ли сложно для вас записывать каждую точку данных и наносить ее на бумагу? Вам не нужно наносить их на бумагу вручную с ZKETECH EBD-A20H! Специальное программное обеспечение под названием «EB software» используется вместе с этим устройством, чтобы помочь вам! : p
Комбинация точно отображает соответствующую тестовую информацию.Программное обеспечение поддерживает такие функции, как построение кривой, компьютерное управление и может выполнять контрольные калибровочные тесты, автоматическое текущее тестирование и обновления прошивки.
Электронная нагрузка переменного тока: ZKETECH EBC-A10H
Электронная нагрузка переменного тока отличается от электронной нагрузки постоянного тока и используется для проверки мощности переменного тока и генераторов. В течение определенного периода времени направление (полярность) переменного тока изменится, электронная нагрузка постоянного тока неприменима.
В Seeed мы предлагаем электронную нагрузку переменного тока, поддерживающую до 30 В / 10 А / 150 Вт, то есть ZKETECH EBC-A10H.ZKETECH EBC-A10H – это электронная нагрузка, подходящая для различных типов тестирования заряда и разряда аккумуляторов, а также тестирования мощности.
Как и ZKETECH EBD-A20H, вы можете получить следующие графики из программного обеспечения EB при подключении источника питания к ZKETECH EBC-A10H:
Сводка
С помощью электронной нагрузки можно проверить надежность и производительность различных источников питания. Электронная нагрузка постоянного тока используется для проверки выходной мощности постоянного тока и батарей, в то время как электронная нагрузка переменного тока предназначена для питания переменного тока и генераторов.Возьмите один и начните тестировать свои батареи!
У вас есть какие-либо другие базовые знания в области электроники, которые вас интересуют, пожалуйста, дайте нам знать в разделе комментариев ниже!
Следите за нами и ставьте лайки:
Продолжить чтение
IRJET – Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте
IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических и научных дисциплин для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 4, Апрель 2021 г. Публикация продолжается…
Обзор статей
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 Публикация продолжается…
Обзор статей
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 Публикация продолжается…
Обзор статей
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 Публикация продолжается…
Обзор статей
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 Публикация продолжается…
Обзор статей
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 Публикация продолжается…
Обзор статей
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 Публикация продолжается…
Обзор статей
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 Публикация продолжается…
Обзор статей
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.
Как работают электронные нагрузки
Электронные нагрузки используются в различных тестах, включая тесты источников питания и тесты батарей. Вы можете запрограммировать их так, чтобы они обеспечивали именно ту нагрузку, которая необходима для тестируемого устройства.
Один из наиболее распространенных способов использования электронной нагрузки – это режим постоянного тока (CC). В этом режиме электронная нагрузка потребляет постоянный ток от тестируемого устройства (DUT) независимо от выходного напряжения. На рисунке ниже показана упрощенная схема электронной нагрузки, чтобы проиллюстрировать, как работает режим CC.
Ток от тестируемого устройства протекает как через силовой полевой транзистор, так и через токовый шунтирующий резистор. Напряжение на шунтирующем резисторе сравнивается с опорным напряжением, и разница между ними используется для управления сопротивлением сток-исток, RDS, силового полевого транзистора.Если ток нагрузки выше, чем желаемый постоянный ток, схема будет регулировать напряжение затвора полевого транзистора, чтобы увеличить RDS и, таким образом, уменьшить ток нагрузки. Если ток нагрузки ниже желаемого постоянного тока, схема отрегулирует напряжение затвора, чтобы уменьшить RDS, и ток нагрузки увеличится.
В реальной электронной нагрузке VREF обеспечивается цифро-аналоговым преобразователем (DAC). Пользователь устанавливает выходное напряжение ЦАП, чтобы обеспечить желаемый постоянный уровень тока. Спецификация точности CC во многом определяется точностью цифро-аналогового преобразователя, используемого в этой схеме.
Режим постоянного напряжения
Большинство электронных нагрузок также поддерживают режим постоянного напряжения (CV). В этом режиме электронная нагрузка будет поддерживать постоянное напряжение на тестируемом устройстве. Этот режим можно использовать для проверки цепи зарядки аккумулятора. На рисунке ниже показана упрощенная схема электронной нагрузки, работающей в режиме постоянного напряжения.
