Электронная нагрузка

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

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

Обозначение контактов:
Международное: C — коллектор, B — база, E — эмиттер.

————————————————————

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.

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.

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.

 Электронный предохранитель

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

Источник: http://gete.ru/

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.

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

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.

Этот же набор на Алиэкспресс — ссылка

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

Схема регулируемой электронной нагрузки на операционном усилителе с ООС, вольтметром и амперметром.

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 эмиттер-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 электрической схемы 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 база-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.

Регулируемая электронная нагрузка для проверки блока питания. Схема

Эта простая схема электронной нагрузки может быть использована для тестирования различных видов блоков питания. Система ведет себя как резистивная нагрузка с возможностью регулирования.

С помощью потенциометра мы можем зафиксировать любую нагрузку от 10мА до 20А, и такое значение будет поддерживаться независимо от падения напряжения. Величина тока непрерывно отображается на встроенном амперметре — поэтому нет необходимости для этой цели использовать сторонний мультиметр.

Схема регулируемой электронной нагрузки

Схема настолько проста, что практически любой желающий может собрать ее, и думаю, она будет незаменима в мастерской каждого радиолюбителя.

Операционный усилитель LM358 делает так, чтобы падение напряжения на R5 было равно значению напряжения заданного с помощью потенциометров R1 и R2. Потенциометр R2 предназначен для грубой подстройки, а R1 для точной.

Резистор R5 и транзистор VT3 (при необходимости и VT4) необходимо подобрать соответствующими максимальной мощности, которой мы хотим нагрузить наш блок питания.

Подбор транзистора

В принципе подойдет любой N-канальный MOSFET транзистор. От его характеристики будет зависеть рабочее напряжение нашей электронной нагрузки. Параметры, которые должны заинтересовать нас — большой I_k (ток коллектора) и P_tot (рассеиваемая мощность). Ток коллектора — это максимальный ток, который может пустить через себя транзистор, а рассеиваемая мощность — это мощность, которую транзистор может отвести в виде тепла.

В нашем случае транзистор IRF3205 теоретически выдерживает ток до 110А, однако его максимальная мощность рассеивания около 200 Вт. Как нетрудно подсчитать, максимальный ток 20А мы можем задать при напряжении до 10В.

Для того чтобы улучшить эти параметры, в данном случае используем два транзистора, что позволит рассеивать 400 Вт. Плюс ко всему нам будет нужен мощный радиатор с принудительным охлаждением, если мы действительно собираемся выжать максимум.

Hantek 2000 — осциллограф 3 в 1

Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц….

Транзисторы BC327 и BC337 — повторители для MOSFET транзисторов, предназначены для обеспечения быстрой перезарядки затвора. Конденсатор С1 предназначен для подавления возбуждений (при тестировании импульсных БП).

Подбор резистора

При нагрузке 20А, резистор R5 должен иметь мощность 40 Вт и хорошо охлажден (20 A * 0,1 Ом = 2 В; 2 В * 20 A = 40 Вт). Лучше использовать резистор в металлическом корпусе с возможностью установки на радиатор. Можно также соединить параллельно несколько резисторов так, чтобы получить соответствующую мощность и сопротивление.

Напряжение питания схемы – нестабилизированное 15В, хотя оно зависит от параметра Vgs (напряжение затвора) нашего транзистора, при котором он полностью откроется. Как правило, не нужно больше 10В. Поскольку при более высоком напряжении стабилизатора DA1 должен быть оснащен радиатором.

Можно использовать транзисторы (VT3 и VT4)  с логическим уровнем управления, то есть такой, который управляется напряжением TTL. Тогда напряжение питания в 7В будет достаточно. На этом заканчивается описание основной части электронной нагрузки.

При желании в схему можно добавить амперметр, но это не обязательно. Тем не менее, дополнив схему амперметром мы освободим свой мультиметр, который будет необходим для настройки. Измерительный блок выполнен на популярной микросхеме ICL7107 и четырех 7-сегментных светодиодных индикаторов по классической схеме.

