Товарът с контролирана мощност е част от тестовото оборудване, необходимо за различни електронни проекти. Например, когато изграждате лабораторно захранване, то може да "симулира" свързан поглъщател на ток, за да види колко добре работи вашата верига не само на празен ход, но и при натоварване. Добавянето на захранващи резистори за изхода може да се направи само в краен случай, но не всеки ги има и не могат да се съхраняват дълго време - стават много горещи. Тази статия ще ви покаже как можете да изградите променлива електронна кутия за натоварване, използвайки евтини компоненти, достъпни за радиолюбителите.

Транзисторна електронна верига за натоварване

При този дизайн максималният ток трябва да бъде около 7 ампера и е ограничен от използвания резистор 5W и относително слаб FET. Дори по-високи токове на натоварване могат да бъдат постигнати с резистор 10W или 20W. Входното напрежение не трябва да надвишава 60 волта (максимум за тези FET). Основата е операционният усилвател LM324 и 4 полеви транзистора.

Двата "резервни" операционни усилвателя LM324 се използват за защита и управление на охлаждащия вентилатор. U2C образува прост компаратор между напрежението, зададено от термистора, и делителя на напрежението R5, R6. Хистерезисът се контролира от положителната обратна връзка, получена от R4. Термисторът е поставен в директен контакт с транзисторите на радиаторите и съпротивлението му намалява с повишаване на температурата. Когато температурата надвиши зададения праг, изходът U2C ще бъде висок. Можете да замените R5 и R6 с регулируема променлива и ръчно да регулирате прага. Когато настройвате, уверете се, че защитата е активирана, когато температурата на MOSFET транзисторите е малко под максимално допустимата стойност, посочена в листа с данни. LED D2 сигнализира, когато функцията за защита от претоварване е активирана - монтирана е на предния панел.

U2B елементът на операционния усилвател също има хистерезис за сравнение на напрежението и се използва за задвижване на 12V вентилатор (може да се използва от по-стари компютри). Диодът 1N4001 защитава MOSFET BS170 от индуктивни пренапрежения. Долният температурен праг за активиране на вентилатора се контролира от резистор RV2.

Сглобяване на устройството

За корпуса е използвана стара алуминиева кутия от ключ с много вътрешно пространство за компоненти. Електронният товар използва стари AC/DC адаптери за захранване на 12V за основната верига и 9V за арматурното табло - има цифров амперметър, за да види консумацията на ток с един поглед. Вече ще изчислите мощността сами по добре позната формула.

Ето снимка на тестовата настройка. Лабораторното захранване е настроено на 5 V. Натоварването показва 0.49A. Към товара е свързан и мултицет, така че токът и напрежението на товара се наблюдават едновременно. Сами можете да видите, че целият модул работи правилно.

Това устройство е проектирано и използвано за тестване на захранвания постоянен ток, напрежение до 150V. Устройството ви позволява да зареждате захранвания с ток до 20A, с максимална разсейвана мощност до 600 вата.

Общо описание на веригата

Фигура 1 - Принципал електрическа схемаелектронно натоварване.

Диаграмата, показана на фигура 1, ви позволява плавно да регулирате натоварването на тестваното захранване. Като еквивалент на съпротивлението на натоварването се използват мощни полеви транзистори T1-T6, свързани паралелно. За точно настройка и стабилизиране на тока на натоварване, веригата използва прецизен операционен усилвател OU1 като компаратор. Референтното напрежение от делителя R16, R17, R21, R22 се подава към неинвертиращия вход на OU1, сравнителното напрежение от токоизмерващия резистор R1 се подава към инвертиращия вход. Повишената грешка от изхода на OU1 засяга вратите на полеви транзистори, като по този начин стабилизира дадения ток. Променливи резистори R17 и R22 са поставени на предния панел на устройството с градуирана скала. R17 задава тока на натоварване в диапазона от 0 до 20A, R22 в диапазона от 0 до 570 mA.

