Электронная нагрузка – Набор для сборки простой электронной нагрузки 150 Ватт

Автор: | 04.05.2020

Набор для сборки простой электронной нагрузки 150 Ватт

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

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

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

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

Для начала о продавце. На странице товара можно выбрать несколько вариантов:

1. Только печатная плата, цена около 1.6 доллара
2. Печатная плата и набор компонентов без силовых транзисторов — 3.8 доллара
3. Печатная плата и все компоненты включая силовые транзисторы — 4.9 доллара
4. Ампервольтметр — 2.2 доллара.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Разные разъемы, выключатель и прочие мелочи.

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

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

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

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

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

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

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

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

Здесь видны те же компоненты что я показывал выше, но к ним добавились еще некоторые, поясню их назначение.

Резистор R1, нужен для развязки нескольких каналов и для улучшения стабильности работы.
Резистор R2, ограничивает ток заряда затвора полевого транзистора защищая операционный усилитель.
Конденсатор С1, резистор R3 и R4 обеспечивают защиту от самовозбуждения схемы, чтобы нагрузка не превратилась в генератор.
Резистор R5 закрывает транзистор когда операционный усилитель обесточен, а кроме того обеспечивает небольшой ток нагрузки для выхода операционного усилителя и цепи защиты от самовозбуждения.

Так как нагрузка четырехканальная, то просто «дорисовываем» еще три канала и получаем почти полный вид обозреваемой платы.
Синим цветом я выделил четыре канала, видно что они абсолютно идентичны и соответственно можно их количество увеличивать и дальше. Общим для всех каналов является только счетверенный операционный усилитель.

Оранжевым выделена цепь управления, красный и черный соответственно силовые цепи.

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

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

То последовательно с переменным резистором включен постоянный резистор R8 сопротивлением 22 кОм, вместе они образуют делитель примерно 1:5.5 и после переменного резистора напряжение меняется уже в диапазоне около 0-0.45 Вольта.

Меняя номиналы дополнительного резистора можно изменять диапазон регулировки без замены шунта, но такой способ имеет и свой минус — операционным усилителям при однополярном питании проще работать с большим напряжением, чем с меньшим и лучше сильно не снижать задающее напряжение.
Резистор R7 ограничивает ток питания стабилитрона.

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

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

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

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

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

>

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Большинство полевых транзисторов больше о

www.kirich.blog

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.

mysku.ru

ЭЛЕКТРОННАЯ НАГРУЗКА С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА

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

Схема самодельной электронной нагрузки на 500 Вт

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

Недостатком использования такой схемы в том, что требуется ставить ОУ с очень низким входным смещением, так как даже небольшое изменение смещения может привести к большой погрешности в контролируемом токе. Например, при лабораторных испытаниях, всего 100 мкВ напряжения смещения приведет к изменению тока нагрузки на 0,1 А. Кроме того, трудно создать такие стабильные управляющие напряжения без использования ЦАП и прецизионных ОУ. Если вы планируете использовать микроконтроллер для управления нагрузкой, нужно будет либо использовать прецизионные ОУ для усиления напряжения с шунта, совместимые с ЦАП на выходе (например, 0-5 В) или использовать прецизионный делитель напряжения для создания управляющего сигнала.

Вся схема была собрана на куске текстолита методом упрощённого монтажа и размещена на верхней части большого алюминиевого блока. Поверхность металла отполирована для того, чтобы обеспечить хорошую теплопроводность между транзисторами и радиатором. Все соединения с большим током — не менее 5 проводов толстого многожильного провода, тогда они смогут выдерживать не менее 100 А без существенного нагрева или падения напряжения.

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

   Форум по схеме

   Обсудить статью ЭЛЕКТРОННАЯ НАГРУЗКА С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА

radioskot.ru

Токовая электронная нагрузка | Поделки своими руками для авто, дачи и дома

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

xn--100—j4dau4ec0ao.xn--p1ai

Электронная нагрузка 60 Вт.

Здравствуйте. В этом обзоре речь пойдет о электронной нагрузке.

У нее довольно неплохие характеристики для довольно демократичной цены в $21.

На данном ресурсе обзора этой штуки я не нашел, поэтому решил сделать.

Довольно подробный обзор есть вот тут:
shopper.life/elektronnaya-nagruzka-tester-akkumulyatorov-60-vt-0-30-v-0-999-a-7428.html
Честно говоря, как раз после этого обзора, на который я по случайности наткнулся в одном из комментариев на этом форуме, я решил заказать такую же. Постараюсь дополнить информацию к предыдущему обзору.

Основные параметры :
Напряжение питания: 12 В / 0,5А
Тестируемое напряжение: до 30 В
Задаваемый ток: до 10 А
Максимальная мощность: до 60 Вт

Начнем с достоинств :
1. Мощность разряда 60 Вт. На ее фоне мой Imax B6 mini выглядит как детская игрушка.

На радиаторе стоит монстроидальный транзистор w60ne10 имеющий просто дикий запас по мощности и диод Шоттки STPS3045CT. Так же прикреплен датчик температуры. В зависимости от нагрева регулируются обороты кулера. Регулируются они довольно странно.

2. Возможность мерить не только емкость в Ah, но и запасенную энергию в Wh. Почему это так принципиально? Большинство нагрузок ведет себя не как тупой резистор. И в целом потребляют не столько ток, сколько мощность. В следствие чего, при более низком напряжении с аккумулятора (в нагрузке) чтобы забрать с него ту же мощность, которая нужна ус-ву, оно увеличивает ток потребления.
Вот поэтому, имея одинаковую емкость в Ah, аккумулятор низкого качества проработает меньше, чем аккумулятор с такой же емкостью, но лучшего качества. Наглядно это можно увидеть при построении нагрузочной хар-ки (графика разряда) в каком-нибудь Imax-е.
Для примера проведу тестирование мало использованного 4х летнего аккумулятора Sanyo и практически нового ноунейм китайца, снятого с повербанка.


Емкость 2,26 Аh, энергоемкость 8,16 Втч. Итого, среднее напряжение разряда 3,61 В.


Емкость 2,35 Аh, энергоемкость 8,70 Втч. Итого, среднее напряжение разряда 3,70 В. Таким образом, если бы емкость была одинаковой, Sanyo проработали бы дольше за счет увеличенной энергоемкости.

3. Наличие доп. разъема для замера точного напряжения напрямую с аккумулятора.

Тут можно подключать тонкими проводами даже мощную нагрузку, т.к. при замере Енергоемкости напряжение через доп. разъем будет сниматься прямо с аккумулятора, а при замере Емкости сопротивление проводов (и падение напряжения на них) будет учитываться самой нагрузкой, т.к. схема включения «нагрузка+провода+ИП» получается последовательной и ток будет одинаков во всей цепи. Кстати говоря, напряжение он меряет и с силовых контактов, но, т.к. при протекании тока на проводах падает напряжение, то тут он меряет не столько напряжение на аккумуляторе, сколько на самой нагрузке. И это реально работает. Замеры примерно совпадают с мультиметром. Чем больше ток и чем тоньше провода тем заметнее получаются результаты замеров через встроенный шунт и с использованием доп. разъема.

4. Со слов обзорщика, ус-во должно быть довольно точным. Тоже не маловажный критерий, т.к. мой Imax B6 mini довольно сильно врет. При заданном минимальном токе 100 mA, он реально устанавливает порядка 150mA. При токах 0,2-1,5 А точность уже выше, но все равно значения на 5-10% отличаются заданных и от показаний мультиметра. Про то, что напряжение Imax mini меряет с ужасной точностью и говорить не стоит, но это не бросается в глаза, т.к. энергию он не меряет (для этого у него есть графики).
Значения выставленные с нагрузки примерно совпадают с измеренными мультиметром. Тут сложно сказать кто из них врет: то ли мультиметр, то ли нагрузка.