Настройка

Перед использованием нужно откалибровать показания нашего амперметра. Для этого подключаем электронную нагрузку к блоку питания и в разрыв цепи включаем мультиметр (диапазон 10А). После прогрева схемы, потенциометром R9 устанавливаем такое же показание, как на мультиметре.

Другие области применения устройства

Регулируемая электронная нагрузка подойдет не только для тестирования блоков питания. Устройство также может быть использовано для тестирования батарей, аккумуляторов. С помощью его удобно измерять и рассчитывать емкость за счет стабилизации тока, который всегда будет поддерживаться на заданном уровне.

Источник

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!

Архив

Простая электронная нагрузка для начинающих

Простая электронная нагрузка для начинающих

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.

Файлы:
Схема и плата в формате OrCAD 9
Рисунок дорожек для ЛУТ

Все вопросы в Форум.

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)

R_ti — 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

R_nd = 10 кОм — резистор, определяющий диапазон задания тока

R_kd = 10 кОм — резистор, определяющий начальный диапазон задания тока

R_gn = 2 кОм — резистор, с помощью которого выставляется ток в пределах заданного диапазона

R_tn = 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=U_п*(R_gn+R_tn)/(R_nd+R_kd+R_tn+R_gn), где U_п — напряжение питания, U₁ — напряжение на неинвертирующем входе ОУ

U₂=I_н*R_ti, где I_н — ток нагрузки, U₂ — падение напряжения на токоизмерительном резисторе (и, соответственно, напряжение на инвертирующем входе ОУ)

Из условия равенства напряжений на входах ОУ, имеем:

U_п*(R_gn+R_tn)/(R_dn+R_kd+R_tn+R_gn)=I_н*R_ti, отсюда находим:

Iн=Uп*(R_gn+R_tn) / ((R_dn+R_kd+R_tn+R_gn)*R_ti)

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 R_nd, 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 P_R, то максимальный ток через него не должен превышать значения, определяемого выражением: I²_макс=P_R/R_ti. Для указанных номиналов: I²_макс=(3/0,22), I_макс=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)

Универсальный инструмент для тестирования источников питания

постоянного тока: что это такое и как они используются?

Электронная нагрузка — это тип прибора, который прикладывает напряжение и потребляет ток. Эти электронные нагрузки переменного или постоянного тока, также известные как программируемая нагрузка постоянного тока, используются производителями источников питания, батареями, солнечными батареями, ветром или другими производителями, которые хотят тщательно протестировать свои источники питания. Производители этих продуктов должны динамически тестировать свои расходные материалы, быстро увеличивая и уменьшая нагрузку с постоянной повторяемостью, чтобы продемонстрировать соответствие стандартам качества и безопасности.Программируемые электронные нагрузки делают этот тип тестирования намного проще, чем конфигурирование резисторов или резистивных элементов для каждого теста. Устройства необходимо тестировать на предмет их различных состояний работы. Батареи также часто необходимо испытывать в течение сотен или тысяч циклов, чтобы гарантировать долговечность и определить ожидаемый срок службы. Электронные нагрузки используются производителями автомобильных аккумуляторов, производителями топливных элементов, производителями двигателей, производителями сотовых телефонов, производителями солнечных панелей, нефтегазовой отраслью и в других отраслях, где необходимо проверять мощность, и они полезны для определения характеристик и проведения испытаний на разряд. данные для инженеров.Электронные системы нагрузки также полезны для аэрокосмической, коммерческой электроники, обороны и коммунальных служб, где требуются особые режимы работы и их нужно тестировать.

Рис. 1. Программируемая нагрузка постоянного тока ITECH, изображенная выше, предлагает возможности высокого напряжения и возможности удаленного программирования. Купить все испытательное оборудование ITECH.

Большинство доступных электронных нагрузок постоянного тока используют транзисторы / полевые транзисторы или массив параллельно соединенных транзисторов / полевых транзисторов или IGBT в качестве переменного резистора.Обычно они устанавливаются на радиатор и охлаждаются вентиляторами. Электронная нагрузка, показанная выше на изображении, и другие, доступные от специалистов по схемам, предлагают возможность программирования и режимы постоянной мощности, постоянного тока и постоянного напряжения для большей гибкости тестирования. Они также могут управляться удаленно через RS232 и экспортировать данные для регистрации. Специалисты по схемам предлагают программируемые электронные нагрузки постоянного тока от 100 Вт до кВт для мощных испытательных приложений.

