Схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока: Red-Resistor.ru — Электронная нагрузка — Бетонный завод в Феодосии: доставка продукции с РБУ от производителя

Содержание

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

Форум по обсуждению материала ЭЛЕКТРОННАЯ НАГРУЗКА С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА

УСИЛИТЕЛЬ ИЗ ЭЛЕКТРОФОНА

Подключение и испытание усилительного модуля на транзисторах КТ835 от электрофона «Россия 321 Стерео».

Простая электронная нагрузка для начинающих

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Измерения >

Простая электронная нагрузка для начинающих

Начну с цитаты: «Обычно при изготовлении (как впрочем и при ремонте) блоков питания или преобразователей напряжения требуется проверить их работоспособность под нагрузкой. И тут начинаются поиски. В ход идёт всё, что есть под рукой: различные лампочки накаливания, старые электронные лампы, мощные резисторы и тому подобное. Подбирать нужную нагрузку таким образом — это невероятно затратное (как по времени, так и по нервам) занятие. (Лучше и не скажешь! Сам сталкивался с такой проблемой.) Вместо этого очень удобно пользоваться электронной регулируемой нагрузкой. Нет, нет, не надо ничего покупать. Сделать такую нагрузку сможет даже школьник. Всё, что нужно, — это мощный полевик, операционный усилитель, несколько резисторов и радиатор побольше. Схема — более чем простая и, тем не менее, отлично работает.» — https://radiohlam.ru/raznoe/nagruzka.htm

Эта статья является предисловием к более сложному устройству и предназначена для тех, кто постоянно тасует мощные резисторы и лампочки, используемые как нагрузка, а знаниями (опытом, решимостью) для сборки сложных схем еще не обладает.

Начиналось все с вышеуказаной статьи и вот такой схемы с расчетами (за описанием отсылаю к первоисточнику):

На основе этой схемы собрано устройство, практически идентичное авторскому, которое верой и правдой служило пару лет при напряжения на нем до 20-25В. Видно, что низкоомный резистор Rti собран аж из четырех! подручных.

К сожалению, при тестировании очередного блока и подаче с него напряжения более 30В нагрузка сгорела — пробился полевик, скорее всего из-за превышения напряжения затвор-сток. Кроме того, ток в этой схеме очень сильно зависит от поданого напряжения. Поэтому схема была немного доработана — добавлены стабилизаторы напряжения питания ОУ, опорного напряжения и индикатор высокого опасного (для схемы) напряжения.

Описывать здесь особо нечего. На стабилитроне VD2 собран источник опорного напряжения, который вполне сносно (достаточно для таких задач) работает при напряжениях от 7 до 30В. При напряжении менее 5В не выходит на режим стабилитрон VD2 и вследствие уменьшения напряжения на нем, а также недостаточного напряжения на выходе U1 максимальный ток, устанавливаемый нагрузкой снижается.

Операционный усилитель U1, транзистор Q1 и резисторы R6, R7 образуют источник стабильного тока, значение которого регулируется изменением напряжения, подаваемого с резистора R3.

Вспомогательными элементами схемы являются:

диод VD1 защищающий схему от неправильной подачи питания;

интегральный стабилизатор U2, ограничивающий напряжение питания микросхемы, вентилятора и напряжение на затворе полевого транзистора;

светодиод HL1, индицирующий подачу питания;

светодиод HL2, индицирующий опасно высокое входное напряжение.

Конечно, при входном напряжении менее 13В на выходе интегрального стабилизатора напряжение также будет снижено, но существенного вляиния на работу схемы это не оказывает.

Плата и расположение деталей (вид со стороны деталей, одна перемычка голубого цвета):

Рисунок платы — в прилагаемом файле, зеркалить не нужно.

Устройство собрано из того, что было под рукой вперемешку от блоков питания, мониторов и даже старых советских радиодеталей. Полевой транзистор практически любой такой структуры с током более 5А и напряжением более 30В, например IRFZ34, 44 и аналогичные — что есть под рукой. Диодная сборка — от блока питания AT(X). Радиатор и вентилятор — от процессора (побольше). Для подачи напряжения имеет разъемы — стандартный Molex от винчестера (папа) и два винтовых.

Минимальный ток определяется током вентилятора. Нагрузка достаточно уверенно держит 12В/4А т.е. рассеиваемую мощность около 50Вт. в течении 10 мин. После этого по запаху чувствуется, что не хватает охлаждения. При больших напряжениях желательно не устанавливать большие токи, чтобы не превышать эту мощность и не допустить перегрева транзистора, или применить больший радиатор и вентилятор.

Таким образом, получилось простое устройство, собираемое из «хлама», не требующее отдельного источника питания, не содержащее в себе импульсных преобразователей и в 95% случаем обеспечивающее потребности радиолюбителя при проверке и регулировке блоков питания.

А об аналогчной нагрузке с модульной структурой и расширеной функциональностью я расскажу в следующий раз.

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

Все вопросы в
Форум.

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Токовая электронная нагрузка

Электронная нагрузка вещь очень полезная, предназначена для теста источников питания, в том числе и аккумуляторов.

Например если имеется сомнительный блок питания и нужно выяснить его выходные параметры первым делом нужно его нагрузить, при этом каждый блок питания требует индивидуального расчета нагрузочного резистора и чем мощнее блок, тем мощнее должен быть нагрузочный резистор.

Электронная нагрузка выполняет ту же функцию, только является универсальным вариантом для любых источников питания.

Наш вариант очень простой и построен всего на одном операционном усилителе LM358, но задействован всего один элемент ОУ.

Мощность рассеивается на транзисторах, поэтому чем больше их количество и ток коллектора каждого транзистора, тем больше может быть общая мощность рассеиваемая электронной нагрузкой.

В теории общий ток может доходить до 40 Ампер с учетом тока коллектора кт827, но в деле естественно все будет зависеть от напряжения тестируемого источника питания, если мощность превышает 250 ватт, транзисторам придет кирдык, уделите этому моменту должное внимание.

Мощные резисторы в этой схеме тоже рассеивают некоторую мощность (и не малую). Эмиттерные резисторы предназначены для выравнивания тока через транзисторы, мощный низкоомный шунт R12 служит датчиком тока, на нем будет рассеиваться колоссальная мощность, поэтому этот резистор подбираем с мощностью около 40 ватт.

Принцип работы довольно прост. При подключении нагрузки образуется падение напряжения на шунте R12 и нарушается баланс напряжений на входах операционного усилителя, последний будет стараться уравновесить это напряжение за счет изменения выходного напряжения, уменьшая или увеличивая его. Тем самым измениться напряжение на базах составных транзисторов, в следствии чего изменится и ток проходящий по ключам.

Переменными резисторами мы можем искусственным образом изменить напряжение на неинвертирующем входе ОУ, этим управляем током протекающий по транзисторам.

Трансформатор в схеме нужен только для питания операционного усилителя и блока индикаторов, поэтому он нужен маломощный. Вторичное напряжение трансформатора от 9 до 15 Вольт, все ровно потом это напряжение будет стабилизировано до уровня 12 Вольт.

Нынче КТ827 очень дороги, но уверяю, они являются наилучшим решением в этой схеме, знаю что появятся вопросы на счет внедрения полевых транзисторов и должен сказать, что пробовал и с ними. Проблема в том, что при больших токах полевики тупо коротят, я думаю в случае их использования не помешает отдельное управление.

А так можно использовать любые составные ключи, в том числе и кт829, естественно нужно учитывать, что ток этих транзисторов в несколько раз ниже, чем ток коллектора КТ827.

Кнопкой S1 меняем чувствительность ОУ, этим можем переключить нагрузку на более точных измерений малых токов.

Свою конструкцию я дополнил ваттметром, который имеет функцию измерения емкости и в итоге получил электронную нагрузку с функцией разряда аккумуляторов с целью выявления их емкости, притом система может разряжать аккумуляторы большим током (лично тестировал на токах до 20 Ампер, никаких нареканий).
Монтаж простенький, корпус позаимствован у лабораторного источника питания PS-1502.

Каждый транзистор установлен на свой радиатор, вся система дополнена активным охлаждение, притом имеется простенькая схема регулировки оборотов кулера.

В архиве находится печатная плата. А с вами был Ака Касьян, удачи в творчестве, до новых встреч!