Измервателната част на веригата е базирана на ICL7107 ADC с LED цифрови индикатори. Референтното напрежение за микросхемата е 1V. За да се съпостави изходното напрежение на токоизмерващия сензор с входа на ADC, се използва неинвертиращ усилвател с регулируемо усилване 10-12, сглобен върху прецизен операционен усилвател OU2. Резистор R1 се използва като сензор за ток, както в стабилизиращата верига. Панелът на дисплея показва или тока на натоварване, или напрежението на тествания източник на захранване. Превключването между режимите става с бутона S1.

Предложената схема реализира три вида защита: защита от свръхток, термична защита и защита от смяна на полярността.

При максимална токова защита е възможно да се зададе ток на прекъсване. Веригата за свръхток се състои от компаратор на OU3 и превключвател, който превключва веригата на натоварване. Като ключ се използва полеви транзистор Т7 с ниско съпротивление на отворен канал. Референтното напрежение (еквивалентно на тока на прекъсване) се подава от делителя R24-R26 към инвертиращия вход на OU3. Променливият резистор R26 е поставен на предния панел на устройството с градуирана скала. Тримерният резистор R25 задава минималния работен ток на защитата. Сигналът за сравнение идва от изхода на измервателния OU2 към неинвертиращия вход на OU3. Ако токът на натоварване надвиши зададената стойност, на изхода на OU3 се появява напрежение, близко до захранващото напрежение, като по този начин се включва динисторното реле MOC3023, което от своя страна изключва транзистора T7 и захранва светодиода LED1, който сигнализира за действието на текущата защита. Нулирането се извършва, след като устройството е напълно изключено от мрежата и се свърже отново.

Топлинна защита е направена на компаратор OU4, температурен датчик RK1 и изпълнително реле RES55A. Като температурен сензор се използва NTC термистор. Прагът на реакция се задава от тримерния резистор R33. Тримерният резистор R38 задава стойността на хистерезиса. Температурният сензор е монтиран върху алуминиева плоча, която е основата за монтиране на радиаторите (Фигура 2). В случай, че температурата на радиаторите надвиши зададената стойност, релето RES55A затваря неинвертиращия вход на OU1 към земята със своите контакти, в резултат на което транзисторите T1-T6 са заключени и товарният ток има тенденция да нула, докато светодиодът LED2 сигнализира за работа на термична защита. След като устройството изстине, токът на натоварване се възобновява.

Защитата от обратна полярност се основава на двоен Шотки диод D1.

Веригата се захранва от отделен мрежов трансформатор TP1. Операционните усилватели OU1, OU2 и ADC чипът са свързани от биполярен източник на захранване, сглобен върху стабилизаторите L7810, L7805 и инвертора ICL7660.

За принудително охлаждане на радиаторите се използва 220V вентилатор в непрекъснат режим (не е посочен на диаграмата), който се свързва директно към 220V мрежата чрез общ ключ и предпазител.

Настройка на схемата

Схемата е конфигурирана в следния ред.
Референтен милиамперметър, например мултицет в режим на измерване на тока с минимален обхват (mA), е свързан последователно с тестваното захранване към входа на електронния товар, а еталонният волтметър е свързан паралелно. Дръжките на променливи резистори R17, R22 се развиват до най-лявата позиция, съответстваща на нулев ток на натоварване. Устройството получава захранване. След това резисторът за подстригване R12 задава напрежението на отклонение на OU1, така че показанията на еталонния милиамперметър да станат нула.

Следващата стъпка е да конфигурирате измервателната част на уреда (индикация). Бутонът S1 се премества в текущата позиция на измерване, докато точката на панела на дисплея трябва да се премести в позиция на стотни. С тримерния резистор R18 е необходимо да се гарантира, че нулите се показват на всички сегменти на индикатора, с изключение на най-левия (той трябва да е неактивен). След това референтният милиамперметър преминава в режим на максимален обхват на измерване (A). Освен това регулаторите на предния панел на устройството задават тока на натоварване, с резистор за подстригване R15 постигаме същите показания с референтния амперметър. След калибриране на текущия измервателен канал, бутонът S1 се превключва в позиция за индикация на напрежението, точката на дисплея трябва да се премести на десета позиция. След това с резистор за подстригване R28 постигаме същите показания с референтен волтметър.

Настройката на MTZ не се изисква, ако всички оценки са изпълнени.