постоянного тока могут использоваться для моделирования другого типа нагрузки, например, двигателя постоянного тока.Они могут иметь очень частые импульсы, имитирующие включение и выключение двигателя постоянного тока или другой нагрузки постоянного тока. Их также можно использовать для получения небольшого количества энергии, чтобы имитировать медленный разряд батареи от некоторой внешней нагрузки.

Производители, которые используют электронную нагрузку для тестирования своего оборудования перед производством, будут иметь конкурентное преимущество и будут производить оборудование, которое будет более точным и надежным.

Ознакомьтесь с нашим предложением программируемых электронных нагрузок постоянного тока здесь.

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 будет потреблять 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. 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.

IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте

IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических дисциплин для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET, выпуск 8 10 октября 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 менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 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 менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 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 менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 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 менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 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 менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 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 менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 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 менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 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 менеджмента качества.

Базовая электроника: электронная нагрузка и тестирование батарей

В схемной системе надежность источника питания чрезвычайно важна. Следовательно, нам необходимо оценить производительность блока питания перед использованием (т.е. сможет ли он поддерживать стабильное энергоснабжение 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: емкостная, индуктивная и резистивная
• Рабочие режимы 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

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 характеристик мощности.

Как и ZKETECH EBD-A20H, вы можете получить следующие графики из программного обеспечения EB при подключении источника питания к ZKETECH EBC-A10H:

Резюме

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 проверять 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

Что такое электронная нагрузка? — Sunpower UK

Что такое электронная нагрузка?

Электронное устройство, предназначенное для обеспечения нагрузки на выходы источника питания, обычно способное к динамической нагрузке и часто программируемое или управляемое компьютером.

Реальные нагрузки сложны и отличаются от чисто резистивных, индуктивных или емкостных. Электронная нагрузка имитирует реальную нагрузку, которую источник питания видит в реальном приложении, но в отличие от реальной нагрузки, которая может быть непредсказуемой и случайной по величине, электронная нагрузка обеспечивает организованную, ограниченную и полностью управляемую нагрузку.

Электронные нагрузки помогают разработчикам тестировать электронные силовые изделия и обеспечивать качество, надежность и производительность.

Электронные нагрузки доступны для тестирования источников переменного и постоянного тока.Большинство электронных нагрузок могут имитировать различные режимы, включая динамический режим, режим постоянной мощности, постоянное напряжение, постоянный ток, постоянное сопротивление, коэффициент мощности, пик-фактор или режимы короткого замыкания. Нагрузки могут быть запрограммированы на динамическое изменение режима для имитации изменяющихся условий нагрузки.

Тип электронных нагрузок

Существует четыре распространенных типа электронных нагрузок:

• Настольный: это недорогие электронные нагрузки начального уровня, но их диапазон и точность ограничены.
Слот
• : измерение одного набора переменных, аналогично настольному
. Система
• : для почти непрерывного режима работы, состоит из встроенного генератора переходных процессов, обладает множеством функций и стоит дороже.
• Modular: они состоят из шасси компьютера и предназначены для динамических нагрузок. Они различаются в зависимости от количества нагрузок на шасси. Модульные нагрузки способны тестировать несколько различных источников питания, подключенных параллельно, всего за один проход. (т.е. компьютерный блок питания с несколькими выходами)

Электронные нагрузки различаются по входному напряжению, току, мощности и частоте.Они доступны в различных конфигурациях для обслуживания практически любой нагрузки, будь то большой ток, высокое напряжение или высокая мощность, динамическая или любой тип нагрузки. Для увеличения мощности нагрузки подключаются параллельно, чтобы получить мощность до 120 кВт. Если требуется дополнительное охлаждение, используется принудительное воздушное или водяное охлаждение.