Архив

Электронная нагрузка на микросхеме LM358 и транзисторах КТ818

Зачастую с проблемой поиска нужной нагрузки сталкиваются те радиолюбители, которые изучают силовую электронику. Проверяя выходные характеристики того или иного блока питания, будь он самодельный или промышленный, необходима нагрузка с возможностью регулировки. Самым простым решением этой проблемы является использование учебных реостатов, ламп, мощных керамических резисторов, автомобильных ламп и нихромового нагревательного элемента. В этих случаях регулировка тока значительно ограничена (в случае с реостатом) или же вовсе невозможна.

В электронной нагрузке вся мощность выделяется на силовых элементах – транзисторах. Такой вариант можно сделать на любую мощность, и они гораздо универсальнее, чем обычный реостат. Профессиональные лабораторные электронные нагрузки стоят кучу денег.

Теперь давайте разберем схему, составные элементы которой я взял здесь и адаптировал под имеющиеся у меня детали.

Цепь защиты составлена из плавкого предохранителя FU1 и диода VD1. Нагрузка выполнена на четырех транзисторах КТ818. У них приемлемые характеристики по току и рассеиваемой мощности, а также они сравнительно дешевые и широко распространены. Управление VT5 на транзисторе КТ815, а стабилизация на операционном усилителе LM358. Амперметр, показывающий ток, проходящий через нагрузку, я установил отдельно. Поскольку если амперметром заменить резисторы R3 и R4, то будет теряться часть тока, который потечет через VT5 и показания будут занижены. А судя по тому, как нагреваются КТ815, ток через них протекает приличный. Я даже подумываю, что между эмиттером VT5 и землей надобно поставить еще одно сопротивление на 50…200 Ом.

Отдельно надо рассказать о цепи R10…R13. Так как регулировка происходит не линейно, необходимо брать одно переменное сопротивление в 200…220 кОм с логарифмической шкалой, либо ставить два переменных резистора, которые обеспечивают плавное регулирование во всем диапазоне. При чем R10 (200кОм) регулирует ток от 0 до 2.5А, а R11 (10 кОм) при выкрученном в ноль R10 регулирует ток от 2.5 до 8 А. Верхний предел тока устанавливается резистором R13. При настройке будьте осторожны, если напряжение питания случайно попадет на третью ногу операционного усилителя, КТ815 открывается полностью, что с большой вероятностью приведет к выходу из строя всех силовых транзисторов.

Казалось бы, при таких мощных транзисторах, которые выдерживают до 80 вольт и 10 А, суммарная мощность должна быть не менее 3 кВт. Но, так как мы делаем «кипятильник» и вся мощность источника уходит в тепло, то ограничение накладывается показателем рассеиваемой мощности транзисторов. По даташиту она всего лишь 60 Вт на один транзистор, а с учетом того, что теплопроводность между транзистором и радиатором не идеальна, то фактическая рассеиваемая мощность и того меньше. И поэтому чтобы хоть как-то улучшить теплоотвод я прикрутил транзисторы VT1…VT4 непосредственно к радиатору без прокладок на теплопроводную пасту. При этом мне пришлось сделать специальные накладки на радиатор, чтобы он не замыкал на корпус.

К сожалению, у меня не было возможности протестировать работу устройства во всем диапазоне напряжений. Но при 22V 5A нагрузка работает стабильно и не перегреваясь. Однако, как говорится, в бочке меда есть и ложка дегтя. Из-за недостаточной площади имевшегося у меня радиатора, при нагрузке более 130 ватт, через какое-то время (3…5 минут) транзисторы начинают перегреваться. Поэтому если будете собирать подобную схему, берите радиатор как можно большей площади и обеспечите ему надежное принудительное охлаждение в виде вентилятора.

Стоит особо подчеркнуть, что обязательно при наладке ставьте резистор R13 не менее 10 кОм. Потом по мере понимания, какой ток вам нужен, уменьшайте это сопротивление.

Дата публикации: 10 April 2020

Универсальный эквивалент нагрузки на TL494 от 0,01А до 20 А с плавной регулировкой. — Регуляторы мощности — Источники питания

Приняв во внимание требование «простых, полезных, не содержащих МК» устройств — решил, что данный эквивалент отвечает вашим запросам. : )
(Измеритель тока и нгапряжения используется здесь в качестве мультика для наглядности. Главная суть статьи эквивалент).

Фото прибора в работе при разных токах (идет испытание компового БП канал 12 в)

Часто при испытании источников питания желательно иметь эквивалент нагрузки с плавной регулировкой потребляемого тока. Вместо реостатов в качестве нагрузочных элементов успешно применяют мощные транзисторы, без нагрузок. Но в процессе испытаний нагрузочные транзисторы сильно нагреваются и могут пробиться и сжечь испытуемый блок (если в нем нет защиты), также температурный дрейф их параметров затрудняет проведение испытаний. В данном эквиваленте ток через нагрузочный элемент (спираль нихрома) регулируется с помощью ШИМ регулятора. В случае пробоя ключа, КЗ не будет. Напряжение проверяемого источника может доходить до 45 вольт (зависит только от транзистора и длинны нихрома), что очень удобно при снятии нагрузочных характеристик и проведении других испытаний. С помощью эквивалента нагрузки можно проверять любые блоки питания (АТХ, лабораторники, драйверы светодиодов и пр.), батареи. Устройство очень необходимо при испытании и налаживании блоков питания. Оно заменяет нагрузку в виде набора постоянных или переменных резисторов (или ламп накаливания).

Схема:

Конструкция и детали.

Конструкция прикручена на пластмассовой платформе к приборной полке вместе с нихромовой проволокой и подвешена вверх тормашками.

Измеритель используется для удобства работы с эквивалентом (схема взята со статьи «моддинг БП»).

В устройстве использованы детали для поверхностного монтажа, размещенные на двух печатных платах из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Транзистор установлен на одном теплоотводе с кулером. Транзистор прикрепляют к теплоотводу винтом без изолирующей подложки. Резистор 0,6 Ом намотан из толстой нихромовой проволоки от несправного реостата Остальные постоянные резисторы — типоразмера 1206 и мощностью 0,125 Вт.

Вместо компонентов для поверхностного монтажа можно применить обычные. Сильноточные цепи выполняют проводом соответствующего сечения. Устройство не требует налаживания. Проверяемый источник питания с напряжением от 0,1 до 45 В подключают к устройству с соблюдением полярности. Ток, потребляемый эквивалентом нагрузки, регулируют резистором R2. Интервал регулировки тока равен 0,01…20 А при указанных на схеме номиналах элементов и напряжении питания до 45 В.

С помощью конденсатора С1 подстраиваем частоту 10 кГц на выходе, но можно меньше, можно больше.

Драйвер работает с отрицательным смещением, для лучшего закрывания силового транзистора. Осциллограммы на затворе силового транзистора

Транзистор греется не сильно, даже при длительной работе. Имеет место небольшой нагрев С13 и немного С15. Также если напряжение превышает 20 вольт, то начинает подогреваться снаберный конденсатор С12.

На последок поведаю, что работает этот эквивалент третий год в моей домашней мастерской, радуя своей четкой работой и удобством. Пользоваться приходится очень часто, особенно после ремонта различных блоков питания. Проверка блока может быть длительной, а испытание тока срабатывания защиты занимает 10 секунд.

Если кому нужен простой и удобный эквивалент – собирайте, точно пригодится и не подведет.

АРХИВ:Скачать

Мощный эквивалент нагрузки на полевом транзисторе. Электронная импульсная нагрузка на базе TL494

Токовая электронная нагрузка

Расскажу о полезном для радиолюбителей устройстве – о токовой электронной нагрузке с возможностью измерения емкости аккумуляторов. Зачем нужен этот прибор?

Все сталкивались с ситуацией, когда надо выяснить параметры какого-нибудь источника питания, например, лабораторного БП, драйвера светодиодов или зарядноо устройства. Ведь практика показывает, что производители не всегда указывают верные параметры. Конечно, есть самый простой вариант — нагрузить резистором, рассчитанным по закону Ома, и измерить ток с помощью мультиметра. Но для каждого случая надо делать свои расчеты и не всегда можно найти мощный резистор нужного номинала, они довольно дороги. Целесообразнее использовать электронную или активную нагрузку, позволяющую нагрузить любой БП или аккумулятор, и регулировать ток нагрузки обычным потенциометром.