В режиме CV сигнал обратной связи генерируется прецизионным делителем напряжения. Этот сигнал снова сравнивается с опорным напряжением, и выходной сигнал компаратора используется для увеличения или уменьшения RDS силового полевого транзистора.Это в основном изменяет входной импеданс электронной нагрузки, позволяя ей поддерживать постоянное напряжение на входных клеммах, независимо от того, какой ток она пропускает.
Как и в режиме CC, VREF обычно выдается цифро-аналоговым преобразователем. Изменение его выхода изменит значение CV.
Современные электронные нагрузки также предлагают режимы постоянного сопротивления (CR) и постоянной мощности (CP). Схемы, используемые для реализации этих режимов, обычно представляют собой некоторые вариации схем, используемых для режимов CC и CV.Для получения дополнительной информации о том, как работают электронные нагрузки и как их использовать в вашем приложении, свяжитесь с AMETEK Programmable Power. Вы можете отправить электронное письмо по адресу [email protected] или по телефону 800-733-5427.
Эквивалент нагрузки – журнал DIYODE
Мы покажем вам, как легко создать собственный фиктивный груз и как использовать его в некоторых распространенных приложениях для любителей.
Цепь под нагрузкой очень по-разному реагирует на ненагруженную цепь. Лучший способ проверить правильность работы схемы – это проверить ее, пока она находится в ожидаемом диапазоне нагрузок.Для чисто резистивных цепей с минимальными колебаниями напряжения это можно легко сделать, поместив резистор подходящего номинала на потенциал напряжения.
Однако что, если у вас есть динамическая нагрузка или напряжение питания, которое меняется со временем, например, аккумулятор? Для этих динамических ситуаций нет замены фиктивной нагрузки постоянного тока.
Это, конечно, не единственное применение для моделирования нагрузки постоянного тока. Например, в выпуске 20 мы использовали нагрузку с постоянным током для проверки выходного сигнала нашего зарядного устройства для мобильных телефонов, работающего от огня.Использование нагрузки постоянного тока во время тестирования устройства позволило нам снять показания напряжения устройства при нагрузке постоянного тока для расчета выходной мощности.
Вы также можете использовать постоянную токовую нагрузку, например, для проверки емкости аккумуляторных элементов и даже тепловой мощности транзисторов, регуляторов и полевых МОП-транзисторов.
Электронные нагрузки бывают самых разных размеров и стилей, как это видно из нашей коллекции ниже. Все они имеют очень похожий дизайн; все они используют комбинацию нагрузочных резисторов / токовых шунтов для определения тока, полевого МОП-транзистора для управления током и способа отвода тепла от полевого МОП-транзистора, поскольку он рассеивает мощность.Конечно, у них также есть возможность выбрать желаемый ток.
Наш дизайн с постоянной текущей нагрузкой – это итерация очень популярного дизайна, который вы можете найти в Интернете, возможно, он был разработан или популярен Дэйвом Джонсом из EEVblog. Наша конструкция построена с использованием легко доступных компонентов, и мы увеличили входное напряжение с 5 В до 9 В, что позволит нам полностью заполнить затвор полевого МОП-транзистора для повышения производительности. Этот дополнительный запас позволяет на выходе операционного усилителя достигать 5 В, необходимых для управления полевым МОП-транзистором.Это приводит к гораздо более высокому току, превышающему 3 А, при условии, что вы можете сохранять полевой МОП-транзистор достаточно холодным.
Схема, по сути, немного больше, чем операционный усилитель в конфигурации компаратора напряжения, подключенный к полевому МОП-транзистору и шунтирующему резистору. Вход операционного усилителя подключен к потенциометру, который выдает эталонное значение. Операционный усилитель сделает все возможное, чтобы на обоих входах было одинаковое напряжение. Следовательно, когда неинвертирующий вывод операционного усилителя (присоединенный к потенциометру) больше, чем напряжение на инвертирующем выводе (присоединенном к шунтирующему резистору 1 Ом), операционный усилитель будет пытаться исправить эту разницу, увеличивая напряжение на выходе.Это, в свою очередь, насыщает затвор полевого МОП-транзистора, что позволяет току течь от стока полевого МОП-транзистора к источнику.
