Электронная нагрузка с плавной регулировкой тока. Токовая электронная нагрузка
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 :
U 1 =U п *(R gn +R tn)/(R nd +R kd +R tn +R gn), где U п — напряжение питания, U 1 — напряжение на неинвертирующем входе ОУ
U 2 =I н *R ti , где I н — ток нагрузки, U 2 — 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: I 2 макс =P R /R ti . Для указанных номиналов: I 2 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.
С целью проверки блоков питания существует электронная нагрузка. Данное устройство работает по принципу генерации сигнала. К основным параметрам модификаций стоит относить пороговое напряжение, допустимую перегрузку, а также коэффициент рассеивания. Существует несколько типов устройств. Для того чтобы разобраться в нагрузках, в первую очередь рекомендуется ознакомиться со схемой прибора.
Схема модификации
Стандартная схема нагрузки включается в себя резисторы, выпрямитель и порты модулятора. Если рассматривать устройства небольшой частоты, то у них используются трансиверы. Данные элементы работают на открытых контактах. Для передачи сигнала используются компараторы. В последнее время популярными считаются нагрузки на стабилизаторах. В первую очередь их разрешается применять в сети постоянного тока. У них быстро происходит процесс преобразования. Также стоит отметить, что неотъемлемым элементом любой нагрузки считается усилитель и регулятор. Данные устройства замыкаются на обкладке. У них довольно высокая проводимость. За процесс генерации у моделей отвечает именно модулятор.
Типы модификаций
Различают импульсные и программируемые устройства. В отдельную категорию выделены лабораторные, которые подходят для мощных блоков питания. Также модификации отличаются по частоте, с которой они работают. Низкочастотные нагрузки оснащаются транзисторами с канальным переходником. Они используются в сети переменного тока. Модели высокочастотного типа изготавливаются на базе открытого тиристора.
Импульсные устройства
Как делается импульсная электронная нагрузка? В первую очередь для сборки эксперты рекомендуют подобрать хороший тиристор. При этом модулятор подходит только на две фазы. Специалисты говорят о том, что расширитель должен работать попеременно. Рабочая частота у него обязана составлять примерно 4000 кГц. Трансивер в нагрузку устанавливается через модулятор. После пайки конденсаторов стоит заняться усилителем.
Для стабильной работы нагрузки потребуется три фильтра канальной направленности. Для проверки прибора применяется тестер. Сопротивление должно составлять примерно 55 Ом. При средней загруженности нагрузка выдает в районе 200 Вт. Для поднятия чувствительности применяются компараторы. При замыканиях системы стоит проверять цепь от конденсатора. Если сопротивление на контактах занижено, значит, трансивер нужно менять на емкостный аналог. Многие специалисты указывают на возможность использования волновых фильтров, у которых хорошая проводимость. Регуляторы для этих целей применяются на триоде.
Программируемые модели
Электронная программируемая нагрузка собирается довольно просто. С этой целью применяется расширительный трансивер на 230 В. Для передачи сигнала используется три контактора, которые отходят от транзистора. Для контроля процессом преобразования применяются регуляторы. Наиболее часто используются именно линейные аналоги. Триод применяется с изолятором. В данном случае потребуется паяльная лампа. Непосредственно резистор фиксируется на трансивере.
Для модели однозначно не подойдут обычные компараторы, у которых низкий коэффициент рассеивания. Также стоит отметить, что многие допускают ошибку, когда устанавливают один фильтр. Для нормальной работы приора используются только емкостные аналоги. Номинальное напряжение на выходе должно составлять примерно 200 В при сопротивлении на уровне 40 Ом. Если собирать устройства на однопереходном расширителе, то линейные модели не подходят.
В первую очередь прибор не будет работать из-за большой перегрузки тиристора. Также стоит отметить, что для модели потребуется строчный модулятор с низкой чувствительностью. Некоторые специалисты при сборке используют стабилизаторы. Если рассматривать простую модификацию, то подойдет регулируемый тип. Однако чаще всего используют именно инвертирующие элементы.