А за счет включения в схему многофункционального цифрового ваттметра, показывающего емкость, этот нагрузочный стенд может разрядить аккумулятор и показать его реальную мощность. Кстати, в отличие от IMAX 6 наша система может разряжать аккумуляторы с током до 40А. Это удобно для автомобильных аккумуляторов.

Схема построена на сдвоенном операционном усилителе (ОУ) LM358, хотя задействован только 1 элемент.

Датчиком тока является мощный резистор R12, желательно на 40Вт, хотя я поставил на 20Вт. Можно соединить параллельно несколько резисторов для получения нужной мощности так, чтобы итоговое сопротивление было равно 0.1 Ом. R10 и R11 (0.22 Ом/ 10Вт) — токовыравнивающие элементы для силовых ключей.У меня реально стоят параллельно 2 х 0.47 Ом / 5Вт для каждого транзистора.

ОУ управляет двумя составными транзисторами КТ827, установленными на отдельные радиаторы. Транзисторы оптимальны для этой схемы, хотя и довольно дорогие.

Принцип работы.

При подключении тестируемого устройства образуется падение напряжения на мощном токовом резисторе R12, соответственно меняется напряжение на входах ОУ, следовательно, и на его выходе. В итоге, сигнал поступающий на транзисторы зависит от падения напряжения на шунте. Изменится ток протекающий по транзисторам.

Потенциометром изменяем напряжение на неинвертирующем входе ОУ и также как описано выше изменяется ток через по транзисторы. Данные транзисторы позволяют работать с токами до 40А, но требуют хорошего охлаждения, т. к. они работают в линейном режиме. Поэтому, кроме массивных радиаторов я поставил вентилятор, с регулировкой оборотов, который можно включить отдельной кнопкой. Схема регулятора оборотов собрана на небольшой плате.

Теоретически максимальное входное напряжение может быть до 100В – транзисторы выдержат, но китайский ваттметр рассчитан только до 60В.

Кнопка S1 изменяет чувствительность ОУ, т.е. переключает на малые токи для точного измерения тестируемых маломощных источников.

Важные особенности данной схемы:

наличие обратной связи для обоих транзисторов,
возможность изменения чувствительности ОУ.
грубая и тонкая регулировка тока (R5 и R6).

Трансформатор в схеме питает только ОУ и блок индикаторов, подойдет любой с током от 400мА и напряжением 15-20В, все равно напряжение потом стабилизируется до 12В линейным стабилизатором 7812. Его нет необходимости ставить на радиатор.

Собрал все в корпус от лабораторного БП PS 1502 за пару дней, с учетом разработки и травления платы.

Минусом этой схемы является отсутствие защиты от переполюсовки питания, но ее можно доработать. Также в дальнейшем добавлю токовую защиту, а пока стоит только предохранитель. При желании увеличить общий ток можно добавить еще пару транзисторов КТ827.

vip-cxema.org

Форум по схеме

radioskot.ru

схема. Самодельная электронная нагрузка на полевом транзисторе

С целью проверки блоков питания существует электронная нагрузка. Данное устройство работает по принципу генерации сигнала. К основным параметрам модификаций стоит относить пороговое напряжение, допустимую перегрузку, а также коэффициент рассеивания. Существует несколько типов устройств. Для того чтобы разобраться в нагрузках, в первую очередь рекомендуется ознакомиться со схемой прибора.

Схема модификации

Стандартная схема нагрузки включается в себя резисторы, выпрямитель и порты модулятора. Если рассматривать устройства небольшой частоты, то у них используются трансиверы. Данные элементы работают на открытых контактах. Для передачи сигнала используются компараторы. В последнее время популярными считаются нагрузки на стабилизаторах. В первую очередь их разрешается применять в сети постоянного тока. У них быстро происходит процесс преобразования. Также стоит отметить, что неотъемлемым элементом любой нагрузки считается усилитель и регулятор. Данные устройства замыкаются на обкладке. У них довольно высокая проводимость. За процесс генерации у моделей отвечает именно модулятор.

Типы модификаций

Различают импульсные и программируемые устройства. В отдельную категорию выделены лабораторные, которые подходят для мощных блоков питания. Также модификации отличаются по частоте, с которой они работают. Низкочастотные нагрузки оснащаются транзисторами с канальным переходником. Они используются в сети переменного тока. Модели высокочастотного типа изготавливаются на базе открытого тиристора.

Импульсные устройства

Как делается импульсная электронная нагрузка? В первую очередь для сборки эксперты рекомендуют подобрать хороший тиристор. При этом модулятор подходит только на две фазы. Специалисты говорят о том, что расширитель должен работать попеременно. Рабочая частота у него обязана составлять примерно 4000 кГц. Трансивер в нагрузку устанавливается через модулятор. После пайки конденсаторов стоит заняться усилителем.

Для стабильной работы нагрузки потребуется три фильтра канальной направленности. Для проверки прибора применяется тестер. Сопротивление должно составлять примерно 55 Ом. При средней загруженности самодельная электронная нагрузка выдает номинальное напряжение в районе 200 Вт. Для поднятия чувствительности применяются компараторы. При замыканиях системы стоит проверять цепь от конденсатора. Если сопротивление на контактах занижено, значит, трансивер нужно менять на емкостный аналог. Многие специалисты указывают на возможность использования волновых фильтров, у которых хорошая проводимость. Регуляторы для этих целей применяются на триоде.

Программируемые модели

Электронная программируемая нагрузка собирается довольно просто. С этой целью применяется расширительный трансивер на 230 В. Для передачи сигнала используется три контактора, которые отходят от транзистора. Для контроля процессом преобразования применяются регуляторы. Наиболее часто используются именно линейные аналоги. Триод применяется с изолятором. В данном случае потребуется паяльная лампа. Непосредственно резистор фиксируется на трансивере.

Для модели однозначно не подойдут обычные компараторы, у которых низкий коэффициент рассеивания. Также стоит отметить, что многие допускают ошибку, когда устанавливают один фильтр. Для нормальной работы приора используются только емкостные аналоги. Номинальное напряжение на выходе должно составлять примерно 200 В при сопротивлении на уровне 40 Ом. Если собирать устройства на однопереходном расширителе, то линейные модели не подходят.

В первую очередь прибор не будет работать из-за большой перегрузки тиристора. Также стоит отметить, что для модели потребуется строчный модулятор с низкой чувствительностью. Некоторые специалисты при сборке используют стабилизаторы. Если рассматривать простую модификацию, то подойдет регулируемый тип. Однако чаще всего используют именно инвертирующие элементы.

Лабораторные модификации

Собирается лабораторная электронная нагрузка своими руками с мощным тиристором. Резисторы применяются с емкостью от 40 пФ. Специалисты говорят о том, что конденсаторы можно применять только расширительного типа. Особое внимание при сборке стоит обращать на модулятор. Если использовать проводной аналог, то для нагрузки потребуется три фильтра. Простая электронная нагрузка имеет модулятор фазового типа с проводимостью от 30 мк. Сопротивление составляет примерно 55 Ом. Также стоит отметить, что нагрузки часто складываются на базе коммутируемого трансивера. Основная особенность таких устройств кроется в высокой пульсации. При этом проводимость обеспечивается на отметке 30 мк.

Устройство на полевом транзисторе

Электронная нагрузка на полевом транзисторе делается только на базе компаратора, а тиристор используется регулируемого типа. При сборке в первую очередь стоит подобрать конденсаторный блок, который играет роль генератора импульсов. Всего для модификации потребуется три фильтра. Резистор устанавливается за обкладками. Специалисты говорят о том, что электронная нагрузка на полевом транзисторе выдает сопротивление 40 Ом.

Если проводимость сильно повышается, значит, устанавливается емкостный конденсатор. Непосредственно трансивер рекомендуется использовать на два контакта. Реле устанавливается стандартно с регулятором. Номинальное напряжение у нагрузок данного типа составляет не более 400 Вт. Специалисты утверждают, что обкладка должна фиксироваться за резистором. Если рассматривать высокочастотную модель для блоков питания на 300 В, то модулятор потребуется волнового типа. При этом за тиристором устанавливается тетрод.

Модель с плавной регулировкой тока

Схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока включает в себя один тиристор. Конденсаторы для модели потребуются расширительного типа с низкой проводимостью. Также стоит отметить, что в нагрузку ставится один усилитель. Наиболее часто применяются волновые аналоги, у которых имеется фазовый переходник. Непосредственно регулятор устанавливается за модулятором, а номинальное напряжение должно составлять около 300 Вт.

