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.
Электронная нагрузка своими руками
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
Токовая электронная нагрузка | Поделки своими руками для автолюбителей
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
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
——————————————————————————————-
cxema.org — Токовая электронная нагрузка
Расскажу о полезном для радиолюбителей устройстве – о токовой электронной нагрузке с возможностью измерения емкости аккумуляторов. Зачем нужен этот прибор?
Все сталкивались с ситуацией, когда надо выяснить параметры какого-нибудь источника питания, например, лабораторного БП, драйвера светодиодов или зарядноо устройства. Ведь практика показывает, что производители не всегда указывают верные параметры. Конечно, есть самый простой вариант — нагрузить резистором, рассчитанным по закону Ома, и измерить ток с помощью мультиметра. Но для каждого случая надо делать свои расчеты и не всегда можно найти мощный резистор нужного номинала, они довольно дороги. Целесообразнее использовать электронную или активную нагрузку, позволяющую нагрузить любой БП или аккумулятор, и регулировать ток нагрузки обычным потенциометром.
А за счет включения в схему многофункционального цифрового ваттметра, показывающего емкость, этот нагрузочный стенд может разрядить аккумулятор и показать его реальную мощность. Кстати, в отличие от IMAX 6 наша система может разряжать аккумуляторы с током до 40А. Это удобно для автомобильных аккумуляторов.
Схема построена на сдвоенном операционном усилителе (ОУ) LM358, хотя задействован только 1 элемент.
Датчиком тока является мощный резистор R12, желательно на 40Вт, хотя я поставил на 20Вт. Можно соединить параллельно несколько резисторов для получения нужной мощности так, чтобы итоговое сопротивление было равно 0.1 Ом. R10 и R11 (0.22 Ом/ 10Вт) — токовыравнивающие элементы для силовых ключей.У меня реально стоят параллельно 2 х 0.47 Ом / 5Вт для каждого транзистора.
ОУ управляет двумя составными транзисторами КТ827, установленными на отдельные радиаторы. Транзисторы оптимальны для этой схемы, хотя и довольно дорогие.
Принцип работы.
При подключении тестируемого устройства образуется падение напряжения на мощном токовом резисторе R12, соответственно меняется напряжение на входах ОУ, следовательно, и на его выходе. В итоге, сигнал поступающий на транзисторы зависит от падения напряжения на шунте. Изменится ток протекающий по транзисторам.
Потенциометром изменяем напряжение на неинвертирующем входе ОУ и также как описано выше изменяется ток через по транзисторы. Данные транзисторы позволяют работать с токами до 40А, но требуют хорошего охлаждения, т.к. они работают в линейном режиме. Поэтому, кроме массивных радиаторов я поставил вентилятор, с регулировкой оборотов, который можно включить отдельной кнопкой. Схема регулятора оборотов собрана на небольшой плате.
Теоретически максимальное входное напряжение может быть до 100В – транзисторы выдержат, но китайский ваттметр рассчитан только до 60В.
Кнопка S1 изменяет чувствительность ОУ, т.е. переключает на малые токи для точного измерения тестируемых маломощных источников.
Важные особенности данной схемы:
- наличие обратной связи для обоих транзисторов,
- возможность изменения чувствительности ОУ.
- грубая и тонкая регулировка тока (R5 и R6).
Трансформатор в схеме питает только ОУ и блок индикаторов, подойдет любой с током от 400мА и напряжением 15-20В, все равно напряжение потом стабилизируется до 12В линейным стабилизатором 7812. Его нет необходимости ставить на радиатор.
Собрал все в корпус от лабораторного БП PS 1502 за пару дней, с учетом разработки и травления платы.
Минусом этой схемы является отсутствие защиты от переполюсовки питания, но ее можно доработать. Также в дальнейшем добавлю токовую защиту, а пока стоит только предохранитель. При желании увеличить общий ток можно добавить еще пару транзисторов КТ827.