Лабораторные модификации
Собирается лабораторная электронная нагрузка своими руками с мощным тиристором. Резисторы применяются с емкостью от 40 пФ. Специалисты говорят о том, что конденсаторы можно применять только расширительного типа. Особое внимание при сборке стоит обращать на модулятор. Если использовать проводной аналог, то для нагрузки потребуется три фильтра. Простая электронная нагрузка имеет модулятор фазового типа с проводимостью от 30 мк. Сопротивление составляет примерно 55 Ом. Также стоит отметить, что нагрузки часто складываются на базе коммутируемого трансивера. Основная особенность таких устройств кроется в высокой пульсации. При этом проводимость обеспечивается на отметке 30 мк.
Устройство на полевом транзисторе
Электронная нагрузка на делается только на базе компаратора, а тиристор используется регулируемого типа. При сборке в первую очередь стоит подобрать конденсаторный блок, который играет роль Всего для модификации потребуется три фильтра. Резистор устанавливается за обкладками. Специалисты говорят о том, что электронная нагрузка на полевом транзисторе выдает сопротивление 40 Ом.
Если проводимость сильно повышается, значит, устанавливается емкостный конденсатор. Непосредственно трансивер рекомендуется использовать на два контакта. Реле устанавливается стандартно с регулятором. Номинальное напряжение у нагрузок данного типа составляет не более 400 Вт. Специалисты утверждают, что обкладка должна фиксироваться за резистором. Если рассматривать высокочастотную модель для блоков питания на 300 В, то модулятор потребуется волнового типа. При этом за тиристором устанавливается тетрод.
Модель с плавной регулировкой тока
Схема электронной нагрузки с плавной включает в себя один тиристор. Конденсаторы для модели потребуются расширительного типа с низкой проводимостью. Также стоит отметить, что в нагрузку ставится один усилитель. Наиболее часто применяются волновые аналоги, у которых имеется фазовый переходник. Непосредственно регулятор устанавливается за модулятором, а номинальное напряжение должно составлять около 300 Вт.
Простая электронная нагрузка с плавной регулировкой тока имеет два контактора для подключения. Тиристоры иногда могут использоваться на обкладках. Компараторы в устройствах устанавливаются со стабилизаторами и без них. В данном случае многое зависит от рабочей частоты. Если этот параметр превышает 300 кГц, то лучше не устанавливать стабилизатор. В противном случае значительно повысится коэффициент рассевания.
Устройство на базе TL494
Электронная нагрузка на базе TL494 собирается довольно просто. Резисторы для модификаций подбираются строчного типа. Как правило, у них высокая емкость. И они способны работать в сети постоянного тока. При сборке модели тиристор применяется на две обкладки. Электронная импульсная нагрузка на базе TL494 работает с расширителем фазового либо импульсного типа.
Наиболее часто встречается первый вариант. Номинальное напряжение у нагрузок стартует от 220 Вт. Фильтры используются полного типа, а проводимость равняется не более 4 мк. При установке регулятора важно оценить выходное сопротивление. Если данный параметр не является постоянным, то для модели используется усилитель. Контакторы устанавливаются с переходниками и без них. Выходное напряжение в цепи составляет у нагрузок примерно 300 Вт. При включении приборов часто повышается ток. Происходит это за счет нагрева модулятора. Избежать данной проблемы пользователь способен за счет понижения чувствительности.
Модели на 100 Вт
Электронная нагрузка (схема показана ниже) на 100 Вт предполагает применение двух канальных тиристоров. Транзистор у моделей довольно часто используется на расширительной основе. У него проводимость составляет около 5 мк. Также стоит отметить, что существуют нагрузки на реле. Они больше всего подходят для мощных блоков питания. Для самостоятельной сборки дополнительно применяются волновые компараторы. Самодельные устройства выдают напряжение не более 300 В, а рабочая частота стартует от 120 кГц.
Устройства на 200 Вт
Нагрузка электронная на 200 Вт включает в себя две пары тиристоров, которые соединяются попарно. У многих моделей используются проводные компараторы низкой частоты. Также стоит отметить, что для сборки модификации потребуется модулятор. Для ускорения процесса используются усилители. Данные элементы способны работать только от проводных фильтров.
Трансивер стоит устанавливать за обкладками. В данном случае напряжение нагрузки равняется примерно 400 В. Специалист говорят о том, что плохо работают устройства на проводниковых трансиверах. У них низкая проводимость, есть проблемы и с перегревом. Если наблюдаются скачки напряжения, стоит поменять компаратор. Еще проблема может заключаться в резисторе.
Как сделать устройство на 300 Вт?