На больших токах различия уже значительнее, но опять таки мое оборудование не позволяет определить что тут врет: мультиметр или нагрузка.

Напряжение определяется верно. А если подключать толстые провода, то доп. контактами для замера напряжения можно пренебречь, т.к. встроенный шунт настроен точно т различий с мультиметром в 2 разрядах после запятой не замечено.

5. По размерам он оказался намного меньше, чем я его себе представлял. 110*70 мм. Примерно как мой Imax mini.

Так, теперь о недостатках :

1. Не рисует графики. Вот это самый ощутимый недостаток. Хотя если бы девайс это умел, стоил он бы совершенно других денег и я бы его не смог себе позволить. Вот пара аналогов:
1.1 mysku.ru/blog/china-stores/37393.html
Схожий по хар-кам и умеет рисовать графики, но больно бьет по карману. Да и размеры внушительные.
1.2 mysku.ru/blog/aliexpress/37353.html
Тоже умеет рисовать графики, но мощность разряда печальная, всего 25 Вт. К тому же, нет клемм и нет доп. входа для замера напряжения. Размеры радиатора тоже удручают.

2. Нагрузке требуется доп. питание 12В. К сожалению, у меня не было лишнего(не занятого) БП, поэтому решил поднапрячь мозг для решения проблемы. Замеры показали, что в независимости от режима схема потребляет примерно 1,5 Вт. Немного поразмыслив, я придумал простое и очень удобное решение. Для этого нам понадобится USB кабель, «повышайка» и штекер. Благо все это уже было прикуплено заранее для различных самоделок. В итоге это выглядит так:


Собрав и подключив этот кабель, устройство выдало ошибку питания. Поведя анализ было выяснено, что при старте нагрузка потребляет значительный ток. И чтобы она запустилась нужен был как минимум БП на 1А. Более слабые БП на 700мА просто проседали по напряжению, при этом повышающий преобразователь жутко писчал. Сначала я попробовал поднять выходное напряжение до 13В, но это не помогло. Попробовал подключить конденсаторы, чтобы сгладить просадку на старте, но старт слишком долгий и конденсаторы не могли удержать напряжение на должном уровне. Потом меня осенило. Чтобы снизить стартовую нагрузку на 5В БП нужно уменьшить повышающее напряжение. Методом тыка было обнаружено оптимальное напряжение 11В, при котором плата стартовала стабильно. При этом требования к току с USB зарядника понизилось и нагрузка стала работать с БП на 0,5А а так же с USB портов ноутбука и ПК. На 10В плата уже не стала стартовать выдавая ошибку даже бес писка преобразователя. На фото выше вы как раз видите как нагрузка работает через 500mA адаптер и через USB доктора. В холостом ходе и в работе ток по линии 5В невелик.

3. Нечитаемый индикатор. Проблема была решена наклеиванием на него изоленты. На фото видна разница, но в реальности разница намного ощутимей и индикатор читается при любом освещении.




4. Кулер хоть и не особо шумный, но все-же ощутимо шумит даже если нагрузка невелика и только чуть-чуть нагревает радиатор. Сбоку я «приколхозил» переключатель а сзади закрепил сопротивление примерно 30 Ом. При этом на слабой нагрузке он вообще не крутится, а как только радиатор разогреется как следует вентилятор включается. Актуально при тестировании аккумуляторов невысоким током ночью, чтобы шуршание кулера не раздражало. При более высокой нагрузке с этим резистором обороты кулера тоже поднимаются, так что автоматическая регулировка оборотов работает.

5. Кривоватый регулятор. На работоспособность не влияет.

В итоге получился довольно приятный на внешний вид приборчик, который занимает совсем немного места. Работать с ним одно удовольствие. Сначала меня посещали мысли заколхозить его в корпус, но эту идею я отбросил, т.к. ухудшится охлаждение, размеры получатся более габаритные, нужно будет думать как и куда подключать провода. Легче просто хранить его в какой-нить небольшой коробочке, например в той, в которой он и приехал.

***************************************************
UPDATE 19.10.16:

Т.к. ссылка на предыдущий обзор товара не доступна, то добавлю несколько моментов:
1. Данная нагрузка может работать как тестер аккумуляторов считая емкость и энергоемкость (продемонстрировалось выше), при этом напряжение меряется автоматически схемой (за вычетом падения на проводах подключения) или автоматически переключается на измерение с помощью дополнительного провода (если он подключен). Во время измерения нагрузка показывает на нижнем индикаторе текущий ток, а на верхнем ( переключаясь емкость и энергоемкость к данному моменту ). По окончанию можно просмотреть оба параметра.
2. Так же она может работать в режиме только нагрузки. Плюс данного режима в том, что она показывает ток на нижнем индикаторе и напряжение на верхнем (при этом на верхнем индикаторе показывается только напряжение), что довольно удобно наблюдая просадку напряжения при изменении тока. Вот только тут есть один коварный «минус». В таком режиме она не меряет реальное напряжение на нагрузке через дополнительный кабель, а только напряжение, попадающее на схему нагрузки через подключаемые провода, т.о. напряжение меряется не точно, учитывая падение на подключаемых проводах. Вот это, конечно, довольно ощутимый недостаток. Хотя никто нам не мешает подключить дополнительно вольтметр для точного замера напряжения.
3. Переключение режимов осуществляется зажатием кнопки «старт» при включении.
4. Требования к источнику питания ограничиваются мощностью встроенного вентилятора. При старте нагрузка раскручивает его на максимум. Если напряжение просядает ниже положенного, то выводится ошибка. Поэтому нужен БП 12В выдающий минимум 0,2А-0,3А иначе нагрузка не стартанет. Хотя в работе при минимальных оборотах кулера ей надо намного меньше.
5. Ток задается от 0,2А до 10А с шагом либо 0,1 либо 0,01 (шаг выбирается нажатием на ручку).
6. Мощность автоматически ограничивается снижением тока нагрузки.

*****

После некоторого времени использования у меня «зачесались» руки и я доработал свою нагрузку путем увеличения мощности.

Принцип доработки основан на следующем : мощность программно ограничена 60 Вт. Причем контроллер вычисляет ее умножая напряжение на задаваемый ток. Уменьшив сопротивление шунта (железной перемычки) например в 2 раза реальный ток будет в 2 раза больше, чем тот, что вы устанавливаете с помощью ручки и отображается на нагрузке. Вот только показания будут измеряться для тока в 2 раза меньшего, поэтому их в конце нужно будет умножить на 2.