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.
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.
Импульсная электронная нагрузка. Настройка блоков питания.
1 627
Импульсная электронная нагрузка
для настройки блоков питания постоянного тока.
Бурыкин Валерий.
Эта электронная нагрузка предназначена для наладки блоков питания постоянного тока, к которым предъявляются высокие требования по качеству выходного напряжения и тока.
Удобство управления обеспечивает быструю и комфортную работу при настройке сложных, многоканальных источников питания. Такая нагрузка обладает компактностью и универсальностью.
***
Тому, кто изготавливает или ремонтирует источники питания, требуется в итоге проверить их на работоспособность, т.е. нагрузить на полную мощность, покачать ток нагрузки, покачать напряжение питания у нагруженного источника. Посмотреть, как это влияет на выходное напряжение, на величину пульсаций на выходе источника, настроить порог срабатывания защиты по току. Да и просто подключить источник к нагрузке и погонять его в течении длительного времени.
В Интернете предлагается много схем различных вариантов нагрузок, при этом каждый автор хвалит свою схему. Но как реально оценить качество этих схем? Каковы их достоинства и недостатки? Что выбрать?
В этой статье я хочу дать ответы на эти вопросы.
А заодно предложить и свой вариант, испытанный на практике.
Любые электронные устройства требуют подключения к ним источников питания.
Некоторые обходятся простыми батарейками, но большинство требует подключения электронного блока питания, который сам в свою очередь подключается либо к электросети, либо к мощной батарее, либо… Да что перечислять! Разнообразие различных источников электроэнергии очень велико, как мобильных, так и стационарных.
Но изготовить блок питания недостаточно, необходимо его настроить и проверить на работоспособность в различных режимах. Одна из таких проверок — это проверка работы блока на нагрузку.
Как правило, при этом проверяются:
— Работа блока при изменении тока нагрузки от I=0 до Imax.
— Включение блока под нагрузкой (бывает, не включаются именно под нагрузкой).
— Влияние изменения тока нагрузки на величину пульсаций.
— Влияние изменения тока нагрузки на нестабильность выходного напряжения.
— Настройка схемы защиты от перегруза.
— Проверка на КЗ (короткое замыкание)
— Проверка на отсутствие паразитной генерации при качании тока нагрузки и напряжения питания самого блока. Так как электронные источники питания охвачены внутренними обратными связями то одна из этих связей и может стать причиной генерации при определённых условиях.
— И т.д. и т.п.
Поэтому для отладки изготовленного (либо ремонтного) блока просто необходима регулируемая нагрузка. И желательно чтобы одна нагрузка могла обеспечить работу с широким диапазоном разнообразных источников питания.
Конечно, если Вы изготавливаете источник для питания приёмника чтобы слушать шансон, то на всё это можно наплевать.
Но если от работы Вашего источника зависят жизни людей… То сами понимаете.
В этой статье я постараюсь рассмотреть плюсы и минусы различных вариантов нагрузок, предлагаемых различными источниками информации (а не напряжения).
Как правило стенд для отладки AC-DC блока питания собирается по схеме представленной на рис. 1.
Рис. 1
Р1 — амперметр.
Р2 — вольтметр.
Р3 — осциллограф.
Сразу оговорюсь, речь пойдёт о нагрузках с большой мощностью рассеивания.
И мне не хочется, чтобы у кого-то возникло мнение, что раз нагрузка импульсная то это что-то очень маленькое.
Габариты нагрузки, а вернее радиатора, на котором закреплены тепловыделяющие элементы нагрузки, напрямую связаны с мощностью испытуемого источника. Вся энергия, которую вы потребляете от источника, превратится в тепло.
Для примера: плоский комнатный масляный радиатор 500Вт. Его габариты примерно 500х600мм. Излучающая поверхность 50х60х2 = 6000кв.см. Почти такая же площадь должна быть у радиатора нагрузки, к которой подключен испытуемый источник питания мощностью 500Вт. Правда, радиатор делают не плоским, а ребристым, благодаря этому габариты его будут значительно меньше. Но всё равно довольно большие.