Нагрузка электронная на 300 Вт предполагает применение двух тиристоров фазового типа. Номинальное напряжение устройств равняется примерно 230 Вт. Показатель перегрузки в данном случае зависит от проводимости компаратора. При самостоятельной сборке этого устройства потребуется модулятор канального типа. Для установки элемента применяется паяльная лампа.
Регуляторы часто используются с переходником. Реле устанавливается низкоомного типа. Коэффициент рассеивания у самодельной модификации составляет примерно 80%. Также стоит отметить, что контакторы используются низкой чувствительности. Как проверить нагрузку перед включением? Сделать это можно при помощи тестера. Выходное напряжение у самодельных устройств, как правило, равняется 50 Ом. Если рассматривать модели с одним компаратором, то у них этот параметр может быть занижен.
Модели для блоков на 10 А
Нагрузка электронная для блока питания на 10 А собирается при помощи расширительного тиристора. Транзисторы довольно часто применяются на 5 пФ, у которых низкая проводимость. Также стоит отметить, что специалисты не советуют использовать линейные аналоги. У них малая чувствительность. Они сильно повышают коэффициент рассеивания. Для подключения к блоку применяются контакторы. Модуляторы довольно часто используются с переходниками.
Если рассматривать схему на конденсаторном блоке, то у них частота в среднем равняется 400 кГц. При этом чувствительность может меняться. Контакторы довольно часто фиксируются за модулятором. Стабилизаторы следует использовать на две обкладки. Также стоит отметить, что для сборки модификации потребуется полюсный резистор. Он сильно помогает увеличивать скорость генерации импульса.
Устройства для блоков на 15 А
Наиболее распространенными считаются нагрузки для блоков на 15 А. У них используются открытые резисторы. При этом трансиверы применяются разной полярности. Кроме того, они отличаются по чувствительности. В среднем напряжение приборов равняется 320 В. Модели между собой отличаются по проводимости. С целью самостоятельной сборки применяются компараторы на регуляторах. Перед началом их установки крепятся стабилизаторы.
Специалисты говорят о том, что расширители можно устанавливать только через обкладку. Проводимость на входе обязана составлять не более 6 мк. При установке регулятора тщательно зачищается компаратор. Если собирать простую модель, то модулятор можно использовать инверторного типа. При этом сильно повысится коэффициент рассеивания. Пороговое напряжение в среднем равняется 200 В. Допустимый параметр мощности составляет не более 240 Вт. Также стоит отметить, что для нагрузки применяются фильтры разных типов. В данном случае многое зависит от проводимости компаратора.
Схема устройств для блоков на 20 А
Электронная нагрузка (схема показана ниже) для блоков на 20 А производится на базе двоичных резисторов. У них поддерживается стабильная высокая проводимость. Чувствительность при этом равняется примерно 6 мВ. Некоторые модификации выделяются высоким параметром перегрузки. Реле у моделей используются на волновых транзисторах. Для решения проблем с преобразованием используются компараторы. Расширители часто встречаются фазового типа. И у них может быть несколько переходников. При необходимости устройство можно собрать самостоятельно. Для этого применяется конденсаторный блок.
Номинальное напряжение у самодельных нагрузок стартует от 300 Вт, а частота в среднем составляет 400 кГц. Специалисты не советуют применять переходные компараторы. Регуляторы используются с обкладками. Для установки компаратора потребуется изолятор. Если рассматривать нагрузки на двух тиристорах, то там используются фильтры. В среднем емкость модуля равняется 3 пФ. Показатель рассеивания у самодельных моделей стартует от 50%. При сборке устройства особое внимание стоит уделять переходнику для подключения к блоку питания. Контакторы побираются полюсного типа. Они должны выдерживать большие перегрузки и не перегреваться.
Устройства компании AMETEK
Нагрузки данной торговой марки выделяются низкой проводимостью. Они замечательно подходят для блоков питания на 15 А. Среди моделей данной фирмы имеется множество импульсных модификаций. Продельная перегрузка у них не высокая, но обеспечивается высокая скорость генерации импульса. Специалисты в первую очередь отмечают хорошую защищенность элементов. У них используется несколько фильтров. Они справляются с фазовыми помехами, которые искажают сигналы.