Предлагаю вам свой вариант относительно простой доработки:

Мощность можно увеличить хоть на сколько раз. Приведу пример самого простого варианта для увеличения мощности, к примеру в 4 раза. Для этого не нужны никакие сложные расчеты, и глубокие познания в радиоэлектронике. Для этого нужно:

1. Модификация шунта.
ВАЖНО: Стандартный шунт рассчитан на 10А, если по нему гонять больший ток, ничего хорошего из этого не выйдет, поэтому нужно будет устанавливать свой шунт. И тут появляется проблема: при том же сопротивлении на большем токе будет выделяться НАМНОГО больше тепла. И тут 2 пути решения проблемы:
первый вариант: Просто уменьшаем сопротивление шунта в 4 раза. Сложность в том, чтобы добиться точно такого-же номинала сопротивления деленного на 4, иначе будет погрешность установки тока (в %).
второй вариант (более предпочтителен ) : Оставляем номинал шунта как есть, но увеличиваем его мощность. Я сделал просто — взял прямоугольный кусок текстолита и процарапал вдоль его изолирующую канавку. Припаял параллельно смд резисторов, чтобы они имели в сумме номинал шунта. Таким образом площадь рассеивания тепла значительно увеличилась и нам не составляет труда опытным путем точно подобрать сопротивление шунта, просто допаивая или отпаивая резисторы. Почему этот вариант более выгоден? А потому что на выходе можно через переключатель поставить вручную задаваемый резистивный делитель, которым можно устанавливать множитель задаваемого тока нагрузки по своему желанию х2, х3, х4 и т.д. Лично я в своей доработанной нагрузки так и сделал. Для увеличения тока в 4 раза (х4) ставим на выходе шунтирующего резистора «резистивный делитель» снижающий напряжение в 4 раза, например 30 кОм + 10 кОм. Значения взяты с потолка, но не рекомендую брать соотношения на слишком малых и слишком больших номиналах.

2. Рассчитать максимальную мощность нагрузки и исходя из нее выбрать необходимое кол-во транзисторов. Например, вы хотите рассеивать 40А на 12В = 480Вт. Прикинем, что каждый транзистор будет рассеивать нам по 60Вт, тогда надо 480/60=8 транзисторов.
НЕ МАЛОВАЖНЫЙ НЮАНС : транзисторы должны быть максимально идентичными и из одной партии, в противном случае (т.к. схема подключения параллельная) может получиться так, что при одном управляющем напряжении на всех затворах один из транзисторов откроется значительно шире всех остальных и вся мощность осядет на нем и он сгорит, вместо того, чтобы мощность распределялась на всех равномерно.

3. Подключаем все транзисторы параллельно,
НО И ТУТ ЕСТЬ ОДИН НЮАНС , который я на практическом опыте заметил. Затвор каждого транзистора подключается через отдельный резистор (я брал 1кОм, опять таки взял с потолка) к контакту, идущему на затвор от управляющего контроллера. Если резисторы не ставить, управляющая электроника не сможет ими рулить, т.к. в виду нелинейности ВАХ и параллельном подключении будут всевозможные глюки. И тут не важно разные это транзисторы или подобранные по идентичным параметрам из одной серии.

Теперь при установке, к примеру 1А, (8 транзисторов нагрузки) установят вам ток 4А.
Так же нужно учесть еще один нюанс: т.к. ток будет больше, то нужно будет вместо 1 поставить 2 и более диода шоттки, которые защищают от переполюсовки подключаемой нагрузки.
PS: Если будет время, желание и просьбы от читателей я как-нибудь добавлю фото получившегося у меня экземпляра.

UPDATE :
Существует версия этой нагрузки с проблемой неточной установки тока и постоянно вращающимся вентилятором. Проблему решил вот тут:
mysku.ru/blog/discounts/46663.html

mysku.ru

Пара электронных нагрузок в виде отдельных модулей / Блог им. kirich / iXBT Live

Я уже писал как минимум три обзора электронных нагрузок, как полностью самодельной, так и собранной из «конструктора», а также заводского изготовления. В данном случае оба варианта относятся скорее к классу «конструкторов», так как не являются функционально законченным изделием, хотя и могут работать сам по себе, но требуют как минимум блока питания.
Увидел я их почти год назад, заинтересовался, и вот решил таки купить, а заодно проверить как оно «покупать на Тао».
В общем кому интересна эта тема, думаю найдут для себя много интересного.

Отчасти предпосылкой купить была сложность с проверкой мощных БП, когда моих 300-400 Ватт совсем не хватало, отчасти расширение кругозора, ну и не последним в списке была попытка купить на Таобао, потому как там попадаются весьма интересные вещи.

Проблем при покупке не возникло, и в итоге через некоторое время я получил довольно объемную посылку. Здесь я сделал небольшую ошибку, доставка довольно недешевая, а железки мои довольно увесистые.

Упаковано все было просто отлично, но это стало и небольшим минусом, так как чем больше упаковочного материала, тем выше выходит стоимость доставки 🙁
На втором фото вы видите не два товара, а один. При этом справа одна из нагрузок, а слева то, во что она была упакована.
Вторая нагрузка была упакована еще лучше, но в данном случае это была упаковка продавца, такая вот мягкая коробочка.

Не, все классно, посредник не только упаковал хорошо, но и перед этим прислал письмо, мол уважаемый Кирич, мы тут получили две непонятные железяки, а как их проверить мы даже понятия не имеем, даже не знаем что оно такое…
На что я ответил, спокойно, не паникуйте, сравните с фото в магазине, если примерно похоже, то шлите 🙂

В общем докопался я до своего заказа и в итоге на столе лежали только две электронные нагрузки.

Первой покажу «глупую», т.е. без возможности подключения к компьютеру, просто нагрузку.
Заявленная мощность — до 300 Ватт
Напряжение — до 150 Вольт
Ток — до 40 Ампер
Режимы — CC\CV

В ассортименте было много разных вариантов, которые условно отличаются напряжением 150/60 Вольт, а также током 10/20/30/40 Ампер, а также конструкцией регулировки — разъем на плате, подстроечный резистор на плате или внешний переменный резистор.

Я выбрал сразу самый «навороченный» вариант и одновременно самый мощный, т.е. 150 Вольт, 40 Ампер, 300 Ватт с внешним резистором.
Как вы видите, конструкция состоит из по сути двух одинаковым модулей, соединенных вместе. Есть также вариант с мощностью 150 Ватт, состоящий из одного модуля.

Под внешним резистором подразумевается обычный переменный резистор на небольшой платке. Забегу сразу немного вперед, смысла заказывать так нет, для удобного управления надо либо заказывать нагрузку с диапазоном 60 Вольт, либо еще лучше — поставить многооборотный резистор.

Конструкция системы охлаждения (собственно самая тяжелая часть), состоит из двух вентиляторов и специального алюминиевого радиатора, через который продувается воздух.
За конструкцию 5 баллов, где бы разжиться подобным алюминиевым профилем, еще лучше если размера не 50х50мм, а например 80х80, ну хотя бы 60х60.

Пара довольно мощных, но и весьма шумных вентиляторов, закрытых защитными решетками. Сначала подумал, вот экономисты, поставили всего по два винта на решетку, потом оказалось, что вторую пару винтов просто вкручивать некуда. Не, все таки экономисты 🙂

Две платы управления соединенные вместе, хотя корректнее сказать — не разъединенные, так как при изготовлении они обычно так и идут.
С одной платы на другую протянут проводок и явно прослеживается идея, когда одна плата делается ведущей, а вторая ведомой.

Большая часть разъемов отсутствует, но попробую пояснить, что к чему.
Ref — регулировка внешним напряжением 0-5 Вольт.
Potentiometr — внешний переменный резистор, средний контакт выведен на тот же Ref, т.е. меняет напряжение в диапазоне 0-5 Вольт.
Fan — подключение вентилятора, провода просто припаяны без всяких разъемов.
Con 1, в левой плате запаян разъем — питание 12-15 Вольт.

Также есть место под разъем 74HC. Вообще это обычно обозначение серии логических микросхем, но что в данном случае, я не знаю. Один контакт идет на землю, четыре — к микроконтроллеру.
Con 4 — термодатчик.