Простая электронная нагрузка с плавной регулировкой тока имеет два контактора для подключения. Тиристоры иногда могут использоваться на обкладках. Компараторы в устройствах устанавливаются со стабилизаторами и без них. В данном случае многое зависит от рабочей частоты. Если этот параметр превышает 300 кГц, то лучше не устанавливать стабилизатор. В противном случае значительно повысится коэффициент рассевания.

Устройство на базе TL494

Электронная нагрузка на базе TL494 собирается довольно просто. Резисторы для модификаций подбираются строчного типа. Как правило, у них высокая емкость. И они способны работать в сети постоянного тока. При сборке модели тиристор применяется на две обкладки. Электронная импульсная нагрузка на базе TL494 работает с расширителем фазового либо импульсного типа.

Наиболее часто встречается первый вариант. Номинальное напряжение у нагрузок стартует от 220 Вт. Фильтры используются полного типа, а проводимость равняется не более 4 мк. При установке регулятора важно оценить выходное сопротивление. Если данный параметр не является постоянным, то для модели используется усилитель. Контакторы устанавливаются с переходниками и без них. Выходное напряжение в цепи составляет у нагрузок примерно 300 Вт. При включении приборов часто повышается ток. Происходит это за счет нагрева модулятора. Избежать данной проблемы пользователь способен за счет понижения чувствительности.

Модели на 100 Вт

Электронная нагрузка (схема показана ниже) на 100 Вт предполагает применение двух канальных тиристоров. Транзистор у моделей довольно часто используется на расширительной основе. У него проводимость составляет около 5 мк. Также стоит отметить, что существуют нагрузки на реле. Они больше всего подходят для мощных блоков питания. Для самостоятельной сборки дополнительно применяются волновые компараторы. Самодельные устройства выдают напряжение не более 300 В, а рабочая частота стартует от 120 кГц.

Устройства на 200 Вт

Нагрузка электронная на 200 Вт включает в себя две пары тиристоров, которые соединяются попарно. У многих моделей используются проводные компараторы низкой частоты. Также стоит отметить, что для сборки модификации потребуется модулятор. Для ускорения процесса генерации сигнала используются усилители. Данные элементы способны работать только от проводных фильтров.

Трансивер стоит устанавливать за обкладками. В данном случае напряжение нагрузки равняется примерно 400 В. Специалист говорят о том, что плохо работают устройства на проводниковых трансиверах. У них низкая проводимость, есть проблемы и с перегревом. Если наблюдаются скачки напряжения, стоит поменять компаратор. Еще проблема может заключаться в резисторе.

Как сделать устройство на 300 Вт?

Нагрузка электронная на 300 Вт предполагает применение двух тиристоров фазового типа. Номинальное напряжение устройств равняется примерно 230 Вт. Показатель перегрузки в данном случае зависит от проводимости компаратора. При самостоятельной сборке этого устройства потребуется модулятор канального типа. Для установки элемента применяется паяльная лампа.

Регуляторы часто используются с переходником. Реле устанавливается низкоомного типа. Коэффициент рассеивания у самодельной модификации составляет примерно 80%. Также стоит отметить, что контакторы используются низкой чувствительности. Как проверить нагрузку перед включением? Сделать это можно при помощи тестера. Выходное напряжение у самодельных устройств, как правило, равняется 50 Ом. Если рассматривать модели с одним компаратором, то у них этот параметр может быть занижен.

Модели для блоков на 10 А

Нагрузка электронная для блока питания на 10 А собирается при помощи расширительного тиристора. Транзисторы довольно часто применяются на 5 пФ, у которых низкая проводимость. Также стоит отметить, что специалисты не советуют использовать линейные аналоги. У них малая чувствительность. Они сильно повышают коэффициент рассеивания. Для подключения к блоку применяются контакторы. Модуляторы довольно часто используются с переходниками.

Если рассматривать схему на конденсаторном блоке, то у них частота в среднем равняется 400 кГц. При этом чувствительность может меняться. Контакторы довольно часто фиксируются за модулятором. Стабилизаторы следует использовать на две обкладки. Также стоит отметить, что для сборки модификации потребуется полюсный резистор. Он сильно помогает увеличивать скорость генерации импульса.

Устройства для блоков на 15 А

Наиболее распространенными считаются нагрузки для блоков на 15 А. У них используются открытые резисторы. При этом трансиверы применяются разной полярности. Кроме того, они отличаются по чувствительности. В среднем напряжение приборов равняется 320 В. Модели между собой отличаются по проводимости. С целью самостоятельной сборки применяются компараторы на регуляторах. Перед началом их установки крепятся стабилизаторы.

Специалисты говорят о том, что расширители можно устанавливать только через обкладку. Проводимость на входе обязана составлять не более 6 мк. При установке регулятора тщательно зачищается компаратор. Если собирать простую модель, то модулятор можно использовать инверторного типа. При этом сильно повысится коэффициент рассеивания. Пороговое напряжение в среднем равняется 200 В. Допустимый параметр мощности составляет не более 240 Вт. Также стоит отметить, что для нагрузки применяются фильтры разных типов. В данном случае многое зависит от проводимости компаратора.

Схема устройств для блоков на 20 А

Электронная нагрузка (схема показана ниже) для блоков на 20 А производится на базе двоичных резисторов. У них поддерживается стабильная высокая проводимость. Чувствительность при этом равняется примерно 6 мВ. Некоторые модификации выделяются высоким параметром перегрузки. Реле у моделей используются на волновых транзисторах. Для решения проблем с преобразованием используются компараторы. Расширители часто встречаются фазового типа. И у них может быть несколько переходников. При необходимости устройство можно собрать самостоятельно. Для этого применяется конденсаторный блок.

Номинальное напряжение у самодельных нагрузок стартует от 300 Вт, а частота в среднем составляет 400 кГц. Специалисты не советуют применять переходные компараторы. Регуляторы используются с обкладками. Для установки компаратора потребуется изолятор. Если рассматривать нагрузки на двух тиристорах, то там используются фильтры. В среднем емкость модуля равняется 3 пФ. Показатель рассеивания у самодельных моделей стартует от 50%. При сборке устройства особое внимание стоит уделять переходнику для подключения к блоку питания. Контакторы побираются полюсного типа. Они должны выдерживать большие перегрузки и не перегреваться.

Устройства компании AMETEK

Нагрузки данной торговой марки выделяются низкой проводимостью. Они замечательно подходят для блоков питания на 15 А. Среди моделей данной фирмы имеется множество импульсных модификаций. Продельная перегрузка у них не высокая, но обеспечивается высокая скорость генерации импульса. Специалисты в первую очередь отмечают хорошую защищенность элементов. У них используется несколько фильтров. Они справляются с фазовыми помехами, которые искажают сигналы.

Если рассматривать модели высокой частоты, то у них имеется несколько тиристоров. Также стоит отметить, что на рынке представлены модификации на проводных компараторах. На базе обычной нагрузки данной торговой марки можно собрать отличный прибор для разных блоков питания. У моделей отличные стабилизаторы и очень чувствительные транзисторы.

Особенности устройств серии Sorensen

Стандартная нагрузка электронная данной серии включает в себя тиристор и линейный компаратор. Многие модели производятся с полюсными фильтрами, которые способны работать при высокой частоте. Также стоит отметить, что на рынке представлены лабораторные модификации. У них достаточно низкий коэффициент рассеивания. Модели довольно часто применяются коммутируемого типа. Показатель перегрузки в среднем равняется 20 А. Системы защиты используются разных классов. На прилавках магазинов есть импульсные модели. Они хорошо подходят для тестирования компьютерных блоков питания. Расширители в устройствах применяются с обкладками.

Модели серии ITECH

Нагрузки данной серии выделяются высокой проводимостью. У них хорошая защищенность. В этом случае используется несколько трансиверов. Электронная нагрузка для блока питания в среднем работает при частоте 200 кГц. Перегрузка при этом равняется 4 А. Усилители в устройствах применяются с контактными переходниками. Тиристоры используются фазового либо кодового типа. Среди моделей данной серии встречаются программируемые модификации. Они хорошо подходят для тестирования компьютерных блоков питания. Трансиверы можно встреть с расширителями и без них.