Настройката на термична защита се извършва експериментално, температурен режимработата на силовите транзистори не трябва да излиза извън регулирания диапазон. Също така, нагряването на отделен транзистор може да не е същото. Прагът на реакция се регулира от тримера R33, когато температурата на най-горещия транзистор се доближи до максималната документирана стойност.

Елементна база

Като силови транзистори T1-T6 (IRFP450) могат да се използват MOSFET N-канални транзистори с напрежение източване-източник най-малко 150V, мощност на разсейване от най-малко 150W и изтичащ ток от най-малко 5A. Полевият транзистор T7 (IRFP90N20D) работи в режим на ключ и се избира въз основа на минималната стойност на съпротивлението на канала в отворено състояние, докато напрежението на източния източник трябва да бъде най-малко 150V, а непрекъснатият ток на транзистора трябва да бъде най-малко 20А. като прецизност операционни усилватели Op-amp 1.2 (OP177G) може да се използва с всякакви подобни операционни усилватели с биполярно захранване от 15V и възможност за управление на напрежението на отклонение. Доста често срещан чип LM358 се използва като операционни усилватели операционни усилватели 3.4.

Кондензаторите C2, C3, C8, C9 са електролитни, C2 е избран за напрежение най-малко 200V и капацитет от 4,7µF. Кондензаторите C1, C4-C7 са керамични или филмови. Кондензаторите C10-C17, както и резисторите R30, R34, R35, R39-R41 са повърхностно монтирани и са поставени на отделна индикаторна платка.

Тримерни резистори R12, R15, R18, R25, R28, R33, R38 са многооборотни фирмени BOURNS тип 3296. Променливите резистори R17, R22 и R26 са домашни еднооборотни типове SP2-2, SP4-1. Като токомерен резистор R1 е използван шунт, запоен от неработещ мултицет, със съпротивление 0,01 Ohm и разчитан за ток от 20A. Фиксирани резистори R2-R11, R13, R14, R16, R19-R21, R23, R24, R27, R29, R31, R32, R36, R37 тип MLT-0,25, R42 - MLT-0,125.

Внесената микросхема на аналогово-цифровия преобразувател ICL7107 може да бъде заменена с домашен аналог KR572PV2. Вместо светодиодните индикатори BS-A51DRD могат да се използват всякакви единични или двойни седемсегментни индикатори с общ анод без динамично управление.

Веригата за термична защита използва домашно слаботоково реле RES55A (0102) с един превключващ контакт. Релето се избира, като се вземе предвид напрежението на реакция от 5V и съпротивлението на бобината от 390 ома.

За захранване на веригата може да се използва малък трансформатор 220V с мощност 5-10W и напрежение на вторичната намотка 12V. Като изправителен диоден мост D2 може да се използва почти всеки диоден мост с ток на натоварване най-малко 0,1A и напрежение най-малко 24V. Чипът за регулатор на тока L7805 е монтиран на малък радиатор, приблизителното разсейване на мощността на чипа е 0,7W.

Характеристики на дизайна

Основата на корпуса (снимка 2) е изработена от алуминиев лист с дебелина 3 мм и ъгъл 25 мм. Към основата са завинтени 6 алуминиеви радиатора, използвани преди за охлаждане на тиристори. Термалната паста Alsil-3 се използва за подобряване на топлопроводимостта.

Фигура 2 - Основа.

цялата зонаповърхността на сглобения по този начин радиатор (фигура 3) е около 4000 cm2. Приблизителната оценка на мощността на разсейване се взема от изчислението на 10 cm2 на 1 W. Като се вземе предвид използването на принудително охлаждане с помощта на 120 мм вентилатор с капацитет 1,7 m3 / h, устройството е в състояние непрекъснато да разсейва до 600 W.

Фигура 3 - Монтаж на радиатора.

Силовите транзистори T1-T6 и двоен диод на Шотки D1, чиято основа е общ катод, са прикрепени към радиаторите директно без изолиращо уплътнение с помощта на термична паста. Транзисторът за защита на тока T7 е прикрепен към радиатора чрез топлопроводим диелектричен субстрат (Фигура 4).