На другой конец платы выведены силовые разъемы для подключения нагрузки, а также:
Con 2 — по сути стоит последовательно с силовым разъемом Vin, скорее всего туда должен ставиться предохранитель, реально там припаяна какая-то пластинка. Как вариант — подключить амперметр, но разъем какой-то хиленький для тока в 20 Ампер.
Con 3 — на этот разъем выведена земля, +12 Вольт и входное напряжения Vin. Сюда можно подключить вольтметр
Fan 2 — Подключение второго вентилятора (работающего на выдув), подключенного параллельно первому.

В качестве собственно нагрузки работают четыре полевых транзистора IRFP460A. Получается по 75 Ватт на один корпус TO-247, на мой взгляд это много, очень много, мощность превышена как минимум в 1.5 раза. Обусловлено это тем, что в линейном режиме полевые транзисторы работают гораздо тяжелее. Собственно потому в моей самодельной для мощности в 400 Ватт установлены 8 транзисторов, по 50 Ватт на корпус, и то это многовато.

Но вот то, что транзисторы подключены правильно, я не могу не отметить, каждому транзистору не только свой шунт, а и свой операционный усилитель. Точно такое решение я применял в своем варианте.

Плата прикручена на четыре винта через стойки, транзисторы имеют свой крепеж, причем не забыли не только термопасту, а и правильные винты с плоской шайбой + шайба Гровера.
Когда разбирал, то подсознательно ждал что радиаторы развалятся, но нет, все обошлось, радиаторы похоже склеены между собой.
Но вот стойки можно было закрутить и посильнее…

Снизу более явно видно, как соединены платы между собой. Кстати, для более корректного подключения силовых проводов надо подключать плюс к одной плате, а минус к другой.

Если к соединению силовых разъемов особо вопросов нет, то вот провода в лаковой изоляции для соединения питания модулей, выглядят как-то совсем неправильно. Я понимаю что они там просто спрятаны, но один провод касался стойки и со временем из-за вибрации он проскреб бы изоляцию. Вы конечно спросите, откуда вибрация. Так работает то два довольно мощных вентилятора, а большего подобным проводам и не надо.

Одна из «половинок» поближе.

1. Вход питания защищен не только предохранителем на ток в 1 Ампер, а и не забыли о диоде, защищающем от переполюсовки. Но кроме того поставили и кучу конденсаторов по цепи питания, даже удивительно 🙂
2. Хоть нагрузка и «глупая», но все равно содержит микроконтроллер. В данном случае он управляет режимами работы, защитой от превышения мощности, а также вентилятором.
3, 4. Три операционных усилителя LM321. Пара обслуживает датчики тока и управления транзисторами, а один (насколько я понял) режим CV.

Кстати о управлении вентиляторами. Сделано весьма продуманно. Если нагрузка холодная, то вентилятор выключен. Включается ступенчато при превышении мощности в 20-30 Ватт на один модуль постепенно поднимая мощность обдува.
Если отключить нагрузку при холодных радиаторах, то вентиляторы выключаются сразу. Но если сначала прогреть, то выключатся они только когда температура снизится примерно до 35 градусов.
Т.е. вентиляторы управляются ступенчато и в зависимости от мощности и температуры.

Параллельно входным, силовым клеммам установлен керамический конденсатор. В моей старой также есть конденсатор, но заметно большей емкости, потому иногда немного искрит при подаче питания на вход.

У менее мощной и более «умной» нагрузки вариантов выбора было заметно меньше, 60/150 Вольт и 5/10/20 Ампер. И опять я выбрал самый мощный и высоковольтный вариант и в данном случае это возможно было ошибкой.

  Ссылка на этот вариант, цена в зависимости от характеристик — USD 17.47-22.49

Вторая нагрузка выглядит заметно меньше размером, я бы даже сказал, что по своему она даже маленькая 🙂

Применен точно такой же вентилятор и радиатор, впрочем это неудивительно, я сам бы так сделал.

На одну из сторон вынесены шунты и клеммы для подключения к тестируемому источнику.
Хоть здесь ток всего 20 Ампер, против 40 у предыдущей, клеммы более основательные. А кроме того правая клемма может быть перепаяна немного по другому и тогда можно подключить внешний балластный резистор для увеличения мощности, правда для этого придется перепрошивать контроллер, а прошивок нет 🙁
Позже я узнал, почему такие мощные клеммы, дело в том, что есть версия этой нагрузки с током до 30, 40 и даже 50 Ампер!

На правую сторону вынесена плата управления, соединенная с силовой платой при помощи шлейфа.

По печатной плате уже можно понять, что она рассчитана на большее. при этом видно, что от каждого из силовых транзисторов идет отдельная цепь для выравнивания тока на транзисторах.
Правда не обошлось и без косяков, хотя в данном случае несущественных. К транзисторам подходит силовая дорожка, а измерительная должна подходить прямо к контактам шунта. Здесь это немного видно не левой паре силовых дорожек. У правой тройки сигнал берется прямо с вывода транзистора и напряжение измеряется в цепи шунт + дорожка, а так как сопротивление меди зависит от температуры, то и сигнал будет «плавать». Но так как эта цепь не участвует в измерении тока для самой нагрузки, то можно «понять и простить».

Важное дополнение, здесь присутствует и третья плата, конвертер UART-RS485. причем конвертер с гальванической развязкой и защитными супрессорами в цепи выхода. В общем считаем что зачет, действительно полезно.
У продавца написано, что при желании можно дополнить Bluetooth конвертером. Что же, весьма полезно, как я считаю.

Так как под рукой конвертера для подключения к компьютеру у меня не было, то купил самый дешевый, буквально за 1.1 бакса в ближайшем магазине.
Собран на базе Ch440 + MAX485, я считаю что за чуть больше доллара это отлично.

Подключение предельно простое, драйвер у меня в системе уже был, но если нет, то ищется в инете без проблем.
Дальше берем любой кусок провода, соединяем А с А и В с В, всё. Вообще нужен кабель типа витой пары, но в пределах квартиры будет работать даже через бельевую веревку 🙂

Выкручиваем стойку и второй винтик, теперь можно снять плату для осмотра.

Что интересно, на плате куча мест, залитых силиконом. Мне не совсем понятна цель данного действия, так как отцарапывается он без особых проблем. Как вариант — защита от влаги отдельных узлов схемы, но тоже маловероятно.

Снизу платы пусто, даже дорожек мало, при этом большая часть отдана под земляной полигон, играющий роль экрана.

Плата имеет несколько мест для установки разъемов и соответственно подключения внешних устройств.
Для начала UART, помеченный как ModbusRTU. Насколько я понимаю, для управления используется протокол Modbus, но все мои знания о нем ограничились пока прочтением статьи в википедии.

Ниже разъем SPI, я так понимаю, что он больше нужен для подключения программатора.
Еще ниже длинный ряд контактов, сюда выведены порты микроконтроллера и питание.

А вот что такое SWIM, немного правее и выше, я не понял. Похоже туда ставится какой-то джампер, средний вывод идет на микроконтроллер, крайние — земля и питание. Т.е. таким образом можно задать три сигнала — 1, 0 и Z. я в процессе пробовал все варианты, но никакой разницы не заметил.

Если в предыдущей нагрузке все было относительно просто, то здесь компонентов побольше.
1. Собственно «мозги», в виде микроконтроллера от STM.
2. Измерительный Ultralow Offset операционник OP07, усиливает сигнал с основного шунта.
3. Также на плате находится преобразователь напряжения LMC7660, он нужен для формирования отрицательного полюса питания операционных усилителей. Я делал нечто похожее в своей электронной нагрузке, там также была связка OP07 + 7660 в цепи измерения тока.
4. Также на плате установлено два прецизионных сдвоенных операционных усилителя OPA2277. 