Нагрузки на базе IRGS4062DPBF

Делается электронная нагрузка своими руками на базе этого транзистора довольно просто. Стандартная схема модели включает в себя два конденсаторных блока и один расширитель. Сразу стоит отметить, что модели этого класса хорошо подойдут для блоков питания на 10 А. Параметр напряжение у нагрузок равняется 200 Вт. Фильтры для устройств подбираются низкой частоты. Они способны работать при больших нагрузках.

В первую очередь при сборке устанавливается тиристор, а компаратор можно использовать разного типа. Непосредственно транзистор устанавливается при помощи паяльника. Если проводимость у него превышает 5 мк, то стоит устанавливать дипольный фильтр вначале цепи. Специалисты говорят о том, что электронная нагрузка на транзисторе IRGS4062DPBF может делаться с переходными компараторами. Однако у них высокий коэффициент рассеивания.

Также стоит отметить, что модели этой серии подходят только для цепей постоянного тока. Допустимый параметр перегрузки приборов равняется 5 А. Если рассматривать устройства на импульсных компараторах, то у них имеется масса преимуществ. В первую очередь в глаза бросается высокая частота. При этом сопротивление приборы показывают на уровне 50 Ом.

У них нет проблем с проводимостью и резкими скачками напряжения. Стабилизаторы разрешается применять разных типов. Однако они должны работать в цепи постоянного тока. Еще на рынке представлены модификации без конденсаторов. Коэффициент рассеивания у них равняется примерно 55%. Для устройств данного класса это очень мало.

Устройства на базе KTC8550

Нагрузки на базе данных транзисторов очень ценятся среди профессионалов. Модели замечательно подходят для тестирования блоков небольшой мощности. Показатель допустимой перегрузки, как правило, равняется 5 А. У моделей могут использоваться разные системы защиты. При сборке модификации разрешается применять двоичные модуляторы с проводимостью 4 мк. Таким образом, устройства будут выдавать большую частоту на уровне 300 кГц.

Если говорить про недостатки, то стоит отметить, что модификации не способны работать с блоками питания на 10 А. В первую очередь возникают проблемы с импульсными скачками. Перегрев конденсатора также даст о себе знать. Чтобы решить данную проблему, на нагрузки устанавливаются расширители. Триоды, как правило, применяются с двумя обкладками и изолятором.

fb.ru

Регулируемая по мощности нагрузка является частью испытательного оборудования, необходимого при налаживании различных электронных проектов. Например, при построении лабораторного источника питания, оно может «симулировать» подключенный потребитель тока, чтобы увидеть, насколько хорошо ваша схема работает не только на холостом ходу, но и на нагрузку. Добавление силовых резисторов для выхода можно делать только в крайнем случае, но не у каждого они есть да и долго их не продержать — сильно греются. В этой статье будет показано, как можно построить блок регулируемой электронной нагрузки с помощью недорогих компонентов, доступных для радиолюбителей.

Схема электронной нагрузки на транзисторах

В этой конструкции максимальный ток должен быть примерно 7 ампер и он ограничен 5W резистором, который был использован, и относительно слабым полевым транзистором. Ещё большие нагрузочные токи могут быть достигнуты с помощью резистора на 10 или 20 Вт. Входное напряжение, не должно превышать 60 вольт (максимум на эти полевые транзисторы). Основой служит ОУ LM324 и 4 полевых транзистора.

Два «запасных» операционных усилителя микросхемы LM324 используются для защиты и управления вентилятором охлаждения. U2C образует простой компаратор между напряжением, установленным термистором и делителем напряжения R5, R6. Гистерезис контролируется положительной обратной связью, полученной R4. Термистор помещается в непосредственный контакт с транзисторами на радиаторах и его сопротивление уменьшается с ростом температуры. Когда температура превышает установленный порог, выход U2C будет высокий. Вы можете заменить R5 и R6 с регулируемым переменником и вручную подбирать порог срабатывания. При настройке убедитесь, что защита срабатывает, когда температура транзисторов MOSFET чуть ниже предельно-допустимой, указанной в даташите. Светодиод D2 сигнализирует, когда активируется функция защиты от перегрузки — он установлен на передней панели.

В элементе U2B операционного усилителя также есть гистерезис компаратора напряжений и используется он для управления вентилятором 12 В (можно использовать от старых PC). Диод 1N4001 защищает MOSFET BS170 от индуктивный бросков напряжения. Нижний температурный порог для активации вентилятора, контролируется резистором RV2.

Сборка устройства

Была использована для корпуса старая алюминиевая коробка от коммутатора с большим количеством внутреннего пространства для компонентов. В электронной нагрузке использовал старые AC/DC адаптеры для питания 12 В для главной цепи и 9 В для приборной панели — она имеет цифровой амперметр, чтоб сразу видеть ток потребления. Мощность вы уже рассчитаете и сами по известной формуле.

Вот фотография тестовой установки. Лабораторный блок питания настроен на 5 В. Нагрузку показывает 0.49A. Так же подключен мультиметр на нагрузке, так что ток нагрузки и напряжение контролируются одновременно. Вы сами можете убедится в чёткой работе всего модуля.

el-shema.ru

Страничка эмбеддера » Активная нагрузка

В каждом электронном девайсе в той или иной форме есть блок питания (БП). Конечно, ведь на халяву работать никто не будет. Перед подключением к схеме, неплохо бы посмотреть, как работает БП при разных нагрузках.

Лично меня не вдохновляют поиски набора разнокалиберных сопротивлений с последующим тестированием БП с каждым из них, намного удобнее сделать “нагрузку”, которую можно плавно регулировать.

Чего хотелось

Итак, что я хотел получить в результате?

Потребляемый ток 0-5А (хватит практически везде)

Потребляемая мощность – до 100Вт (хватит практически на любой БП)

Максимальное напряжение — 200В

Индикацию тока

Корпус

Корпус (как и почти все остальные детали), я вытащил из старых запасов. Да, я купил только индикатор и винтики М2.5 для него, остальное у меня уже было.

Корпус от какого-то старого переключателя LPT портов древних времен, потроха были вытащены и преданы мусорному ведру.

Совершенно эпичным было вырезание отверстий для индикатора и для вентилятора, ведь корпус сделан из беспощадно толстой сталюки.

Сталюку я резал дремелем, и вот, что могу сказать:

Самопальные отрезные диски для дремеля из болгарочных абсолютно рулят.

Резать толстый метал нужно диском, стоящим под 45 градусов к плоскости метала, тогда срез получается ровным.

Я вырезал такую огромную дыряху, а не просто высверлил десяток мелких отверстий потому, что для силового транзистора не хватило высоты корпуса.

На фото видно, как получилось. С учетом того, что это – ручная работа, получилось довольно неплохо.

Электроника

Электроника активной нагрузки проста как валенок. Схему посмотреть можно тут:

Ничего принципиально нового там для вас не будет.

Основные моменты:

Что меня удивило, так это то, что существуют вполне конкретные даташиты на компьютерные вентиляторы. На схеме, ножка FanPower включает вентилятор. При этом он начинает крутится на минимальной скорости. Теоретически, на ножку FanSpeed можно завести ШИМ, и плавно управлять вентилятором. Но я просто включаю или выключаю его. Получется три стадии: Выключен, низкая скорость, высокая скорость.

Регулировка тока собрана как делитель на резисторах R5, R18 и резисторов R20 и R21 (в сером квадратике.)

Выключалка тока довольно экзотическая (она была прилеплена, когда плата была уже готова) – когда ножка DisableCurrent в режиме входа на микроконтроллере, ОУ U6B нормально управляет током силового транзистора. Когда контроллер желает отключить ток, он переводит эту ножку в высокое состояние. ОУ офигевает от, как ему кажется, огромного тока через силовой транзистор, и быстренько закрывает его.

В качестве защитного (от переполюсовки) диода я заюзал BYV32E-200. Довольно интересный диод – физически это обычный p-n диод, но падение у него больше похоже на диод Шоттки.

Софт

Софт – это моя попытка проиграться с C++ на микроконтроллерах. С одной стороны, получилось интересно, с другой, в плюсах есть куча мест, где они меня просто бесят. Прошивка для AVR под IAR. Получилось, как всегда при попытках поиграться, кривовато.

В любом случае, плюсы для микроконтроллеров – тема отдельной статьи.