Если рассматривать модели высокой частоты, то у них имеется несколько тиристоров. Также стоит отметить, что на рынке представлены модификации на проводных компараторах. На базе обычной нагрузки данной торговой марки можно собрать отличный прибор для разных блоков питания. У моделей отличные стабилизаторы и очень чувствительные транзисторы.
Особенности устройств серии Sorensen
Стандартная нагрузка электронная данной серии включает в себя тиристор и линейный компаратор. Многие модели производятся с полюсными фильтрами, которые способны работать при высокой частоте. Также стоит отметить, что на рынке представлены лабораторные модификации. У них достаточно низкий коэффициент рассеивания. Модели довольно часто применяются коммутируемого типа. Показатель перегрузки в среднем равняется 20 А. Системы защиты используются разных классов. На прилавках магазинов есть импульсные модели. Они хорошо подходят для тестирования компьютерных блоков питания. Расширители в устройствах применяются с обкладками.
Модели серии ITECH
Нагрузки данной серии выделяются высокой проводимостью. У них хорошая защищенность. В этом случае используется несколько трансиверов. Электронная нагрузка для блока питания в среднем работает при частоте 200 кГц. Перегрузка при этом равняется 4 А. Усилители в устройствах применяются с контактными переходниками. Тиристоры используются фазового либо кодового типа. Среди моделей данной серии встречаются программируемые модификации. Они хорошо подходят для тестирования компьютерных блоков питания. Трансиверы можно встреть с расширителями и без них.
Нагрузки на базе IRGS4062DPBF
Делается электронная нагрузка своими руками на базе этого транзистора довольно просто. Стандартная схема модели включает в себя два конденсаторных блока и один расширитель. Сразу стоит отметить, что модели этого класса хорошо подойдут для блоков питания на 10 А. Параметр напряжение у нагрузок равняется 200 Вт. Фильтры для устройств подбираются низкой частоты. Они способны работать при больших нагрузках.
В первую очередь при сборке устанавливается тиристор, а компаратор можно использовать разного типа. Непосредственно транзистор устанавливается при помощи паяльника. Если проводимость у него превышает 5 мк, то стоит устанавливать дипольный фильтр вначале цепи. Специалисты говорят о том, что электронная нагрузка на транзисторе IRGS4062DPBF может делаться с переходными компараторами. Однако у них высокий коэффициент рассеивания.
Также стоит отметить, что модели этой серии подходят только для цепей постоянного тока. Допустимый параметр перегрузки приборов равняется 5 А. Если рассматривать устройства на импульсных компараторах, то у них имеется масса преимуществ. В первую очередь в глаза бросается высокая частота. При этом сопротивление приборы показывают на уровне 50 Ом.
У них нет проблем с проводимостью и резкими скачками напряжения. Стабилизаторы разрешается применять разных типов. Однако они должны работать в цепи постоянного тока. Еще на рынке представлены модификации без конденсаторов. Коэффициент рассеивания у них равняется примерно 55%. Для устройств данного класса это очень мало.
Устройства на базе KTC8550
Нагрузки на базе данных транзисторов очень ценятся среди профессионалов. Модели замечательно подходят для тестирования блоков небольшой мощности. Показатель допустимой перегрузки, как правило, равняется 5 А. У моделей могут использоваться разные системы защиты. При сборке модификации разрешается применять двоичные модуляторы с проводимостью 4 мк. Таким образом, устройства будут выдавать большую частоту на уровне 300 кГц.
Если говорить про недостатки, то стоит отметить, что модификации не способны работать с блоками питания на 10 А. В первую очередь возникают проблемы с импульсными скачками. Перегрев конденсатора также даст о себе знать. Чтобы решить данную проблему, на нагрузки устанавливаются расширители. Триоды, как правило, применяются с двумя обкладками и изолятором.
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. 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.
Для начала давайте разберем схему. Я не претендую на оригинальность, так как подсмотрел составные элементы и адаптировал под то, что имелось у меня из деталей.
Цепь защиты составлена из плавкого предохранителя FU1 и диода VD1 (возможно она лишняя). Нагрузка выполнена на четырех 818 транзисторах VT1…VT4. У них приемлемые характеристики по току и рассеиваемой мощности, а также они не дороги и не являются дефицитом. Управление VT5 на 815 транзисторе, а стабилизация на операционном усилителе LM358. Амперметр, показывающих ток, проходящий через нагрузку, я установил отдельно. Т.к. если амперметром заменить резисторы R3 R4 (как в схеме по ссылке выше), то, на мой взгляд, будет теряться часть тока, который потечет через VT5 и показания будут занижены. А судя по тому, как нагревается 815, ток через него протекает приличный. Я даже подумываю, что между эмиттером VT5 и землей надобно поставить еще одно сопротивление Ом так в 50…200.