А вот здесь начинаются небольшие странности.
На плате есть место под два операционных усилителя, при этом даже распаяна вся их обвязка, т.е. просто запаять еще пару OPA2277.
Но самое непонятное то, что первая пара ОУ обслуживает три транзистора, а так как ОУ сдвоенные, то один еще остается. С оставшимся я не разбирался, скорее всего он используется либо для измерения напряжения, либо для управления тремя последующими ОУ.
На каждый транзистор приходится по одной «половинке», так как транзисторов установлено три (ниже покажу). Также есть место для еще пары транзисторов, но им достаточно одного сдвоенного ОУ, зачем еще один, да еще и распаянной обвязкой идентичной первым? Загадка…

Цепь защиты по входному питанию решена как и на предыдущей нагрузке, полисвитч, диод от переполюсовки и кучка конденсаторов.

А вот те три транзистора, о которых я писал выше. плата рассчитана под пять транзисторов, причем даже видно два термодатчика, размещенные между первым и вторым, а также между четвертым и пятым транзисторами. Оба термодатчика видятся в программе управления. Вообще решение очень правильное, производитель явно решил перестраховаться.
Но вот три транзистора из совсем разных партий, оригинально 🙂
Справа виднеется место под разъем для второго вентилятора.

Как я писал выше, на левой стороне платы установлены шунты. Пара П-образных — измерительные для собственно контроллера, данные с этих шунтов отображаются в программе. Шунтов два из пяти, пять используется скорее всего в 50 Ампер версии.
Правее три штуки М-образных — шунты в цепи силовых транзисторов, они используются для выравнивания тока для каждого транзистора отдельно. При этом каждый шунт стоит в цепи с операционным усилителем и ток выравнивается очень точно. Точно такое решение я применял в своей мощной нагрузке, только там 8 транзисторов, 8 шунтов и 4 ОУ. Данное решение является самым правильным, потому как обеспечивает равномерное распределение тока между элементами. Даже можно применить вообще разные транзисторы, ток все равно будет распределен равномерно.

При этом что интересно, на странице товара есть фотографии и показана забавная комбинация, распаяны все ОУ, применен широкий шлейф, т.е. подразумевается что установлено 5 транзисторов, но измерительный шкнт один, а балансирующих — два.

В части обзора более мощной нагрузки я не снимал вентиляторы, но судя по виду там стоят такие же. Довольно мощные вентиляторы 50мм с мощностью почти 3 Ватта от Дельты.
Собственно вентиляторы и являются основными потребителями, потому для данной нагрузки хватит БП 12 Вольт 0.3-0.35 Ампера, а для мощного варианта 12 Вольт 0.6 Ампера.

Перед тем, как перейти к тестам, я взвесил оба устройства. Скорее всего вы спросите, зачем, если они явно не переносные.
Так как заказывались они через посредника, то вес начинает играть довольно большую роль.
Суммарный «полезный вес» составил 1218 грамм, вся упаковка весила 318 грамм, итого общий вес посылки был 1536 грамм. Кстати в процессе у меня вышло превышение расчетного веса, и образовалась задолженность в 1.3 бакса, но посредник все равно выслал посылку. На вопрос — что делать с долгом, мне ответили — это будет учтено при следующей покупке.

Так как первой я осматривал мощный вариант, то и проверять первым буду его.
Подключаем блок питания и переходим к тестам.

Сначала пару слов об управлении.
Каждый модуль управляется своей кнопкой. Короткое нажатие — включение/выключение, длительное — переключение режима работы. При этом:
1. Если долго удерживать кнопку в выключенном режиме, то при включении включится второй режим.
2. Нагрузка «помнит» последний используемый режим.

На первом фото правильная комбинация, зеленый-зеленый, в этом режиме работает режим СС.
Если включить только вторую нагрузку, то ничего не произойдет, сама по себе она не работает.
Две следующих комбинации могут работать, но весьма некорректно, потому использовать их нельзя, впрочем я лучше дальше покажу с примерами.

1. Подключаем к лабораторному БП и выставляем на выходе 30 Вольт, нагрузка выключена.
2. Включаем ведущую (слева), ток нагрузки выставляем на уровне 1 Ампера.
3. Включаем ведомую, ток стал 1.84 Ампера, а не 2, как ожидалось, налицо некорректная калибровка.
4. Выключаем ведущую, ток падает до нуля, сама по себе ведомая работать не умеет.

Ради интереса проверил минимальное падение на нагрузке, даже с учетом кабеля оно составило 0.64 Вольта при токе в 5.1 Ампера. Как-то не догадался измерить сколько реально, но по расчетам выходит около 0.5-0,6 Вольта.

Режим CV. Собственно это была одна из важных причин, почему я купил эти нагрузки. Данный режим нужен не очень часто, но он не может быть заменен режимом СС.
Поясню, если вы проверяете блок питания, то он работает в режиме CV (стабилизированное напряжение) и нагружать его надо в режиме СС (стабилизированный ток). Но если вы проверяете зарядное устройство, то здесь обратная ситуация, оно работает в режиме CC, а нагружать соответственно его надо нагрузкой работающей в режиме CV.
Данный режим скорее похож на аналог мощного стабилитрона, ну или эквивалент аккумулятора, подключенного к тестируемому зарядному устройству.
Да, под зарядным я подразумеваю именно зарядное устройство, а не блоки питания с USB выходом, которые ошибочно называют зарядными.

И так, что же я выяснил.
1. Выставляем на выходе блока питания напряжение в 50-60 Вольт, в данном случае было 54 Вольта.
2. Выводим регулятор нагрузки в крайнее правое положение и постепенным вращением влево добиваемся пока БП перейдет в режим стабилизации тока. Все, нагрузка работает в режиме CV стабилизируя напряжения не уровне в 52 Вольта. Если бы это был не лабораторный БП, а обычный, то он просто ушел бы в защиту, так как нагрузка всеми силами препятствовала бы его нормальной работе.
3. Вращением резистора влево снижаем напряжение еще ниже, например до 16 Вольт. На фото разные токи, это не глюк, просто фото собирались в процессе разных экспериментов и настройка лабораторного БП менялась в процессе экспериментов.
4. Но выяснилась первая проблема — если включить ведомую нагрузку, то напряжение просаживается до нуля. Получается что вместе они в таком режиме работать не могут.
5, 6. у меня получалось запустить ведомую нагрузку в этом режиме, но на самом деле она не работала, это было даже видно по тому, что не запускался ее вентилятор. Кроме того, малейшие изменения и она опять падала в режим КЗ.

Получается что в режиме CV работает только ведущая нагрузка, потому мощность ограничена на уровне 150 Ватт, а не 300, как в режиме СС.
Вторая проблема заключалась в том, что нагрузка рассчитана на 150 Вольт и весь этот диапазон уложен в неполный оборот переменного резистора, соответственно о точности регулировки говорить не приходится, очень грубо. 60 Вольт версия была бы более точной, а здесь скорее всего придется заменить резистор на многооборотный.

Кроме того просто поигрался с разной мощностью, 250-300 Ватт в режиме СС нагрузка рассеивает вообще без проблем, шумит правда громко. Кстати, вентиляторы управляются независимо, и иногда слышно как один снизил обороты, а второй работает на полную.
В режиме CV у меня получалось нагрузить на 160-162 Ватта, дальше раздавался короткий писк из динамика и нагрузка отключалась. Стабильная работа была в районе 155 Ватт.