Вся прелесть импульсной нагрузки — это компактность и удобство управления. Органами управления являются слаботочные потенциометры и переключатели. Также она позволяет испытывать широкий спектр источников питания. Минимальная мощность практически любая, максимальная ограничена применяемыми компонентами.
Теперь рассмотрим различные варианты нагрузок.
Первый вариант нагрузки (рис.2).
Рис. 2
Как видите это просто набор переменных сопротивлений.
Достоинства.
— Не требует внешнего источника питания.
— Не создаёт собственных пульсаций.
— Простота изготовления.
Недостатки.
1. Неправильность регулировки.
Правильная регулировка — это когда ток регулируется от нуля до некоторой максимальной величины.
В данном случае ток регулируется от некоторого минимума Imin = Uист/R, это когда ползунок в верхнем положении, до бесконечности, это если ползунок сдвинуть в ноль, т.е. вниз. Слава богу, бесконечности вам достигнуть не удастся, но блок спалить можете.
2. Непостоянство допустимой мощности рассеивания.
Для подобных нагрузок обычно берут проволочные переменные резисторы типа ППБ от 16 до 50 Вт.
Но то, что на корпусе написано 50Вт несколько обманчиво, она обеспечивается только при верхнем положении ползунка. При смещении ползунка вниз допустимая мощность падает. В среднем положении примерно в 2 раза и составит 25Вт. В четверти от нижнего положения примерно в 4 раза, и т.д.
3. Для обеспечения большого диапазона регулировки по току необходимо в наборе иметь переменные резисторы различных номиналов.
4. Громоздкость конструкции.
Нагрузка всю подводимую мощность преобразует в тепло, а для его отвода резисторы нужно удалить друг от друга.
5. Нет универсальности.
Если производится большое разнообразие источников с различными выходными напряжениями и различными токами, то почти для каждого из них потребуется своя нагрузка. А если источники вдобавок и многоканальные, и каждый канал по своим характеристикам значительно отличается от соседнего (что в жизни на самом деле и наблюдается), а включать все каналы нужно одновременно, то для каждого многоканального источника потребуется своя многоканальная нагрузка.
В общем Вы будете заставлены разнообразными металлическими ящиками с наборами мощных проволочных резисторов.
По поводу внешнего питания.
Если будете отлаживать источник мощностью более 200Вт и Вам не захочется ставить слишком много резисторов и увеличивать габариты ящика, то для отвода избытка тепла Вы будете вынуждены поставить вентилятор, а следовательно, подвести внешнее питание.
По своему опыту могу сказать, что работа с такими нагрузками удовольствие ниже среднего.
Второй вариант нагрузки (рис.3).
Рис. 3
Роль нагрузочного резистора выполняет мощный транзистор структуры MOSFET.
Достоинства.
— Не создаёт собственных пульсаций.
— Простота изготовления.
Хоть и требуется источник питания, но это может быть маленькая батарейка 12В, Вам её надолго хватит, так что не буду это записывать в недостатки.
Недостатки.
1. Нелинейная регулировка.
Ток стока и напряжение на затворе связаны логарифмической кривой, пример на рис. 4.
Рис. 4
2. Вся подводимая мощность выделяется на кристалле несчастного транзистора. Это резко ограничивает допустимый максимальный ток и требует хорошего теплоотвода.
3. Нестабильность.
В связи с сильным нагревом кристалла плывут характеристики транзистора. Это приведёт к тому, что потребуется постоянная подстройка переменного резистора входящего в схему.
И вообще нехорошо так издеваться над хорошими транзисторами.
Эту схему можно использовать для настройки маломощных блоков питания.
Третий вариант нагрузки рис. 5.
Рис. 5
Состав.