Этот ток затем увеличивает напряжение инвертирующего входа. Если это напряжение больше, чем опорное напряжение от потенциометра ОУ будет отсечной напряжение на затвор полевого МОП-транзистора, который будет также остановить ток, протекающий в шунтирующий резистор.
Этот пониженный ток снизит напряжение, воспринимаемое инвертирующим входом, и процесс будет повторяться.Это приводит к высокочастотному переключению, которое вы видите здесь.
Примечание. Мы видим, что операционный усилитель имеет определенную задержку, прежде чем он сможет обнаружить дифференциальное напряжение на своих входных контактах, в результате чего будет получен сигнал выше. Этот снимок был сделан при рассеивании тока 1 А от источника питания 12 В. то есть 12Вт.
Несмотря на то, что это не идеальная система из-за неэффективности как полевого МОП-транзистора, так и операционного усилителя, это, безусловно, очень эффективное и недорогое решение, которое любой любитель мог бы сделать, используя детали, которые они спасли или купили за небольшие изменения у предпочитаемого дистрибьютора. . RP8516 1 × LM7809 Регулятор напряжения ZV1509 1 × 1N4004 Диод * ZR1004 1 × IRF540FET 905 905 905 905 905 905 905 M 905 IRFOS582 N-Channel Резисторы 4 Вт * RR0596 Резистор 1 × 1 Ом 10 Вт * RR3340 Электролитический конденсатор 1 × 10 мкФ RE6070 Керамические конденсаторы 2 × 10053
R2227 905 905 905 905 Регулятор напряжения 905 1 резистор *
Операционный усилитель 1 × LM358 Z2540
Линейный потенциометр 1 × 10 КБ ^ R2225
1 × 50 КБ Линейный потенциометр ^
1 × 1N4004 диод * Z0109
1 × IRF540N N-канальный полевой МОП-транзистор Z1537
3 × 10 кОм 1/485 резисторы *
R705 R0411
1 электролитический конденсатор 10 мкФ R5065
2 керамических конденсатора 100 нФ R2865
* Указано количество, возможна продажа упаковками.Мы нашли потенциометры 16 мм, более подходящие для прототипирования.
Эту схему довольно просто построить. Следуйте диаграмме Фритзинга, которую мы показываем здесь, и убедитесь, что вы вставляете диод и электролитический конденсатор с правильной полярностью. Если вы намереваетесь испытать макетный прототип на сильном токе, используйте более толстые и короткие соединения, чтобы улучшить текущие возможности обработки. С учетом сказанного, вам все равно нужно будет поддерживать потребляемую мощность на этом устройстве ниже 3 Вт или около того, потому что компоненты могут перегреваться без надлежащего охлаждения, а сама макетная плата не предназначена для работы с высокими токами слишком долго, не вызывая повреждений.
Мы обнаружили, что потенциометры 9 мм было трудно использовать в макетной плате, потому что у них короткие и тонкие ножки. Если у вас под рукой 16-миллиметровые потенциометры, используйте их для надежного подключения. Однако 9-миллиметровый потенциометр подходит для финальной сборки.
Примечание. Вы можете заметить, что потенциометры на схеме Фритцинга подключены иначе, чем на принципиальной схеме. Потенциометр будет нормально работать в любой ориентации.Однако направление движения другое.
Для тестирования прототипа мы подключили наш стенд питания Powertech MP3084 к цепи, установленной на 12 В с ограничением тока 3 А. Затем мы устанавливаем потенциометры на макетной плате, чтобы определить максимально возможное рассеивание мощности, которое мы измерили на настольном мультиметре Unit-T UT804.