Для следующего эксперимента использовалось все то же самое, что и выше плюс конвертер USB-RS485 и соединительный кабель.

Особо в процессе не фотографировал, да по сути и фотографировать особо было нечего, потому дальше будет некоторое количество скриншотов, тесты и некоторые пояснения и описания проблем, которые я встретил на своем пути.

На странице товара была ссылка на китайскую «байду», где был выложен весь необходимый софт для работы с данным модулем.
Название основной программы я изменил на более вразумительное — DCL, в остальном «как есть».

То же самое, но с оригинальным именем файла и дополнительной информацией. Как видите, дали много всего, но есть одна проблема, анивирус и система защиты ОС Вин 10 (я пробовал с Вин 7, 8, 10) ругаются на троян в двух файлах (они оба выше имеют одинаковый значок в виде красного квадрата). Так как пробовать все равно хотелось, то пришлось отключить антивирус и запускать все на свой страх и риск.

В итоге запустилось такое ПО. Вернее таким оно должно быть. Я пробовал перейти по ссылке на страницу разработчика, там написано что ПО в «экспериментальном» варианте, потому возможны глюки. Вообще производитель занимается изготовление различных измерительных модулей, но об этом ближе к концу обзора, так будет логичнее.
И так пояснения, что и где в этом ПО, часть стала понятная сразу, часть уже в процессе экспериментов, а последняя часть вообще после перевода с китайского.
1. Окно ввода параметров.
2. Кнопки задания величины параметра, соответственно с шагом 100, 10, 1, 0.1 и 0.01. Первый и последний как правило не используются. Верхние кнопки увеличивают, нижние уменьшают, все довольно логично.
3. Кнопки перехода в режим калибровки, понял назначение случайно, ниже расскажу.
4. Задание режима работы — CC, CV, CW, CR
5. Выбор СОМ порта и номера устройства на этом порту (RS485 поддерживает несколько устройств на одной линии).
6. Включение/выключение нагрузки.
7. А здесь мне пришлось просить знакомых китайских менеджеров, которые знают при этом и более понятный для меня язык :). Это запись результатов работы в файл.

Когда же я запустил ПО у себя на компьютере, то все было более непонятно, вот именно по этому ПО я и разбирался, что и зачем.
Причем точно такая же картина наблюдалась на всех домашних компьютерах и планшетах.
Особенно я подвис когда увидел ток в 655 Ампер.

Но не будем о грустном, поясню основные рабочие режимы.
1. СС, нагрузка постоянным током, задаем ток до 20 Ампер (реально максимум 20.1 Ампера) и если мощность не превышает 150 Ватт, то нагрузка переходит в рабочий режим. Если есть превышение, то сигналит и отключается.
2. CV, то же самое, но выставляем напряжение ограничения. При переходе в этот режим отображается максимум в 151 Вольт, что вполне логично, так как его обычно уменьшают, а не поднимают.
3. CW, довольно распространенный режим, постоянная мощность. Задаем мощность в Ваттах и нагрузка будет поддерживать эту мощность, отбираемую от источника.
4. CR, весьма редкий режим для дешевых устройств, но довольно распространенный для промышленных. Здесь можно задать сопротивление «виртуального резистора» которым будет являться нагрузка. т.е. ток нагрузки будет напрямую зависеть от напряжения источника. к сожалению данный режим очень грубый и дает выбрать только с дискретностью в 1 Ом.

Также выяснилось, что стартует нагрузка очень мягко и иногда это даже раздражает. Например при установке тока в 3 Ампера сначала ток резко поднимается примерно до 2.3-2.3 А, а затем очень плавно доходит до установленного значения. Общее время установки около 30 секунд.

Еще одна проблема, с которой я столкнулся, это то, что по току нагрузка не была откалибрована. Но «не было счастья, да несчастье помогло». Дело в том, что по напряжению калибровка была отличной. Но меня все время смущали две кнопки справа от кнопок установки параметров. при клике на них выдавало какие-то непонятные цифры типа 4556 и 65432, явно какие-то два значения. Сначала я думал что это можно включать имитацию помех или пульсаций, сбила с толку буква Мю. Но в один «прекрасный» момент я понял, что по напряжению нагрузка также начала жутко врать.
и тут я вспомнил, что перед этим тыкал эти кнопки и пробовал что-то выбирать кнопками задания величины. Ну а дальше дело техники.
И так, о калибровке. Справа от кнопок задания величины есть еще пара, верхняя — напряжение, нижняя — ток.
Покажу как калибровать на примере тока.
Последовательно с нагрузкой включаем амперметр.
1. Выбираем режим СС, задаем ток например 4.5 Ампера (чем больше, тем лучше).
2. Тычем правую нижнюю кнопку (около кнопки -0.01), на экран выведет некую константу, она будет иметь большое значение, например 52435 или 65432). используя кнопки установки параметров добиваемся чтобы реальный ток был равен установленному.
3. Включаем опять режим СС, задаем небольшой ток, например 0.5-1 Ампер.
4. Два раза нажимаем на ту же кнопку калибровки, выведет константу с меньшим значением, например 3452 или 4321), пользуясь те ми же кнопками установки добиваемся чтобы реальное значение тока соответствовало установленному.
5. Повторить пока не надоест 🙂 После каждого раза значение большего и меньшего тока будет все больше соответствовать реальному, вернее реальный все ольше будет соответствовать установленному.

С напряжением примерно так же, но здесь есть два пути, правильный и неправильный:
1. Неправильный, подаем стабилизированное напряжение и меняя константы добиваемся чтобы показометр нагрузки показывал точно. Такой способ очень быстрый, но из-за большой дискретности отображения и менее точный.
2. Правильный. Подаем на вход напряжение с ограничением по току, например БП включенный через лампочку, но лучше БП с ограничением тока.
Подключаем к клеммам нагрузки вольтметр.
Переводим нагрузку в режим CV, подаем на вход некое напряжение, например 20-60 Вольт (чем больше, тем лучше) и задаем к примеру на 5 Вольт меньше поданного. Теперь напряжение на входе должно быть равно установленному, так как его задает электронная нагрузка.
Нажимаем на правую верхнюю кнопку калибровки (справа от +0.01), попадаем в режим калибровки и кнопками задания параметров подгоняем режим так чтобы наш внешний вольтметр показывал то, что установлено.
После этого переходим опять в режим CV, выставляем к примеру 5 Вольт (2-5), и повторяем все со второй константой как в примере калибровки тока.
Дальше думаю все понятно, последовательным приближением добиваемся точной установки как верхнего, так и нижнего значения.

Я не проводил особо измерения именно для обзора, но вот как минимум одно информативное фото осталось.
Слева пример работы до калибровки, видно что ток явно завышался, я поднимал с дискретой в 1 Ампер, т.е. 0-1-2-3-4.
Кроме некорректного задания тока весь процесс установки занимал много времени, примерно 1 минута 40 секунд.
Справа пример после калибровки, я поднял до 5 Ампер, 0-1-2-3-4-5, ток устанавливался точно и все заняло около одной минуты.

Помимо собственно базовых параметров можно измерять (рассчитывать) такие величины как мАч и Втч, для этого внизу есть три окна отображающие соответствующие измерения. Часы идут пока нагрузка находится во включенном состоянии, независимо от установленного режима работы, как обнулять все эти значения, не знаю, так как их помнит сам блок. Я пробовал не только перезагружать ПО, а и запускать вторую копию программы из другой папки, потому для обнуления надо передергивать питание самой нагрузки, неудобно.
Но китайцы не были бы китайцами если бы не накосячили и здесь.