— Генератор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Ширина импульса регулируется переменным резистором.
— Мощный транзистор структуры MOSFET, исполняет роль управляемого ключа (а также и нагрузки, чего автор видимо не учёл).
— Фильтр. Его назначение сгладить импульсы тока, генерируемые ключом на входе нагрузки.
Мысль автора состояла видимо в том, что раз транзистор работает в ключевом режиме, значит, греться он не будет. Ну ладно об этом потом.
Достоинства.
…Знаете, достоинств как-то не наблюдаю.
Недостатки.
1. Требует внешний источник питания для работы генератора.
2. Необходимо бороться с пульсациями.
3. Куда в данной схеме девается подводимая мощность трудно сказать. Нет понятно — закон сохранения энергии никто не отменял. Энергия из ниоткуда не берётся и в никуда не исчезает.
Откуда здесь берётся энергия понятно, из испытуемого источника. А вот куда же она девается?
В схеме есть два элемента, в которых подводимая электрическая энергия может преобразовываться в тепло. Это последовательно включенные транзистор и фильтр. При этом совершенно наплевать в каком режиме работает транзистор ключевом или не ключевом. У потреблённой энергии должен быть какой-то выход.
Фильтр обычно строится по схеме показанной на рис. 6.
Рис. 6
Значит тепло должно выделиться либо на транзисторе, либо на обмотках дросселей, либо как-то распределиться между ними.
Ну допустим транзистор поставим на радиатор. А что делать с дросселем? Допустим, мы подключаем источник 200Вт. Если хотя бы четверть выделится на дросселе, он просто сгорит. Но и для транзистора 150Вт не хилая мощность. Нужно будет включать параллельно несколько штук и крепить на большом радиаторе. На вскидку даже могу сказать размеры радиатора.
Радиатор должен быть изготовлен из алюминиевой пластины толщиной 50мм с размерами 220х180мм. Рёбра должны быть нарезаны толщиной 4мм с шагом 10мм, толщина подошвы 10мм. Несколько параллельно включенных транзисторов должны быть равномерно распределены по радиатору.
В общем этой схеме присущи ещё и все недостатки второй схемы, включая нестабильность. Да ещё и сложность изготовления.
Не надо этого делать!
Начиная с третьего варианта, пошла речь об импульсных нагрузках. Самый главный их недостаток пульсации на входных клеммах нагрузки. От некоторых источников питания РЭА требуют пульсации на выходе не более 10мВ при токе нагрузки до 20А. Так как выход испытуемого источника подключен ко входу нагрузки то пульсации, создаваемые нагрузкой, должны быть не более 5мВ чтобы не вносить большой погрешности в измерениях (см. рис. 1).
Далее будут рассмотрены работоспособные схемы импульсных электронных нагрузок.
Четвёртый вариант нагрузки рис. 7.
Рис. 7
Как видите он похож на третий вариант, отличие в добавленном резисторе Rн. Этот резистор и является той отдушиной, через которую потреблённая энергия, преобразованная в тепло, выбрасывается наружу.
Транзистор выполняет исключительно роль ключа и поэтому его нагрев незначителен.
Разберём подробнее принцип работы этой схемы.
Генератор с ШИМ (широтно импульсной модуляцией) вырабатывает импульсы длительность (широта) которых зависит от положения движка переменного резистора. Частота (F) появления импульсов стабильна, следовательно и период (Т) возникновения импульсов также стабилен.
Двигая ползунок резистора R, изменяем длительность импульсов (t), а следовательно, и коэффициент заполнения.
Коэффициент заполнения (D) определяет какую долю от периода Т составляет длительность t.
D = t / T,
Здесь D может изменяться от 0 до 1.
Нас в основном будет интересовать именно коэффициент заполнения.
При коэффициенте заполнения равном 0 импульсы на выходе генератора отсутствуют, на затворе транзистора низкий уровень и транзистор закрыт. Iист. = 0.