В этой схеме наша схема могла рассеивать только около 15 Вт, потребляя максимальный ток 1,25 А при 12 В. Мы подозреваем, что это было в значительной степени результатом всего дополнительного сопротивления со стороны соединений на макетной плате и тонких проводов. RP8516 1 × LM7809 Регулятор напряжения ZV1509 1 × 1N4004 Диод * ZR1004 1 × IRF540FET 905 905 905 905 905 905 905 M 905 IRFOS582 N-Channel Резисторы 4 Вт * RR0596 Резистор 1 × 1 Ом 10 Вт * RR3340 Электролитический конденсатор 1 × 10 мкФ RE6070F 2 × 100n Кулисный переключатель SK0984 1 тумблерный переключатель Mini SPDT ST0300 1 гнездо типа «черный банан» PS0408 1 шт. R2227 M R2227 Регулятор напряжения 1 × 1N4004 Диод * Z0109 1 × IRF540N МОП-транзистор с N каналом Z1537 3 × 10 кОм 1/485 Резисторы * 1 1 / 4Вт Резистор R705 * R705 R0411 Электролитический конденсатор 1 × 10 мкФ R5065 Керамические конденсаторы 2 × 100 нФ R2865 1 × SPST 905 82 Тумблер 905 905 Переключатель мини
82 S1310 1 розетка под черный банан P9262 1 розетка под красный банан 9058 2 P9261 1 × 2.Разъем постоянного тока 1 мм P0622 1 × 5 мм красный светодиод * Z0800 1 × зажим для монтажа на панели светодиода * h2553 1 × 12 В 40 мм охлаждающий вентилятор
82 905 1 шт. Штанга с наружным штифтом P5430 1 шт. С внутренней резьбой P5390 2 шт. Ручки потенциометра для костюма H6109 1 × TO582 905 905 905
TO582
ДОПОЛНИТЕЛЬНО:
1 × LM7805 регулятор напряжения (для целей тестирования) ZV1509
1 × черный банановый штекер PP0391
1 × красный банановый штекер PP885 905 905 905 PP0790
USB-штекер –
1 × LM7805 регулятор напряжения (для целей тестирования) Z0509
1 × черный банановый штекер P9282
1 × красный банановый штекер P9281
P9281
* Указано количество, продается только упаковками.Плата предназначена для потенциометров 16 мм. Можно использовать потенциометры 9 мм, но их необходимо подключить к печатной плате.
Примечание. Наша сборка была создана с использованием компонентов, полученных от Jaycar. В корпусе может потребоваться некоторая модификация, если вы приобретете компоненты у альтернативного поставщика.
Печатная плата была разработана в новой версии Eagle 9.3.0 с использованием стандартных библиотек. Это однослойная конструкция, поэтому ее можно легко фрезеровать на станке для печатных плат или протравить методом переноса тонера.Мы разместим плату Eagle Board и файлы схем на веб-сайте для всех, кто хочет создать свою собственную печатную плату.
Плата предназначена для размещения всех компонентов, включая потенциометры. Если вы встраиваете его в корпус, потенциометры и светодиоды не будут припаиваться непосредственно к печатной плате, а должны подключаться через провода, которые можно припаять к контактным площадкам. В нашей сборке использовалась печатная плата, фрезерованная на нашем фрезерном станке для настольных ПК Bantam.
Создать устройство довольно просто.Используйте изображение наложения, показанное здесь, чтобы помочь вам установить и припаять компоненты к печатной плате. Однако будьте осторожны, так как отсутствие паяльной маски может затруднить пайку некоторых компонентов. Для всех подключений проводов, за исключением потенциометров и входа от тестируемого источника питания, мы использовали штекерные и розеточные штыревые разъемы, чтобы упростить их размещение. Светодиод разместили на передней панели, а проводка была продолжена от печатной платы.
Мы разработали корпус, чтобы вы могли распечатать его сами.Файлы доступны в разделе ресурсов нашего сайта. Вы можете рассмотреть другие варианты корпуса, если у вас нет доступа к 3D-принтеру, например, большой ящик Jiffy, если вы обеспечите ему достаточную вентиляцию.
КОРПУС
Мы напечатали корпус с использованием белой нити Flashforge на Flashforge Creator Pro на высоте слоя 200 микрон. Он был напечатан двумя частями, которые располагались на рабочей поверхности. При этих настройках для печати каждой стороны потребуется около 5 часов.