Электронные нагрузки могут включать аналоговый дисплей, интерфейс ПК, такой как USB, RS 232 или GPIB. Они используются для записи данных испытаний и управления параметрами нагрузки постоянного тока.

Семь общих типов измерений включают:

• Напряжение
• Текущий
• Максимальный ток
• Частота
• Крест-фактор
• Коэффициент мощности
• Истинная мощность

Выбор электронной нагрузки основан на желаемом применении и проводимых испытаниях, некоторые из рассматриваемых факторов включают:

• Точки самого высокого и самого низкого напряжения, которые должна считывать электронная нагрузка
• Необходимый вид измерений
• Наибольшая текущая рабочая точка
• Будет ли тестирование проводиться на одном устройстве за тест или на нескольких модулях одновременно
• Является ли нагрузка динамической и легко настраиваемой для адаптации к изменяющимся приложениям

Электронные нагрузки имеют различные применения, включая проверку конструкции, тестирование источников питания и преобразователей, модуляцию тока, предохранитель вольтметра, устройства для поиска и устранения неисправностей при ремонте и т. Д.

Нагрузки
• постоянного тока используются для тестирования источников питания постоянного тока, топливных элементов, аккумуляторов, зарядных устройств, преобразователей, телекоммуникационных выпрямителей и т. Д.
Нагрузки переменного тока
• используются для тестирования однофазных и трехфазных систем переменного тока, таких как силовые инверторы, системы ИБП, автоматические предохранители и переключатели; и от возобновляемых источников энергии, таких как солнечные батареи и ветряные мельницы.

Создание загрузочного бокса Homebrew

Недавно я отправил прототип схемы для тестирования в сертификационной лаборатории.Через несколько дней я позвонил, чтобы узнать, как идут дела, и обнаружил, что тестирование откладывается. У них не было электронной нагрузки для проведения испытаний. Хотя электронные нагрузки (мы называем их «загрузочными коробками») являются обычным явлением в любой лаборатории, я не собирался рисковать, отдавая дорогое испытательное оборудование внешней лаборатории, и не хотел платить за сертификацию. лабораторию, чтобы арендовать обычное оборудование.

Коммерческим электронным нагрузкам часто не хватает ключевых функций, поэтому в наших лабораториях имеется множество «самодельных» грузовых ящиков.Я решил доработать созданный мною и отправить его в сертификационную лабораторию. Вот основные характеристики:

• Фиксированная нагрузка с постоянным током 3 А (потребляется от положительного источника питания)
• Блокировка пониженного напряжения (UVLO) установлена ​​на 6,7 В
• Автономное питание (не требует батарей или переключателя)

Схема показана ниже. Пропускные устройства Q3 и Q4 несут нагрузку 3А. Операционный усилитель U1b регулирует привод затвора для поддержания постоянного напряжения (3 В) на пакетах резисторов (R8 и R9 усредняют результат).Учитывая, что напряжение на пакетах резисторов постоянно, ток, потребляемый Q3 и Q4, также постоянен, в данном случае около 3,2 А. Пакеты резисторов служат второй цели: они балластируют ток в Q3 и Q4, чтобы помочь им разделить поровну.

Рисунок 1: Схема силовой коробки 3A

Операционный усилитель LT1635 также содержит буфер опорного напряжения 200 мВ (U1a), который усиливается до 3 В. Я уменьшил выходной ток до 3 А, добавив 2 МОм к R6. Если вы хотите сделать полностью регулируемую нагрузочную коробку, добавьте между U1a и U1b потенциометр с логическим конусом 1 МОм или 10-витковый потенциометр 100 кОм.

R12 и R13 (10 Ом) абсолютно необходимы для предотвращения паразитных высокочастотных колебаний в полевых МОП-транзисторах. Они расположены на самих полевых МОП-транзисторах, прикрепленных непосредственно к выводам затвора. R10 и R11 (10 кОм) изолируют выход U1b от высокой емкости затвора полевых МОП-транзисторов и от длинных проводов, которые у меня есть между схемой операционного усилителя и моими радиаторами.