При коэффициенте заполнения равном 1 (t = T), т.е. на затворе высокий уровень и транзистор полностью открыт, Iист=Imax.
Эта схема хороша по двум причинам:
— ток, протекающий через нагрузку (т.е. Iист.) прямо пропорционален коэффициенту заполнения D так как зависимость I от D линейная;
— правильное управление — ток изменяется от 0 до некоторого максимума (Imax = Uист. / Rн).
На рис. 8 представлены графики, поясняющие работу схемы. Здесь I(Rн) это ток который протекает через нагрузочные резисторы в те моменты когда транзистор находится в открытом состоянии.
Рис. 8
На участке 1: коэффициент заполнения D=0,2, ток от источника составляет 20% от Imax.
На участке 2: D=0,5, ток от источника составляет 50% от Imax.
Участок 3: D=0,8, ток 80% от Imax.
Участок 4: D=1.0, транзистор полностью открыт, ток равен Imax.
На верхнем графике мы видим импульсы тока через Rн.
На нижнем импульсы интегрированы фильтром, поэтому мы видим прямую линию, которая соответствует средней величине тока в импульсах.
Что важно для этой схемы?
1. Частота (F).
Желательно иметь как можно большую частоту. Чем больше частота, тем проще её фильтровать. Но есть предел, определяемый характеристиками транзистора. На практике поднимать частоту выше 80кГц не стоит. Начинает разогреваться транзистор.
2. Необходим безындукционный резистор (проволочные резисторы не годятся). Резистор должен быть большой мощности с креплением на радиатор.
Таким условиям удовлетворяют резисторы MPP930 и MPP9100 на 30 и 100Вт.
Для получения нужного сопротивления их можно соединять последовательно и параллельно при этом все резисторы должны быть одного номинала. Схема соединения должна быть полностью симметричной (рис.9), иначе резисторы будут нерационально использованы по мощности.
Допустимая рассеиваемая мощность при этом увеличивается кратно количеству резисторов.
Рис. 9
В общем эта схема хороша и её можно использовать на практике.
Но в моих глазах (я человек придирчивый) есть два недостатка.
1. Хочется иметь большую частоту т.к. чем больше частота, тем легче фильтровать пульсации, помните, я писал в описании третьего варианта о требованиях, которые предъявляются к качественным источникам питания.
2. Амплитуда импульсов в нагрузке (перед фильтром) равна Imax. Как бы её понизить, сделать меньше величины максимального тока. Тогда пульсации на входе нагрузки ещё уменьшатся.
В итоге родилась следующая схема.
Пятый вариант нагрузки рис. 10.
Рис. 10
В отличии от четвёртого варианта эта нагрузка разбита на две части включенных параллельно.
На затвор VT1 импульсы поступают непосредственно с генератора, а на затвор VT2 со сдвигом на 0,5*Т, т.е. на половину периода.
Что из этого получается можно увидеть на графике рис.11.
Здесь каждый транзистор в отдельности работает так же, как и в предыдущей схеме, те же 80кГц. Но включаются они поочерёдно, благодаря этому Iсум. пульсирует с удвоенной частотой, т.е. 160кГц.
Максимума ток в этой схеме достигает тогда, когда открыты оба транзистора, тогда резисторы включены параллельно.
Imax = Uист. / (Rн/2)
Ток протекающий через каждый резистор отдельно равен:
IRн = Uист. / Rн = 0,5* Imax
До тех пор, пока коэффициент заполнения менее 0,5, на графике участок 1, импульсы не смыкаются и по уровню достигают только половины Imax.
Когда коэффициент заполнения достигает 0,5 происходит смыкание импульсов и Iсум. становится равным 0,5*Imax, участок 2.
На этом участке Iсум. превращается в прямую линию.
Рис. 11
При дальнейшем увеличении коэффициента заполнения импульсы IRн начинают перекрывать друг друга, резисторы Rн1 и Rн2 в эти моменты включаются параллельно и Iсум достигает Imax, участок 3.