ПЕРЕДНЯЯ ПАНЕЛЬ
Мы напечатали переднюю панель на высоте слоя 200 микрон, используя белую и черную нить Flashforge. Двухцветная передняя панель была напечатана с использованием одного экструдера. Чтобы получить двойной цвет, мы просто встроили надпись в панель толщиной 3 мм на определенную глубину 0,5 мм. Затем мы устанавливаем принтер на печать от 0 мм до 2,5 мм белым цветом. Это произвело основу панели, как показано здесь.
Это было просто – напечатать верхнюю часть после указания слайсеру начать печать с 2.5 мм и заменив нить на черную.
Изображение панели, показанное выше, было первой попыткой использования передней панели. Он пострадал от деформации, которую вы можете увидеть в правом верхнем углу панели. Пытаясь скрыть это искажение, мы попытались использовать черную краску, чтобы скрыть видимый белый цвет, выступающий через черную поверхность. Это, конечно, было неэффективно, и нам не оставалось ничего другого, кроме как перепечатать. Мы настоятельно рекомендуем вам использовать плот или край на нижней половине, чтобы уменьшить коробление.
ФУТОВ
Мы выбрали ТПУ / резину, потому что использовали вентилятор, который постоянно работал. Резиновые ножки должны помочь снизить уровень шума и вибрации, передаваемых на стол или скамейку. Если вас не так беспокоит шум, то достаточно обычного PLA. Мы напечатали ножки на 200 микрон, используя TPU / резиновую нить с очень низкой скоростью 25 мм / с. Низкая скорость означает, что печать одной ноги занимает около 25 минут.
Для сборки проекта сначала необходимо прикрепить светодиод, потенциометры, переключатели и банановые гнезда к передней панели.Затем прикрепите разъем постоянного тока и вентилятор к заднему корпусу с помощью 3-миллиметровых болтов и гаек.
Используя проводку толстого сечения (например, 22AWG), подключите отрицательный (черный) банановый разъем к одной стороне 2-контактного разъема «мама». Он подключается к контакту заземления на печатной плате, который помечен на плате как PSU_IN. Другой вывод – положительный вход от нагрузки. Подключите его к положительному (красному) банановому разъему с помощью тумблера. Этот переключатель позволит нам быстро снимать или прикладывать нагрузку с цепи, что может быть очень полезно для анализа перерегулирования, как мы покажем позже.
Для подключения светодиода с лицевой панели к плате мы сделали короткий вывод с двумя 2-контактными штепсельными разъемами. Мы подрезали ножки светодиода и использовали термоусадочную пленку для более аккуратного внешнего вида. Обратите внимание, что вы подключаете светодиод к плате, соблюдая полярность.
Мы использовали радужный кабель для подключения потенциометров от передней панели к печатной плате. Припаяйте провода непосредственно к печатной плате, обращая внимание на то, что первый контакт потенциометра точной настройки (10K) не используется.
Подключите отрицательный контакт разъема постоянного тока к одной стороне 2-контактного разъема.Другая сторона этого разъема должна быть подключена к выключателю питания.
Положительное соединение гнезда постоянного тока будет подключено к оставшемуся контакту переключателя. Этот переключатель позволит нам отключить питание самого устройства.
После этого подключите разъем «мама» к печатной плате в разъеме «INPUT», убедившись, что полярность правильная.
Припаяйте провода вентилятора к 2-контактному гнездовому разъему. Это подключается к заголовку на печатной плате.
На фотографии, показанной здесь, вы заметите, что мы использовали термоусадку для соединений и кабельных стяжек, чтобы провода не касались радиатора или вентилятора.
Наши тесты не только проверит схему, но и дадут вам представление о том, как можно использовать нагрузку.
Три наиболее распространенных варианта использования нашей USB-нагрузки:
Проверить емкость аккумуляторной батареи и батареи
Испытание тепловых характеристик компонента под нагрузкой
Проверить характеристики источника питания под нагрузкой
Перво-наперво, давайте посмотрим, как устройство работает и какие нагрузки оно может рассеивать.
Чтобы определить диапазон действия устройства, первое, что нам нужно сделать, это определить минимальное разрешение устройства. То есть, какую наименьшую нагрузку может смоделировать устройство.