Помня как работал USB тестер, я решил провести подобный эксперимент и здесь, задал ток 4 Ампера, и начал делать скриншоты через каждый 6 минут, соответственно должны быть значения 400 мАч, 4 Втч/ 800 мАч, 8 Втч и т.д.
Но выяснилось, что показания мАч занижены ровно в 10 раз, впрочем я на это обратил внимание еще когда экспериментировал до этого, но просто решил перепроверить.
Ну вот как так?
Даже вспомнился фрагмент из книги Фальшивые зеркала.
У него на ладони стоит маленькая коробочка. Мы толпимся вокруг, пытаясь разглядеть, что же это такое.
— «Варлок-9300», — отвечает Шурка. — Наконец получилось так, как задумывал…
Коробочка — это крошечная лифтовая кабина. Самая обычная, коричневого цвета, с раздвигающимися дверями, с обрывком троса наверху.
Вот только высотой лифт десять сантиметров.
— Наиболее удобная форма, — говорит Маньяк. — «Девятитысячник» тоже должен был так работать, но не реализовалось…
— Саша… Сашенька, дорогой ты мой, — хрипло говорит Падла. — А ты уверен, что не напутал с размером? А?
— Вот о размере я как-то не подумал, — самокритично сообщает Маньяк, и я понимаю, что Падлу ждёт ещё один этап наказания за шуточку.
— Видимо, где-то с запятой ошибся…

Выше я писал, что насчет одного момента мне пришлось просить помощи у тех, для кого китайский язык является родным. Справа внизу рабочего окна программы включается запись лога работы, в итоге в папке с программой формируется csv файл с такими непонятными значениями.

Вообще предоставлено много средство для работы с нагрузкой, и отчасти именно по этому дальше не будет продолжения в виде окончательной сборки устройства, так как чувствую, все еще впереди.
Например существует гипотетическая возможность строить графики —

Насколько я понял, графики строятся на основании данных из другой программы, я ее скачал и она даже пытается работать, правда выводит ерунду, потому скриншот от разработчика.

Но еще большей причиной временной паузы в сборке было то, что в процессе поисков информации я наткнулся на модуль, который умеет измерять, отображать и управлять работой устройства.

Но реализовано все это несколько странно, у модуля есть собственные цепи измерения тока и напряжения, слева видно провода, которые идут к токоизмерительному резистору (причем очень правильному, с четырьмя выводами), но при этом модуль соединен и с 485 интерфейсом.
Кроме базовых возможностей заявлено что такое дополнение позволяет —
Опционально — управление по блютуз.
Установка порогов отключения нагрузки, например минимальное напряжение или ток, а также ограничение работы по времени.
Память режимов.
Компенсация падения напряжения на проводах
Ток до 50 Ампер
Кулонометр
18 бит АЦП.
Выбор языка — китайский, английский.

Есть правда и минус, даже на Тао этот модуль стоит около 28 баксов 🙁 Но вполне возможно, что раскошелюсь.

Но идея перейти на подобное управление вызвана еще глюками ПО.
1. Периодически на экране проскакивают спонтанные значения, благо на короткое время и никак не мешают
2. Управление. Товарищи, это капец. Я понимаю что версия ПО тестовая, но чтобы настолько…..
Даже в режиме просто выбора значения тока/ напряжения и т.п. изменение каждого параметра занимает около 3 секунд.
К примеру вам надо выставить 1.2 Ампера, выглядеть это будет так —
нажимаем 1,
3 секунды пауза,
нажимаем 0.1
3 секунды пауза
нажимаем 0.1
3 секунды пауза.

А теперь представьте сколько надо времени чтобы выставить к примеру ток 5.55 Ампера….

Но скажу честно, я пока не теряю надежды на то, что ПО «допилят», а кроме того могу сказать, что к сами нагрузка (т.е. к «железу») особых замечаний по сути и нет, сами по себе они работают неплохо, а кроме того имеют вполне вменяемую цену как для функционала, так и для качества изготовления.
Собственно потому у меня вопрос, возможно кто-то из программистов, кто тоже хочет подобное устройство, сможет помочь в плане программы. Возможно есть вариант прикрутить ардуину с нормальным экраном, кнопками и энкодером. В таком случае я могу заняться «железной» частью в плане перерисовывания схемы для повторения и можно совместно сделать вполне неплохое устройство.

К большой нагрузке пока неспешно ищу хороший амперметр с вольтметром, а также многооборотный резистор и корпус + БП. Но возможно подумаю о переводе её на цифровое управление. В любом случае в планах еще как минимум один обзор с применением.

На этом наверное у меня все. Заказывал нагрузку через посредника yoybuy.com, это была моя первая попытка покупать на Тао. могу сказать что работой посредника остался полностью удовлетворен, быстро, четко, правда теперь я им должен немного денег 🙂
В процессе я подсчитывал, сколько мне вышло все вместе и у меня вышло — 31.27 + 23.49 (сами товары) + 1.9 (доставка по Китаю) + 5,67 (услуги посредника) + 27.82 (доставка ко мне) — 10 (бонус на первую покупку) = $80.15. Реально я заплатил около 78.76, потому должен еще 1.39.
В основном высокая цена вышла из-за большого веса посылки, а кроме того на данный момент цена на модули стала немного ниже.

Зарегистрироваться можно либо с сайта, либо по этой ссылке, ссылка реферальная, может какой бонус перепадет.

Уже когда получил посылки, один из моих читателей подкинул ссылку на эти же товары, только на Али, там в сумме такой же комплект выходит 93 доллара, что примерно на 13 долларов дороже чем купил я месяц назад. но даже если бы цена была одинаковой, все равно я получил в добавок небольшой опыт работы с Тао, а это уже само по себе неплохо 🙂

 

Вот теперь точно все, как всегда жду комментариев, советов, вопросов, замечаний 🙂

Данную статью можно также обсудить на форуме.

 

www.ixbt.com

Электронная нагрузка. — Блоки питания — Источники питания

Николай Сергеев

Назначение

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

Общее описание схемы

Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема электронной нагрузки.

Приведенная схема на рисунке 1 позволяет плавно регулировать нагрузку испытуемого блока питания. В качестве эквивалента нагрузочного сопротивления используются мощные полевые транзисторы T1-T6 включенные параллельно. Для точного задания и стабилизации тока нагрузки, в схеме применяется прецизионный операционный усилитель ОУ1 в качестве компаратора. Опорное напряжение с делителя R16, R17, R21, R22 поступает на неинвертирующий вход ОУ1, на инвертирующий вход поступает напряжение сравнения с токоизмерительного резистора R1. Усиленная ошибка с выхода ОУ1 воздействует на затворы полевых транзисторов, тем самым стабилизируя заданный ток. Переменные резисторы R17 и R22 вынесены на лицевую панель устройства с градуированной шкалой. R17 задает ток нагрузки в пределах от 0 до 20А, R22 в пределах от 0 до 570 мА.

Измерительная часть схемы выполнена на основе АЦП ICL7107 со светодиодными цифровыми индикаторами. Опорное напряжение для микросхемы составляет 1В. Для согласования выходного напряжения токоизмерительного датчика с входом АЦП применяется неинвертирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 10-12, собранный на прецизионном операционном усилителе ОУ2. В качестве датчика тока используется резистор R1, что и в схеме стабилизации. На панели индикации отображается либо ток нагрузки, либо напряжение проверяемого источника питания. Переключение между режимами происходит кнопкой S1.