Фигура 4 - Монтиране на транзистори към радиатора.

Монтажът на захранващата част на веригата се извършва с топлоустойчив проводник RKGM, превключването на слаботоковите и сигналните части се извършва с конвенционален проводник в PVC изолация с помощта на топлоустойчива оплетка и термосвиваема тръба . Печатните платки се изработват по метода LUT върху фолио текстолит с дебелина 1,5 мм. Разположението вътре в устройството е показано на фигури 5-8.

Фигура 5 - Общо оформление.

Фигура 6 - Основна печатна платка, монтаж на трансформатор от обратната страна.

Фигура 7 - Изглед на монтажа без корпус.

Фигура 8 - Изглед на монтажа отгоре без корпус.

Основата на предния панел е изработена от електротехнически лист гетинакс с дебелина 6 мм, фрезована за монтаж на променливи резистори и затъмнено индикаторно стъкло (Фигура 9).

Фигура 9 - Основа на предния панел.

Декоративният външен вид (Фигура 10) е направен с помощта на алуминиев ъгъл, вентилационна решетка от неръждаема стомана, плексиглас, хартиена подложка с надписи и градуирани скали, компилирани в програмата FrontDesigner3.0. Корпусът на уреда е изработен от милиметричен лист от неръждаема стомана.

Фигура 10 - Външен видготово устройство.

Фигура 11 - Схема на свързване.

Архив за статия

Ако имате въпроси относно дизайна на електронното натоварване, задайте ги във форума, ще се опитам да помогна и да отговоря.

Всички инженери по електроника, участващи в проектирането на захранващи устройства, рано или късно се сблъскват с проблема за липсата на еквивалент на натоварване или функционалните ограничения на съществуващите товари, както и техните размери. За щастие появата на руския пазар на евтини и мощни полеви транзистори донякъде коригира ситуацията.

Започнаха да се появяват любителски дизайни на електронни товари, базирани на транзистори с полеви ефект, по-подходящи за използване като електронно съпротивление от техните биполярни колеги: по-добра стабилност на температурата, почти нулево съпротивление на канала в отворено състояние, ниски контролни токове са основните предимства, които определят предпочитание за използването им като регулиращ компонент в мощни устройства. Освен това се появи голямо разнообразие от предложения от производители на инструменти, чиито цени са пълни с голямо разнообразие от модели електронни товари. Но тъй като производителите фокусират своите много сложни и многофункционални продукти, наречени "електронни товари", основно върху производството, цените на тези продукти са толкова високи, че само много богат човек може да си позволи покупка. Вярно е, че не е съвсем ясно защо един богат човек се нуждае от електронен товар.

EN индустриално производство, насочено към аматьорския машиностроителен сектор, не съм забелязан. Така че, отново, трябва да направите всичко сами. Ех... Да започваме.

Предимства на електронния манекен за натоварване

Защо по принцип електронните еквиваленти на натоварване са за предпочитане пред традиционните средства (мощни резистори, лампи с нажежаема жичка, термонагреватели и други устройства), често използвани от дизайнерите при настройка на различни захранващи устройства?

Гражданите на портала, свързани с проектиране и ремонт на захранвания, несъмнено знаят отговора на този въпрос. Лично аз виждам два фактора, които са достатъчни, за да имам електронен товар в моята „лаборатория“: малки размери, възможност за контрол на мощността на товара в широк диапазон с прости средства (начинът, по който регулираме силата на звука или изходното напрежение на захранването - с конвенционален променлив резистор, а не с мощни контакти на ножовия превключвател, реостатен двигател и др.).

В допълнение, "действията" на електронния товар могат лесно да бъдат автоматизирани, като по този начин се улеснява и усъвършенства тестването на захранващото устройство с електронния товар. В същото време, разбира се, очите и ръцете на инженера се освобождават, работата става по-продуктивна. Но за прелестите на всички възможни звънци и съвършенства - не в тази статия, а може би от друг автор. Междувременно - само за друг вид електронен товар - импулсен.