Для этого нам просто нужно подключить нагрузку постоянного тока к источнику питания и набрать наименьшее возможное значение нагрузки. Для нашего устройства это оказалось 1,125 мА, однако при таких очень малых токах сложно набрать конкретный ток.
Для проверки максимальной выходной мощности нагрузки мы использовали лабораторный источник питания Powertech MP3084, установленный на 12 В с ограничением тока 3 А.Мы устанавливаем мощность рассеивания 250 мА, что соответствует нагрузке 3 Вт.
Мы контролировали температуру радиатора с помощью мультиметра Digitech QM1571 и сделали запись через 10 минут. После этого увеличиваем ток и повторяем до достижения отметки 3A / 36W. Этот тест позволяет нам определить, насколько нагревается полевой МОП-транзистор при рассеивании более высоких нагрузок, и, следовательно, дает нам представление о максимальной производительности.
В то время как нагрузка, кажется, справляется с рассеянием 36 Вт, повышение температуры на этом уровне рассеивания меньше оптимального.
В техническом описании IRF540N указано, что полевой МОП-транзистор имеет рабочую температуру до 175 ° C, как показано здесь.
Однако эта температура будет относиться к температуре внутреннего PN-перехода, которую мы не можем измерить, и, вероятно, будет намного выше, чем внешняя температура, которую мы измеряем.
Это также будет относиться к абсолютному максимуму температуры перед отказом, а не к устойчивой долгосрочной температуре.
Для увеличения срока службы устройства рекомендуется поддерживать повышение температуры на уровне менее 80 ° C выше температуры окружающей среды.Если вы хотите более регулярно рассеивать более высокие нагрузки, рассмотрите возможность использования радиатора большего размера или других методов охлаждения.
Однако это устройство в его нынешнем виде прекрасно подходит для длительного использования с нагрузкой менее 20 Вт.
Теперь у нас есть базовый уровень того, на что нагрузка способна рассеивать, давайте продемонстрируем ее использование для выполнения множества различных задач, которые мы часто выполняем.
Нашей электронной фиктивной нагрузкой номер один использовался для проверки емкости аккумуляторных батарей USB.Хотя на большинстве батарейных блоков указана заявленная емкость, мы обнаружили, что это очень редко соответствует реальному использованию. Поэтому мы часто проверяем емкость нашего аккумуляторного блока в реальных условиях.
Чтобы сделать это с помощью нашей электронной нагрузки, вам нужно подключить несколько банановых вилок и проводов к штекерному разъему USB. Это позволит вам легко прикрепить аккумуляторную батарею USB к нагрузке. Когда вы закончите, он должен выглядеть примерно так:
Примечание. Для уменьшения сопротивления используйте более толстую проводку.Нам нужна нагрузка, а не проводка, чтобы рассеивать мощность. Если вы чувствуете, что ваша проводка нагревается под нагрузкой, используйте провод более толстого или лучшего качества.
Затем мы хотим измерить ток и напряжение. Для этого можно использовать мультиметр, но с USB-тестером эта задача значительно упрощается. Он одновременно измеряет напряжение и ток и даже рассчитывает для вас мАч. Мы используем USB-тестер Uni-T UT658.
Подключите полностью заряженный внешний аккумулятор и USB-тестер аналогично тому, как вы видите нашу настройку здесь.Затем вам нужно набрать желаемый ток, используя текущий дисплей на мультиметре или USB-тестере. Нагрузка будет обеспечивать постоянный сток выбранного вами диапазона в батарею, пока не будет достигнуто напряжение отключения банка и батарея не отключится.
Если вы просто используете USB-тестер, все, что вам нужно сделать, это отключить тестер и вставить его в USB-разъем, чтобы определить максимальную емкость, которую они записывают.
Однако, если вы используете гораздо более точный подход мультиметра, вам необходимо регистрировать напряжение каждые несколько минут.Используя результаты, вы можете построить график и рассчитать мощность и емкость аккумулятора. В нашем тесте емкость аккумулятора составила 1404 мАч, что близко к заявленной емкости 1500 мАч.