Этот грузовой бокс представляет собой устройство с двумя выводами и банановыми гнездами для + и -; нет ничего, что могло бы предотвратить обратное соединение, которое может привести к короткому замыканию внешнего тестируемого устройства.Для защиты от этого я добавил D3, D4 и D5.

Q1 и Q2 образуют простую схему UVLO. UVLO рекомендуется по двум причинам. Во-первых, у всех нас был опыт работы с грузовой коробкой, которая без напряжения заводится и полностью запускает свои проходные устройства. Затем, когда, наконец, подано питание, силовая коробка действует как короткое замыкание в течение нескольких сотен миллисекунд, пока контур пытается исправить свою ошибку. Более сложные блоки нагрузки включают схему UVLO для отключения контура, когда входное напряжение падает ниже определенной точки.Во-вторых, поскольку эта схема имеет автономное питание, доступный привод затвора не лучше, чем входное напряжение, и не всегда возможно протекать 3А при входном напряжении менее 7В. Я установил порог UVLO на 7,2 В, чтобы сразу устранить как проблему с замыканием контура, так и непредсказуемое снижение выходного тока при низких входных напряжениях.

Надо ли мне упоминать, что 12 В × 3 А = 36 Вт, и что 36 Вт, сконцентрированные в двух небольших корпусах полевых МОП-транзисторов, вызывают сильное повышение температуры? Полевые МОП-транзисторы должны быть собраны на радиаторах.Мои радиаторы были слишком малы для 36 Вт (помните, что этот блок нагрузки был изменен), поэтому для постоянного использования в калибровочной лаборатории я направил на них вентилятор для маффинов. Если вы не хотите производить какие-либо вычисления или добавлять вентиляторы, поищите радиатор с ребрами размером примерно 2 × 6 дюймов. Расположите ребра вертикально, чтобы способствовать конвекционным токам, и не закрывайте их бумагами и другим испытательным оборудованием. Не все тепло рассеивается Q3 и Q4; D4 и D5 вместе рассеивают ~ 3 Вт, R14-21 рассеивают всего 8 Вт.Таким образом, в действительности Q3 и Q4 рассеивают около 25 Вт при входном напряжении 12 В.

Самодельное руководство по электронной нагрузке Arduino

В этом уроке я покажу вам, как я создал самодельную электронную нагрузку с Arduino, ЖК-дисплеем, поворотным энкодером для меню и силовым MSOFET для управления нагрузкой. У него также хорошая система охлаждения, поэтому он может выдерживать высокие нагрузки. Посмотрите, как сделать схему, корпус, все подключить, посмотрите код, который я использовал, и какие модули и сделайте тот же проект.Надеюсь, тебе понравится. Если это руководство вам поможет, подумайте о поддержке моей работы.

Часть 1 — Что нам нужно?

Это вся электроника, которая нам понадобится для этого проекта. У вас также есть список некоторых других необходимых нам деталей, таких как фанера, кулер, крышки вентиляторов, напечатанные на 3DF, и винты. Электроника проста в использовании. Все модули используют связь i2c. В качестве теплоотвода я использовал кулер для ПК, он отлично работает. Вам понадобится тонкий провод для соединений 5 В, но толстый провод для полевого МОП-транзистора и линий питания.

  const множитель с плавающей запятой = 0,0001827; // Множитель, используемый для "текущего" чтения между ADC0 и ADC1 ADS1115
////////////////////////////////////////////////// ////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////
const float multiplier_A2 = 0,0020645; // Умножитель напряжения, считываемый с делителя 10K / 100K
  

 
   если (ошибка> (mW_setpoint * 0.8))
    {
      if (mW_setpoint> power_read) {
        dac_value = dac_value + 300;
      }

      if (mW_setpoint  (mW_setpoint * 0.6))
    {
      if (mW_setpoint> power_read) {
        dac_value = dac_value + 170;
      }

      if (mW_setpoint  (mW_setpoint * 0.4))
    {
      if (mW_setpoint> power_read) {
        dac_value = dac_value + 120;
      }

      if (mW_setpoint