Файлы

Скачать всю документацию можно тут (там-же и hex):

Http://hg.bsvi.ru/active-load

Что получилось

Весит эта поделка вполне прилично, и вызывает ощущение добротно сделанного девайса. Сто ватт рассеивает, правда при это прилично нагреваясь (А никто и не говорил, что будет легко).

Некоторые параметры получились не такие, как хотелось, но переделывать уже лень, тем более, не слишком они критичны для меня. К примеру, время включения – 80мкС. Это не совсем уже дельта импульс, и обратная связь не сможет во всей своей красе показать переходной процесс. С другой стороны, откровенную лажу в ОС это поможет выявить.

Видушник с демонстрацией

Да-да, я и сам знаю, что качество ужасное и пора уже покупать новую камеру. Я сейчас в активном ее подборе. Что делать с моей врожденной тормознутостью я не знаю, но, надеюсь, исправлюсь))

bsvi.ru

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.

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

Эквивалент нагрузки с цифровой индикацией

Опубликовал admin | Дата 29 июня, 2014

Так называлась статья И. Нечаева г. Курск, размещенная в журнале Радио №1 за 2005 год стр. 35, в которой описывается схема устройства, эквивалентного мощной активной нагрузке.

Для начала обязательно прочитайте эту статью. Это обычный стабилизатор тока, выполненный на операционном усилителе и мощном полевом транзисторе. Про подобные устройства можно еще почитать в книге «Электронные схемы на операционных усилителях» В.И. Щербаков Г.И. Грездов Киев «Технiка» 1983г стр.131. Для удобства использования данной нагрузки хочу предложить вам дополнить схему цифровым вольтметром и амперметром.
Это позволит отслеживать параметры проверяемого источника питания и, что немаловажно, отслеживать мощность, выделяемую на мощном транзисторе, чтобы не допустить выхода его из строя. Схема нагрузки с цифровой индикацией показана на рисунке 1. Основой блока цифровой индикации является микроконтроллер PIC16F873A. В режиме АЦП работают два вывода контроллера RA1 и RA0, сконфигурированных на аналоговый вход. Напряжение, падающее на нагрузке, через делитель R6 и R7 подается на RA1. С помощью триммера R7 подстраивают показания вольтметра по контрольному цифровому мультиметру. Индицирует величину напряжения на нагрузке правый по схеме индикатор. Измерение тока нагрузки происходит косвенным способом – измерением падания напряжения, при прохождении последнего через датчик тока – резистор R5. С его верхнего вывода напряжение подается на вход контроллера RA0. Величину тока индицирует левый индикатор. Применить можно любые индикаторы с общим катодом. В качестве сетевого трансформатора можно использовать любой маломощный с напряжением вторичной обмотки порядка 12 вольт.

Датчик движения обозначение на схеме

Как проверить микросхему мультиметром

Схемы электрика

Однолинейные схемы электроснабжения автокад

Электрические схемы как рисовать

Так как в тренде сейчас максимальное удешевление при производстве – то некачественный товар быстро доходит до дверей ремонтника. При покупки компьютера (особенно первого) – многие выбирают корпус «самый красивый из дешёвых» со встроенным БП – а многие даже не знают, что там есть такое устройство. Этот «скрытый девайс» на котором очень хорошо экономят продавцы. Но платить за проблемы будет покупатель.

О главном

Сегодня мы затронем тему ремонта компьютерных блоков питания, а точнее их первичной диагностики.Если есть проблемный или подозрительный БП – то диагностику желательно проводить отдельно от компьютера (на всякий случай). И поможет нам в этом вот такой агрегат:

Блок состоит из нагрузок на линиях +3.3, +5, +12, +5vSB (дежурное питание). Он нужен для имитирования компьютерной нагрузки и измерения выходных напряжений. Так как без нагрузки БП может показать нормальные результаты – а в нагрузке могут проявляться многие проблемы.

Подготовительная теория

Грузить будем чем попало (что найдете в хозяйстве) – мощные резисторы и лампы.

У меня валялись 2 автомобильные лампы 12V 55W/50W – две спирали (дальний/ближний свет). Одна спираль испорчена – будем использовать вторую. Покупать их не нужно – спросите у знакомых автомобилистов.

Конечно лампы накаливания имеют очень низкое сопротивление в холодном состоянии – и при запуске будут создавать большую нагрузку на короткое время – а это могут не выдержать дешевые китайцы – и не стартовать. Но плюс ламп — это доступность. Если достану мощные резисторы – поставлю вместо ламп.

Резисторы можно искать в старых приборах (ламповые телевизоры, радиолы) с сопротивлением(1-15 Ом).

Можно также использовать нихромовую спираль. Мультиметром подбираем длину с нужным сопротивлением.

Загружать будем не по полной а то 450W в воздух получится обогреватель. А ватт на 150 будет нормально. Если практика покажет что нужно больше – добавим. Кстати это примерное потребление офисного ПК. А лишние ваты рассчитаны по линиям +3.3 и +5 вольт – которые мало используются – примерно по 5 ампер. А на этикетке жирно написано по 30А –а это 200ватт которые ПК не может использовать. А по линии +12 часто не хватает.

Для нагрузки у меня в наличии:

3шт резисторы 8.2ом 7,5w

3шт резисторы 5.1ом 7,5w

Резистор 8.2ом 5w

Лампы 12в: 55w, 55w, 45w, 21w

Для расчётов будем использовать формулы в очень удобном виде (у меня висит на стене – всем рекомендую)

Итак выбираем нагрузку:

Линия +3.3В
– используется в основном для питания оперативной памяти – примерно 5ватт на планку. Будем грузить на ~10ватт. Вычисляем нужное сопротивление резистора

R=V 2 /P=3.3 2 /10=1.1 Ом таких у нас нет, минимальный 5.1ом. Вычисляем сколько он будет потреблять P=V 2 /R=3.3 2 /5.1=2.1W–мало, можно поставить 3 параллельно – но получим всего 6W на троих–не самое удачное использование таких мощных резисторов (на 25%) – да и место займут большое. Я пока не ставлю ничего – буду искать на 1-2 Ома.

Линия +5В
–мало используется в наши дни. Смотрел тесты – в среднем кушает 5А.

Будем грузить на ~20ватт. R=V 2 /P=5 2 /20=1.25 Ом — тоже малое сопротивление, НО у нас уже 5 вольт – да еще и в квадрате – получим намного большую нагрузку на те же 5-ти омные резисторы. P=V 2 /R=5 2 /5.1=4.9W – поставим 3 и будет у нас15
W
. Можно добавить 2-3 на 8ом (будут потреблять по 3W), а можно и так оставить.

Линия +12В
– самая востребованная. Тут и процессор, и видеокарта, и некоторые малоежки (кулеры, накопители, ДВД).

Будем грузить на целых 155ватт. Но раздельно: 55 на разъём питания материнской платы, и 55 (+45 через переключатель) на разъём питания процессора.Будем использовать автомобильные лампы.

Линия +5
VSB
– дежурное питание.

Будем грузить на ~5ватт. Есть резистор 8.2ом 5w, пробуем его.

Вычисляем мощностьP=V 2 /R=5 2 /8.2=3
W
ну и хватит.

Линия -12В
– тут подключим вентилятор.

Фишки

Еще в корпус добавим малогабаритную лампу 220В 60W в разрыв сети 220В. При ремонте часто используется для выявления КЗ (после замены каких-то деталей).

Собираем девайс

По иронии судьбы – корпус будем использовать тоже от компьютерного БП (нерабочего).

Гнёзда для разъёма питания материнки и процессора выпаиваем с неисправной материнки. К ним припаиваем кабеля. Цвета желательно выбрать как на разъёмы от БП.

Готовим резисторы, лампы, лед-индикаторы, переключатели и разъём для измерений.

Подключаем все по схеме.. точнее по VIP-схеме:)

Крутим, сверлим, паяем – и готово:

По виду должно быть все понятно.

Бонус

Изначально не планировал, но для удобства решил добавить и вольтметр. Это сделает прибор более автономным – хотя при ремонте мультиметр все равно где-то рядом лежит. Смотрел на дешевые 2-ух проводные (которые питаются от измеряемого напряжения) – 3-30 В – как раз нужный диапазон. Просто подключив к разъёму для измерений. Но у меня был 4,5-30 В и я решил поставитьуже 3-х проводной0-100 В – и питать его от зарядки мобильного телефона (тоже в корпус добавил). Так он будет независим и покажет напряжения от нуля.