Отдельно надо рассказать о цепи R10…R13. Так как регулировка происходит не линейно, необходимо брать одно переменное сопротивление в 200…220 кОм с логарифмической шкалой, либо ставить два переменных резистора, которые обеспечивают плавное регулирование во всем диапазоне. При чем R10 (200кОм) регулирует ток от 0 до 2.5А, а R11 (10 кОм) при выкрученном в ноль R10 регулирует ток от 2.5 до 8 А. Верхний предел тока устанавливается резистором R13. При настройке будьте осторожны, если напряжение питания случайно попадет на третью ногу операционного усилителя, 815 открывается полностью, что с большой вероятностью приведет к выходу из строя всех 818 транзисторов.
Теперь немного о блоки питания для нагрузки.
Нет, это не извращение. Просто у меня под рукой не нашлось малогабаритного трансформатора на 12 вольт. Пришлось делать умножитель и повышать напряжение с 6-ти вольт до 12-ти для вентилятора и ставить стабилизатор для питания самой нагрузки и сигнализации.
Да, в это устройство я вставил простенькую сигнализацию по температуре. Схему я подсмотрел . Когда радиатор нагревается выше 90 градусов, включается красный светодиод и пищалка с интегрированным генератором, которая издает очень неприятный звук. Это указывает на то, что пора снижать ток в нагрузке, а то можно лишиться устройства из-за его перегрева.
Казалось бы, при таких мощных транзисторах, которые выдерживают до 80 вольт и 10 А суммарная мощность должна быть не менее 3 кВт. Но, так как мы делаем «кипятильник» и вся мощность источника уходит в тепло, то ограничение накладывается показателем рассеиваемой мощности транзисторов. По даташиту она всего лишь 60 Вт на один транзистор, а с учетом того, что теплопроводность между транзистором и радиатором не идеальна, то фактическая рассеиваемая мощность и того меньше. И поэтому чтобы хоть как-то улучшить теплоотвод я прикрутил транзисторы VT1…VT4 непосредственно к радиатору без прокладок на теплопроводную пасту. При этом мне пришлось организовать специальные накладки на радиатор, чтобы он не замыкал на корпус.
К сожалению, у меня не было возможности протестировать работу устройства во всем диапазоне напряжений, но при 22V 5A нагрузка работает, стабильно не перегреваясь. Но как всегда в бочке меда есть и ложка дегтя. Из-за недостаточной площади радиатора взятого мной, при нагрузке более 130 ватт, через какое-то время (3…5 минут) транзисторы начинают перегреваться. На что указывает сигнализация. Отсюда вывод. Если будете делать нагрузку, берите радиатор как можно большей площади и обеспечите ему надежное принудительное охлаждение.
Также ложкой дегтя можно считать небольшой дрейф в сторону уменьшения тока нагрузки на 100…200 мА. Думаю этот дрейф происходит из-за нагрева резисторов R3, R4. Так, что если есть возможность найти резисторы на 0,15 Ом на 20 Вт или больше, то лучше использовать их.
В целом схема, насколько я понял, не критична к замене деталей. Четыре 818транзистора можно заменить двумя кт896а , кт815г можно, а возможно и нужно, заменить на кт817г. Операционный усилитель думаю тоже можно взять другой.
Хочу особо подчеркнуть, что обязательно при наладке ставьте резистор R13 не менее 10 кОм, потом по мере понимания какой ток вам нужен, уменьшайте это сопротивление. Печатную плату не выкладываю, потому, что монтаж основной части нагрузки сделан навесным.
Дополнение.
Как оказалось, нагрузкой мне приходится пользоваться регулярно и в процессе ее использования пришло понимание того, что по мимо амперметра также нужен вольтметр чтобы контролировать напряжения источника. На Али мне попался небольшой приборчик, который совмещает в себе вольтметр и амперметр. Приборчик 100 V / 10 А мне обошёлся в 150 рублей с пересылкой. Как по мне это копейки т.к. полтарашка пива стоит примерно столько же. Недолго думая я заказал два.
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.