Другое использование этого устройства – проверка емкости ваших батарей. Допустим, у вас есть свинцово-кислотная батарея на 12 В, которую вы хотите использовать для проекта, но не знаете, какова ее фактическая емкость. Это идеальное устройство, потому что независимо от того, на что изменяется входное напряжение, устройство по-прежнему будет поддерживать постоянный ток, потребляемый батареей.
Следовательно, если, скажем, мы набираем 500 мА, потребляемую полностью заряженной батареей 12 В, напряжение батареи начнется примерно с 13,8 В (без нагрузки) и будет считаться «разряженным» примерно на уровне 10,9 В.
Поскольку ток постоянный, все, что нам нужно сделать, это контролировать и записывать напряжение во времени. Для этого просто подключите полностью заряженный аккумулятор к устройству с помощью мультиметра последовательно, чтобы измерить ток. Наберите желаемый ток, в нашем случае 500 мА.
Затем мы подключаем нагрузку к батарее с помощью мультиметра параллельно, чтобы измерить напряжение.Затем нам нужно записывать показания напряжения каждые 15 минут. Чтобы получить приблизительное представление о том, сколько времени должно хватить на батарею, мы можем использовать следующую формулу.
Время разряда = номинал Ач / ток
Поскольку наша свинцово-кислотная батарея имеет рейтинг 1,3 Ач, мы можем ожидать, что время тестирования составит около:
1,3 / 0,5 = 2,6 часа
Это означает, что если мы записываем напряжение каждые 15 минут в течение двух с половиной часов, мы должны фиксировать полный диапазон заряда аккумулятора от полностью заряженного до полностью разряженного.Мы можем отобразить эти данные в виде легко читаемого графика и, следовательно, легко рассчитать фактическую емкость аккумулятора.
Хотя это не очень хороший график из-за слишком малого количества точек данных, он показывает, что емкость аккумулятора намного меньше, чем мы рассчитали:
(ток × время) = (0,500 × 60 минут) = ~ 500 мАч
Изначально это не имело смысла, пока мы не вспомнили, что промышленным стандартом для свинцово-кислотных аккумуляторов является разрядка и зарядка на основе 20-часового периода.
потребление = емкость / часы = 1,3 / 20 = 0,065 А (65 мА)
Следовательно, номинал 1,3 Ач существует только при потребляемом токе 65 мА. Что показано в таблице данных здесь.
Таким образом, каким бы разочаровывающим ни был тест, мы смогли доказать, что аккумулятор будет иметь емкость около 500 мАч при использовании вместе с нагрузкой 500 мА. Этот тест можно легко провести на различных уровнях, и с его помощью вы можете воспроизвести и проверить утверждения, сделанные в таблицах данных.Например, после проведения этого эксперимента я смог убедиться, что моя батарея не работает в соответствии со спецификациями. Открыв аккумулятор, я узнал, что в одной из ячеек был низкий уровень электролита.
Еще одно возможное использование этого устройства – проверка производительности источника питания в определенных ситуациях. Например, предположим, что у вас есть требование к определенному напряжению, которое требует использования линейного регулятора напряжения. Мы можем использовать это устройство для тестирования схемы в реальном приложении.
Предположим, у вас есть блок питания на 12 В и вам нужно понизить напряжение до 5 В с помощью регулятора напряжения. Эта схема регулятора должна быть помещена в корпус. Вы можете использовать эту фиктивную нагрузку для моделирования нагрузки в цепи источника питания при различных условиях нагрузки, для отслеживания температурной кривой в зависимости от нагрузки.
Чтобы продемонстрировать это, мы будем использовать линейный стабилизатор напряжения 7805, чтобы снизить напряжение с 12 В до 5 В и увеличить нагрузку с 50 до 400 мА.Мы запишем температуру регулятора через 20 минут на каждом уровне нагрузки.
Этот тест можно использовать, чтобы определить, нуждается ли ваша схема в дополнительном охлаждении, или требуется ли модификация корпуса для улучшения рассеивания тепла и т. Д.
Этот эксперимент позволяет нам проанализировать повышение температуры линейного регулятора напряжения 7805 по мере увеличения требований по току в цепи. В то время как мы проводили этот эксперимент на открытом воздухе, в прошлом мы использовали тот же процесс для анализа повышения температуры в закрытых помещениях.Это помогает при проектировании источников питания для проектов, которые должны быть полностью закрыты, чтобы защитить их от элементов и т. Д. Стоит отметить, что в замкнутом пространстве температура не является линейной. Небольшое увеличение тока может привести к значительному повышению температуры, когда тепло внутри корпуса невозможно отвести.