Этот вольтметр также можно использовать для измерения внешних источников (батарейку или еще чего…)– подключив к измерительному разъёму (если мультиметр где-то пропал).

Пару слов о переключателях.

S1– выбираем способ подключения: через лампу 220В (Выкл) или напрямую (Вкл). При первом запуске и после каждой пайки – проверяем через лампу.

S2 – подается питание 220В на БП. Должно заработать дежурное питание и загореться LED +5VSB.

S3 – замыкается PS-ON на землю, должен запустится БП.

S4 – добавка 50W на линии процессора. (50 там уже есть, будет 100W нагрузки)

SW1 – Переключателем выбираем линию питания и проверяем по очереди если все напряжения в норме.

Так как измерения у нас показывает встроенный вольтметр,то в разъёмы можно подключить осциллограф для более глубокого анализа.

Кстати

Пару месяцев назад купил около 25 БП (у закрывающиеся конторы по ремонту ПК). Половина рабочие, 250-450 ватт. Покупал как подопытных кроликов для изучения и попытки ремонта. Блок нагрузки как раз для них.

Вот и всё. Надеюсь было интересно и полезно. Я пошел тестировать свои БП и вам желаю удачи!

Все электронщики, занимающиеся конструированием устройств электропитания, рано или поздно сталкиваются с проблемой отсутствия нагрузочного эквивалента или функциональной ограниченностью имеющихся нагрузок, а так же их габаритами. К счастью, появление на российском рынке дешевых и мощных полевых транзисторов несколько исправило ситуацию.

Стали появляться любительские конструкции электронных нагрузок на базе полевых транзисторов, более пригодных к использованию в качестве электронного сопротивления, нежели их биполярные собратья: лучшая температурная стабильность, практически нулевое сопротивление канала в открытом состоянии, малые токи управления — основные преимущества, определяющие предпочтительность их использования в качестве регулирующего компонента в мощных устройствах. Более того, самые разнообразные предложения появились от производителей приборов, прайсы которых пестрят самыми разнообразными моделями электронных нагрузок. Но, так как производители ориентируют свою весьма сложную и многофункциональную продукцию под названием «электронная нагрузка» в основном на производство, цены на эти изделия настолько высоки, что покупку может позволить себе лишь весьма состоятельный человек. Правда, не не совсем понятно, — зачем состоятельному человеку электронная нагрузка.

ЭН промышленного изготовления, ориентированного на любительский инженерный сектор, мною замечено не было. Значит, опять придется все делать самому. Э-эх… Начнем.

Преимущества электронного эквивалента нагрузки

Чем же в принципе электронные нагрузочные эквиваленты предпочтительнее традиционных средств (мощные резисторы, лампы накаливания, термонагреватели и прочие приспособления), используемых зачастую конструкторами при наладке различных силовых устройств?

Граждане портала, имеющие отношение к конструированию и ремонту блоков питания, несомненно знают ответ на этот вопрос. Лично я вижу два фактора, достаточных для того, что бы иметь в своей «лаборатории» электронную нагрузку: небольшие габариты, возможность управления мощностью нагрузки в больших пределах простыми средствами (так, как мы регулируем громкость звучания или выходное напряжение блока питания — обычным переменным резистором а не мощными контактами рубильника, движком реостата и т.д.).

Кроме того, «действия» электронной нагрузки можно легко автоматизировать, облегчив таким образом и сделав более изощренными испытания силового устройства с помощью электронной нагрузки. При этом, разумеется, освобождаются глаза и руки инженера, работа становится продуктивней. Но о прелестях всех возможных наворотов и совершенств — не в этой статье, и, быть может, от другого автора. А пока, — лишь о еще одной разновидности электронной нагрузки — импульсной.

По поводу резистора R16. При прохождении через него тока 10А, рассеиваемая на резисторе мощность составит 5Вт (при указанном на схеме сопротивлении). В реальной конструкции используется резистор сопротивлением 0,1 Ом (не оказалось нужного номинала) и мощность, рассеиваемая на его корпусе при том же токе, составит 10Вт. Температура резистора при этом гораздо выше температуры ключей ЭН, которые (при использовании радиатора, показанного на фото) греются не сильно. Поэтому термодатчик лучше установить на резисторе R16 (или в непосредственной близости), а не на радиаторе с ключами ЭН.

Еще несколько фото

И. НЕЧАЕВ, г. Москва

При налаживании и испытании сильноточных блоков питания возникает потребность в мощном эквиваленте нагрузки, сопротивление которого можно изменять в широких пределах. Использование для этих целей мощных переменных резисторов не всегда возможно из-за сложности их приобретения, а пользоваться набором постоянных неудобно, поскольку нет возможности плавно регулировать сопротивление нагрузки.

Выходом из такой ситуации может быть применение универсального эквивалента нагрузки, собранного на мощных транзисторах. Принцип работы этого устройства основан на том, что, изменяя управляющее напряжение на затворе (базе) транзистора, можно изменять ток стока (коллектора) и устанавливать необходимое его значение. Если применить мощные полевые транзисторы, то мощность такого эквивалента нагрузки может достигать нескольких сотен ватт.

В большинстве описанных ранее подобных конструкций, например , осуществляется стабилизация потребляемого нагрузкой тока, который слабо зависит
от приложенного напряжения. Предлагаемый эквивалент нагрузки по своим свойствам подобен переменному резистору.

Схема устройства показана на рис. 1.

Устройство содержит делитель входного напряжения R1-R3 и два источника тока, управляемых напряжением (ИТУН). Первый ИТУН собран на ОУ DA1.1 и транзисторе VT1, второй — на ОУ DA1.2 и транзисторе VT2. Резисторы R5 и R7 — датчики тока, резисторы R4, R6 и конденсаторы С3-С6 обеспечивают устойчивую работу ИТУН.

На вход каждого ИТУН подано напряжение UR3 с резистора R3, которое пропорционально входному напряжению и равно Uвх * R3/(R1+R2+R3). Ток первого ИТУН, протекающий через транзистор VT1, равен IVT1= UR3/R5, ток второго, протекающий через транзистор VT2, — IVT2= UR3/R7. Поскольку сопротивление резисторов R5 и R7 одинаково, то входное сопротивление эквивалента нагрузки равно Rвх= U вх/(IVT1+IVT2) = R5(R1+R2+R3)/2R3.
Для указанных на схеме номиналов резисторов Rвх можно изменять резистором R1 приблизительно от 1 до 11 Ом.

В качестве регулирующих элементов, на которых рассеивается почти вся мощность, применены мощные полевые переключательные транзисторы IRF3205. Транзистор этой серии имеет минимальное сопротивление канала 0,008 Ом, допустимые ток стока 110 А, рассеиваемую мощность до 200 Вт, напряжение сток-исток 55 В. Эти параметры соответствуют температуре корпуса 25 °С. При нагревании корпуса до 100 °С предельная мощность снижается вдвое. Предельная температура корпуса — 175 °С. Для увеличения максимальной мощности оба ИТУН включены параллельно.

Большая часть деталей размещена на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 2).

Фотография платы с деталями показана на рис. 3.

Использованы элементы для поверхностного монтажа: резисторы Р1-12 или аналогичные импортные, причем R5 и R7 составлены из пяти включенных параллельно резисторов по 0,1 Ом. Конденсаторы — также для поверхностного монтажа, но можно применить К10-17 или аналогичные. Переменный резистор R1 — СПО, его можно заменить на СП4-1.

Транзисторы установлены на общий теплоотвод с обязательным использованием теплопроводящей пасты. Следует помнить, что он электрически соединен со стоками полевых транзисторов.

Для обдува теплоотвода использован вентилятор (М1) от компьютерного блока питания. Для питания ОУ DA1 и вентилятора М1 необходим отдельный стабилизированный источник с напряжением 12 В. Если при суммарной рассеиваемой мощности 150…200 Вт температура корпусов транзисторов превысит 80…90 °С, то необходимо установить еще один вентилятор или применить более эффективный теплоотвод.

Используя выражение для эквивалентного входного сопротивления, можно подобрать номиналы элементов для получения требуемого интервала его изменения. С целью упрощения устройства можно использовать только один ИТУН, но в таком случае максимальная рассеиваемая мощность уменьшится вдвое. При испытаниях трансформаторов и других источников переменного тока на входе устройства следует установить диодный мост соответствующей мощности, как показано пунктиром на рис. 1 в статье .