Относно резистора R16. Когато през него премине ток от 10A, мощността, разсейвана от резистора, ще бъде 5W (със съпротивлението, посочено на диаграмата). В реален дизайн се използва резистор със съпротивление 0,1 Ohm (необходимата стойност не е намерена) и мощността, разсейвана в неговия случай при същия ток, ще бъде 10W. Температурата на резистора е много по-висока от температурата на клавишите EH, които (при използване на радиатора, показан на снимката) не се нагряват много. Ето защо е по-добре да инсталирате температурен сензор на резистор R16 (или в непосредствена близост), а не на радиатор с EN ключове.

Още няколко снимки

Когато започнах да се опитвам да поправя компютърни захранвания, имах един проблем. Факт е, че не е много удобно постоянно да свързвате PSU към компютъра (само много неудобства), а също и не е безопасно (тъй като неправилно или ненапълно ремонтирано устройство може да повреди дънната платка или други периферни устройства).
След като потърсих малко вериги в Интернет, намерих няколко решения на веригата за този проблем. Те също бяха на микроконтролер, на транзистори-резистори с печатна платка (което мисля да направя за себе си в бъдеще) и на нихромови спирали. Тъй като най-близкият радиомагазин е на 150 км от мен, реших да събера товар от това, което лежеше наоколо в гаража и нихромова спирала, която се продава за електрически печки в почти всеки електромагазин.

Избрах корпуса от същото захранване, запоявах основните връзки и взех малко затягащи блокове, направих LED индикация на каналите: +12, +5, +3.3, +5VSB, PG. Все още няма натоварване на канали -5, -12. Инсталирах ключ за захранване, който свързва PS_ON и GND. Донесох проводници от всички мощности към задния панел, за да проверя напрежението с тестер. Конекторът е запоен дънна платка, а имаше и вентилатор за издухване на спирали и резистори. За натоварване от + 12V бяха използвани два резистора от стари телевизори с 5.1 Ohm.

Няколко думи за това как да измерите спирала. Взимаме тестер и измерваме цялото съпротивление, след което измерваме дължината на цялата спирала. Знаейки дължината на спиралата до милиметър, разделяме съпротивлението в ома на милиметри и установяваме колко ома на 1 мм. След това изчисляваме дължината на сегмента на спиралата.
Пример.

Разглеждаме схемата (много е проста и лесна за повторение):

А сега малко снимки на завършеното устройство.

Това проста схема електронно натоварванеможе да се използва за тестване различни видовезахранвания. Системата се държи като резистивен товар с възможност за регулиране.

С потенциометър можем да фиксираме всяко натоварване от 10mA до 20A и тази стойност ще се поддържа независимо от спада на напрежението. Текущата стойност се показва непрекъснато на вградения амперметър - така че няма нужда да използвате мултицет на трета страна за тази цел.

Схема на регулируемо електронно натоварване

Схемата е толкова проста, че почти всеки може да я сглоби и мисля, че ще бъде незаменима в работилницата на всеки радиолюбител.

Операционният усилвател LM358 гарантира, че спада на напрежението на R5 е равен на стойността на напрежението, зададена с потенциометри R1 и R2. R2 е за груба настройка, а R1 за фина настройка.

Резистор R5 и транзистор VT3 (ако е необходимо и VT4) трябва да бъдат избрани, съответстващи на максималната мощност, която искаме да заредим нашето захранване.

Избор на транзистор

По принцип всеки N-канален MOSFET транзистор ще свърши работа. Работното напрежение на нашия електронен товар ще зависи от неговите характеристики. Параметрите, които трябва да ни интересуват, са големият I k (ток на колектора) и P tot (разсейване на мощността). Токът на колектора е максималният ток, с който транзисторът може да се справи, а разсейването на мощността е мощността, която транзисторът може да разсее като топлина.

В нашия случай транзисторът IRF3205 теоретично издържа на ток до 110A, но максималната му разсейвана мощност е около 200W. Тъй като е лесно да се изчисли, можем да зададем максималния ток от 20A при напрежение до 10V.

За да подобрим тези параметри, в този случай използваме два транзистора, които ще ни позволят да разсеем 400 вата. Освен това ще ни трябва мощен радиатор с принудително охлаждане, ако наистина искаме да извлечем максимума от него.