С учетом сказанного, это довольно ясно показывает, что эта марка 7805 на открытом воздухе, без каких-либо радиаторов, становится нестабильной при токах, превышающих 240 мА.
Еще одно интересное применение электронной нагрузки – это тестирование и сравнение характеристик источников питания. Мы часто используем нагрузку, чтобы убедиться, что источник питания способен поддерживать заявленные характеристики приобретенного устройства, а также для определения характеристик источника питания, который мы спроектировали и построили.
Допустим, у нас есть зарядное устройство USB для телефона, рассчитанное на постоянный ток зарядки 1 А. Мы можем использовать нашу нагрузку с постоянным током, чтобы убедиться, что устройство способно выдавать заявленный ток, и мы можем использовать осциллограф для отслеживания пульсаций напряжения на этой нагрузке.
Затем мы можем использовать это для сравнения с другими расходными материалами с таким же номиналом. Возьмем, к примеру, следующий эксперимент. Здесь мы сравниваем зарядное устройство USB от Huawei с фирменным зарядным устройством Apple с аналогичными характеристиками.
Оба были в состоянии обеспечить заявленный зарядный ток 1А, и оба показали допустимые колебания нагрузки.
ОВЕРШУТ
Оба источника питания реагировали почти одинаково, когда к ним была быстро приложена нагрузка 1 А с помощью переключателя нагрузки.Оба очень кратковременно превышают выходное напряжение 5 В, а сигнал Apple звучит немного короче.
ШУМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
В этой ситуации обе поставки были на одном уровне. Зарядное устройство Apple немного впереди из-за немного меньшей пульсации и немного большей скорости переключения.
Результаты этого теста нас очень удивили. Эти два устройства были выбраны, поскольку мы сочли, что разница в качестве равна разнице в стоимости.В действительности оба устройства вели себя почти одинаково. Оба смогли легко обеспечить свой номинальный ток, и ни у одного из них не было никаких серьезных проблем с пульсациями, шумом или выбросами.
Есть много способов улучшить функциональность этой электронной нагрузки постоянного тока, включая способ отображения тока на устройстве. Аналоговый измеритель, такой как MU45 от Jaycar, подойдет. Это поможет избежать необходимости сначала подключать устройство с мультиметром последовательно, чтобы набрать желаемый ток.
Вы можете добавить ЖК-дисплей для отображения напряжения и тока, а также для расчета мощности / емкости тестируемого устройства. Это можно сделать с помощью коммутационной платы датчика тока Adafruit INA219 и стандартной комбинации ЖК-дисплея и микроконтроллера. Однако это также означает, что стоимость значительно возрастает.
Это также было бы простым обновлением, добавив к вентилятору контроль температуры. Это позволило бы устройству работать бесшумно, если оно не работало под большими нагрузками. Это можно легко сделать с помощью другого операционного усилителя, термистора NTC и транзистора.Что-то похожее на приведенную ниже настройку должно работать нормально. Обратите внимание, что потенциометр можно использовать для установки порогового значения, при котором включается вентилятор.
.

Операционный усилитель 1 × LM358	Z2540
Линейный потенциометр 1 × 10 КБ ^	R2225
1 × 50 КБ Линейный потенциометр ^
1 × 1N4004 диод *	Z0109
1 × IRF540N N-канальный полевой МОП-транзистор	Z1537
3 × 10 кОм 1/485 резисторы *
R705	R0411
1 электролитический конденсатор 10 мкФ	R5065
2 керамических конденсатора 100 нФ	R2865

1 × LM7805 регулятор напряжения (для целей тестирования)	ZV1509
1 × черный банановый штекер	PP0391
1 × красный банановый штекер	PP885 905 905 905 PP0790

1 × LM7805 регулятор напряжения (для целей тестирования)	Z0509
1 × черный банановый штекер	P9282
1 × красный банановый штекер	P9281
P9281