В предлагаемой схеме реализованы три вида защиты: максимальная токовая защита, тепловая защита и защита от переполюсовки.

В максимальной токовой защите предусмотрена возможность задания тока отсечки. Схема МТЗ состоит из компаратора на ОУ3 и ключа, коммутирующего цепь нагрузки. В качестве ключа используется полевой транзистор T7 с низким сопротивлением открытого канала. Опорное напряжение (эквивалент току отсечки) подается с делителя R24-R26 на инвертирующий вход ОУ3. Переменный резистор R26 вынесен на лицевую панель устройства с градуированной шкалой. Подстроечный резистор R25 задает минимальный ток срабатывания защиты. Сигнал сравнения поступает с выхода измерительного ОУ2 на неинвертирующий вход ОУ3. В случае превышения тока нагрузки заданного значения, на выходе ОУ3 появляется напряжение близкое к напряжению питания, тем самым включается динисторное реле MOC3023, которое в свою очередь запирает транзистор T7 и подает питание на светодиод LED1, сигнализирующий о срабатывании токовой защиты. Сброс происходит после полного отключения устройства от сети и повторного включения.

Тепловая защита выполнена на компараторе ОУ4, датчике температуры RK1 и исполнительном реле РЭС55А. В качестве датчика температуры используется терморезистор с отрицательным ТКС. Порог срабатывания задается подстроечным резистором R33. Подстроечный резистор R38 задает величину гистерезиса. Датчик температуры установлен на алюминиевой пластине, являющейся основанием для крепления радиаторов (Рисунок 2). В случае превышения температуры радиаторов заданного значения, реле РЭС55А своими контактами замыкает неинвертирующий вход ОУ1 на землю, в результате транзисторы T1-T6 запираются и ток нагрузки стремится к нулю, при этом светодиод LED2 сигнализирует о срабатывании тепловой защиты. После охлаждения устройства, ток нагрузки возобновляется.

Защита от переполюсовки выполнена на сдвоенном диоде Шоттки D1.

Питание схемы осуществляется от отдельного сетевого трансформатора TP1. Операционные усилители ОУ1, ОУ2 и микросхема АЦП подключены от двухполярного источника питания собранного на стабилизаторах L7810, L7805 и инверторе ICL7660.

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

 

Настройка схемы

Настройка схемы проводится в следующем порядке.
На вход электронной нагрузки последовательно с проверяемым блоком питания подключается эталонный миллиамперметр, например мультиметр в режиме измерения тока с минимальным диапазоном (мА), параллельно подключается эталонный вольтметр. Ручки переменных резисторов R17, R22 выкручиваются в крайнее левое положение соответствующее нулевому току нагрузки. На устройство подается питание. Далее подстроечным резистором R12 задается такое напряжение смещения ОУ1, чтобы показания эталонного миллиамперметра стали равны нулю.

Следующим этапом настраивается измерительная часть устройства (индикация). Кнопка S1 переводится в положение измерения тока, при этом на табло индикации точка должна переместиться в положение сотых. Подстроечным резистором R18 необходимо добиться, чтобы на всех сегментах индикатора, кроме крайнего левого (он должен быть неактивен), отображались нули. После этого эталонный миллиамперметр переключается в режим максимального диапазона измерений (А). Далее регуляторами на лицевой панели устройства задается ток нагрузки, подстроечным резистором R15 добиваемся одинаковых показаний с эталонным амперметром. После калибровки канала измерения тока, кнопка S1 переключается в положение индикации напряжения, точка на табло должна переместиться в положение десятых. Далее подстроечным резистором R28 добиваемся одинаковых показаний с эталонным вольтметром.

Настройка МТЗ не требуется, если соблюдены все номиналы.

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

 

Элементная база

В качестве силовых транзисторов T1-T6 (IRFP450) могут применяться MOSFET N-канальные транзисторы с напряжением сток-исток не менее 150В, мощностью рассеивания не менее 150Вт и током стока не менее 5А. Полевой транзистор T7 (IRFP90N20D) работает в ключевом режиме и выбирается исходя из минимального значения сопротивления канала в открытом состоянии, при этом напряжение сток-исток должно быть не менее 150В, а продолжительный ток транзистора должен составлять не менее 20A. В качестве прецизионных операционных усилителей ОУ 1,2 (OP177G) могут применяться любые аналогичные операционные усилители с двухполярным питанием 15В и возможностью регулирования напряжения смещения. В качестве операционных усилителей ОУ 3,4 применяется достаточно распространенная микросхема LM358.

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

Подстроечные резисторы R12, R15, R18, R25, R28, R33, R38 многооборотные фирмы BOURNS типа 3296. Переменные резисторы R17, R22 и R26 отечественные однооборотные типа СП2-2, СП4-1. В качестве токоизмерительного резистора R1 использован шунт, выпаянный из нерабочего мультиметра, сопротивлением 0,01 Ом и рассчитанный на ток 20А. Постоянные резисторы R2-R11, R13, R14, R16, R19-R21, R23, R24, R27, R29, R31, R32, R36, R37 типа МЛТ-0,25, R42 – МЛТ-0,125.

Импортная микросхема аналого-цифрового преобразователя ICL7107 может быть заменена на отечественный аналог КР572ПВ2. Вместо светодиодных индикаторов BS-A51DRD могут применяться любые одиночные или сдвоенные семисегментные индикаторы с общим анодом без динамического управления.

В схеме тепловой защиты используется отечественное слаботочное герконовое реле РЭС55А(0102) с одним перекидным контактом. Реле выбирается с учетом напряжения срабатывания 5В и сопротивления катушки 390 Ом.

Для питания схемы может быть применен малогабаритный трансформатор на 220В, мощностью 5-10Вт и напряжением вторичной обмотки 12В. В качестве выпрямительного диодного моста D2 может использоваться практический любой диодный мост с током нагрузки не менее 0,1A и напряжением не менее 24В. Микросхема стабилизатора тока L7805 устанавливается на небольшой радиатор, приблизительная мощность рассеивания микросхемы 0,7Вт.

Конструктивные особенности

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

 

Рисунок 2 – Основание.

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

 

Рисунок 3 – Радиатор в сборе.

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

 

Рисунок 4 – Крепление транзисторов к радиатору.

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

 

Рисунок 5 – Общая компоновка.

 

Рисунок 6 – Главная печатная плата, крепление трансформатора с обратной стороны.

 

Рисунок 7 – Вид в сборе без кожуха.

 

Рисунок 8 – Вид в сборе сверху без кожуха.

 

Основа передней панели изготовлена из электротехнического листового гетинакса толщиной 6мм фрезерованного под крепления переменных резисторов и затемненного стекла индикатора (рисунок 9).

 

Рисунок 9 – Основа передней панели.

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

 

Рисунок 10 – Внешний вид готового устройства.

 

Рисунок 11 – Схема соединений.

Схему соединений добавил Дмитрий Майтов (bocem).

Печатные платы разработаны в формате Sprint-Layout 6.0 и имеются в архиве, так же в архиве вложен файл передней панели в формате FrontDesigner_3.0.

Архив для статьи

Если у Вас возникнут какие либо вопросы по конструкции электронной нагрузки, задавайте их ЗДЕСЬ на форуме, постараюсь помочь и ответить.

Новокузнецк 2014.
 

 

vprl.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о