Iсум. = Uист. / (Rн/2) = Imax
При этом, однако и не опускаются ниже 0,5* Imax, то есть амплитуда импульсов также равна 0,5*Imax
Когда коэффициент заполнения достигает 1, оба транзистора открываются, участок 4, через Rн1 и Rн2 протекает постоянный ток и Iвых. ист. достигает максимума, т.е.:
Iвых. ист. = Imax
Таким образом я убил двух зайцев:
— не увеличивая рабочей частоты транзисторов, в два раза увеличил рабочую частоту всей нагрузки;
— в два раза снизил амплитуду пульсаций тока в нагрузке.
Такая нагрузка имеет ещё одно достоинство.
Максимально допустимая мощность зависит только от допустимой мощности применённых резисторов и не зависит от угла поворота управляющего потенциометра.
Функциональная схема нагрузки, воплощённой в жизни показана на рис.12.
В состав схемы входят:
— Генератор треугольного напряжения (ГТН).
— Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) управляемый потенциометром.
— Ячейки нагрузок А1, А2, А3.
— Фильтр.
Встроенный источник питания я не делал. Питаю от лабораторного источника питания.
Схема отличается от приведённой на рис. 10 только тем, что там была одна ячейка нагрузок, здесь их три. Это нужно для расширения динамического диапазона и диапазона применения.
Рис. 12
Переключателем выбирается та ячейка, с которой Вы желаете работать в данный момент.
Ячейки отличаются только номиналами резисторов.
Допустим в первой 0,5Ом, во второй — 5,0Ом, в третьей — 50Ом.
То с каким выходным напряжением можно подключать источники зависит от допустимых напряжений транзисторов и конденсаторов фильтра.
Я применил с напряжением 200В, так что спокойно могу подключать источник на 150В.
Если в качестве нагрузочных резисторов применить МРР930 (30Вт), то каждая ячейка может рассеивать до 60Вт. Если МРР9100, то 200Вт. Но это зависит от конкретных потребностей, можно наращивать и далее. Только не забудьте, что вся эта мощность превратится в тепло, а это выльется в увеличение размеров радиатора.
И не верьте тому, кто говорит: «Да я к стенке металлического корпуса прикрутил и качаю 50А!».
Брехня! Как я уже говорил закон сохранения энергии никто не отменял.
Примерные габариты радиатора на 150Вт я привёл в тексте статьи. И то он будет очень горячим.
***
Эта статья была размещена мной на сайте Samlib.ru в феврале 2018 года.
Один из читателей прислал такой комментарий.
На практике все куда проще: мощный лабораторный реостат на 1кВт рассеивания (РПШ/РСП) и фсё… А если надо больше — принудительно обдуваем его потоком воздуха, тогда мощность возрастает до 3 Квт.
Вася Пупкин 2018/01/30 17:24
Имя я не придумал. Это он так представился.
Только вот как себе этот человек представляет настройку многоканального блока питания, содержащего в себе источники от 64V x 0,1A до 5V х 25А. При этом точность установки выходных напряжений не хуже 1%. А также соблюсти все те параметры, которые я привёл в начале статьи и сделать таких блоков 10 – 15 за один день.
А потом ещё и сдать их приемной комиссии заполняя протоколы, состоящие из двух — трёх десятков пунктов.
Да с этим реостатом даже один блок невозможно отладить ни за день, ни за год.
Сидел бы он с этим реостатом перед этим блоком как та бабка с разбитым корытом перед горой нестиранного белья.
Я писал эту статью не для тех, для кого один сделанный на коленке источник питания в год, уже событие. Статья написана как для уже существующих специалистов, занятых в производстве электронных блоков питания. Так и для тех, кто в будущем может стать таковыми.
Другие статьи по этой теме:
Двухканальный прецизионный генератор треугольного напряжения.