ЛИТЕРАТУРА

1. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2002, № 2, с. 40,41.

2. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2005, № 1, с. 35.

Схема электронной нагрузки на транзисторах

Сборка устройства

Импульсная электронная нагрузка. Конструкция и функциональная схема.

3 803

Активная, импульсная электронная нагрузка.
Конструкция и функциональная схема.

Электронная импульсная нагрузка своими руками. В этой статье хочу более подробно рассказать об импульсной электронной нагрузке упомянутой мной в статье «Импульсная электронная нагрузка».

Расскажу о её архитектуре и принципе работы отдельных узлов. Статья сопровождается фотографиями некоторых элементов монтажа.

***

Продолжу разговор, начатый в статье «Импульсная электронная нагрузка» (ссылка на неё в конце этой статьи). Здесь хочу рассказать, как своими руками можно сделать универсальную импульсную нагрузку.

Там я рассказал о разных принципах построения электронных нагрузок. Среди них есть как порочные, но тем не менее привлекающие внимание очень многих самоделкиных. Так и имеющие право на существование.

В конце статьи я привёл пример упрощённой блок-схемы действительно серьёзной импульсной нагрузки, которую я сделал своими руками. Она обладает широким диапазоном управления током и позволяет отлаживать блоки питания мощностью от 0.2Вт до 150Вт без применения каких-либо дополнительных компонентов. На самом деле 150Вт не предел, верхний порог мощности зависит только от типа применённых в схеме ключей и нагрузочных резисторов.

Мною было собрано шесть таких нагрузок с хорошей повторяемостью. Для них было заказано шесть комплектов печатных плат и при изготовлении нагрузок никаких изменений в печать вносить не пришлось, всё заработало сразу.

Настоятельную необходимость создания таких нагрузок я ощутил, когда работал в одной из компаний производящей импульсные блоки питания. Причём это именно — блоки, каждый из них содержит в себе несколько источников питания, источники входящие в один блок при этом очень сильно отличаются как мощностью, так и выходным напряжением.

Для их наладки использовались стенды, напичканные проволочными переменными резисторами серии ППБ мощностью 15-50Вт. Представляли эти стенды собой железные ящики шириной 0,3-1 метр и высотой 30-80 сантиметров. Ну и вес имели соответствующий. Так как универсальность таких стендов исключительно мала, то чуть-ли не для каждого производимого блока существовал свой стенд. Да ещё и его размещение на рабочем месте зачастую вызывало немалые затруднения.

В общем всё это и заставило меня заняться разработкой компактной и универсальной нагрузки. Естественно, никаких вариантов кроме как импульсная нагрузка я даже не рассматривал.

В чём отличие импульсной нагрузки от нагрузки, работающей в аналоговом, линейном режиме.

Хочу сразу обратить внимание на то, что здесь речь идёт об источниках питания на большие токи, ну по меркам электроники конечно.

Вот схема простейшей аналоговой нагрузки на переменных сопротивлениях.

Рис. 1

Недостатки:

— Невозможно ток в нагрузке плавно вывести на ноль.

— Ток в нагрузке изменяется от некоторого минимального значения до бесконечности, спасает только то, что испытуемый источник этой самой бесконечности не выдаст. В общем в нижнем положении ползунка — будет короткое замыкание (далее — КЗ).

— Эти резисторы не поставишь на радиатор. Охлаждение происходит только за счёт теплоотдачи от их корпуса в воздух. Это приводит к тому, что резисторы нельзя ставить вплотную, а следовательно, нужен достаточно большой и просторный корпус, в котором должен быть обеспечен свободный проток воздуха.

— Все выключатели, имеющиеся на схеме, должны иметь двойной запас по току, так как ими приходится довольно активно пользоваться.

— Если вам приходится заниматься наладкой разных источников питания, с разными выходными напряжениями и на разную мощность, то вам придётся иметь несколько таких нагрузок.

— Очень важный недостаток, о котором многие забывают — зависимость допустимой мощности от положения ползунка. На резистор 50Вт можно подать мощность 50Вт только при верхнем положении ползунка. В среднем положении можно подать только 25Вт. Ну и так далее.

Достоинства:

— Не требует питания.

— Прост в изготовлении.

— И ещё одно неоспоримое достоинство — не создаёт абсолютно никаких помех.

Кого-то может быть смутил выключатель КЗ. Но это необходимый элемент стенда, и он создаёт наибольшие проблемы так как через некоторое время начинает постоянно залипать.

Параллельно выключателю КЗ установлена искрогасящая цепь, по большому счёту она необходима возле каждого выключателя.

Второй вариант аналоговой нагрузки обладает лучшими потребительскими качествами

Рис. 2

Здесь сами транзисторы VT1 и VT2 выполняют роль регулируемых нагрузочных резисторов. Резисторы в цепи стока ограничивают максимальный ток. Эти транзисторы вместе со своими резисторами в цепи стока образуют одну ячейку. Для увеличения мощности две ячейки включены параллельно. На самом деле параллельно этих ячеек можно включать сколько угодно, в пределах разумного, конечно.

Так как эти транзисторы сами выполняют роль нагрузочных резисторов, то на них выделяется тепло и их вместе с верхними резисторами (R ÷ 0,25R) необходимо крепить на радиатор.

VT3 и VT4 подключают дополнительные нагрузки для расширения диапазона токов. Эти транзисторы выполняют роль ключей и в радиаторах не нуждаются. Хотя, конечно, это зависит от величины коммутируемого тока. Об этом расскажу позже.

VT5 имитирует КЗ на выходе источника. В радиаторе не нуждается.

Достоинства:

— Правильная регулировка тока — от нуля и до некоторого максимума.

— Все элементы, выделяющие тепло можно установить на один радиатор, что позволит сделать нагрузку значительно компактней.

— Мощность не зависит от угла поворота потенциометра.

— Все выключатели и потенциометр малогабаритные и слаботочные и прослужат долго.

— Не создаёт помех.

Недостатки:

— Требуется источник питания, хотя им может послужить и батарейка 12В. При номиналах резисторов 500кОм она прослужит достаточно долго.

— Нелинейная регулировка, нелинейная зависимость изменения тока от угла поворота.

— В связи с нагревом транзистора будут уплывать его параметры, следовательно потребуется подстройка в процессе работы.

— Нерационально использованы транзисторы.

Ну действительно. Транзистор IRFI4227 может пропустить через себя ток 46А. Его рабочее напряжение до 200В. Если использовать транзистор как ключ, то есть в импульсном режиме, то им можно управлять нагрузкой до 9,2кВт. А в этой схеме даже при условии применения хорошего радиатора всё что можно получить это: 46Вт при температуре 25ºС и 18Вт при температуре 100ºС. А транзистор ведь во время работы греется даже на радиаторе.

Существуют более сложные схемы с применением транзисторов MOSFET и в них можно получить линейную регулировку. Но в них также транзистор будет выполнять функцию нагрузочного резистора. Такие схемы хороши для наладки источников мощностью до 20Вт. Но мне нужно было не менее 150Вт.

Поэтому выбор пал на импульсный режим работы нагрузки. Есть только одна проблема. Проблемой этой является то, что при своей работе такая нагрузка создаёт большой уровень электромагнитных помех.

Как я уже писал в предыдущей статье требования к тем блокам, которые нам приходилось отлаживать, а затем сдавать под протокол заказчику были довольно высокими. Одно из этих требований уровень пульсаций на выходе, он не должен был превышать 3мВ.

Однажды наша компания приобрела фирменную электронную нагрузку и не смогла её использовать именно из-за уровня создаваемых ею помех. На их фоне невозможно было измерить пульсации, создаваемые испытуемым блоком питания.

Когда я взялся за создание своей импульсной нагрузки мне говорили, что ничего не выйдет, что её невозможно будет использовать в нашей работе.

Но во мне с детства сидит дух противоречия, который толкает меня на то, чтобы сделать то, что сделать нельзя.

От того времени, когда я решил взяться за это дело и до того момента, когда было сделано действующее изделие прошло больше двух лет. Причина была в том, что я никак не мог окончательно решить какова должна быть архитектура нагрузки. Нарисовать схемы проблем не было, но для того, чтобы создать стройную архитектуру из этих схем, пришлось поломать голову.

Основой импульсной нагрузки являются транзистор MOSFET и нагрузочный резистор Rн, включенные последовательно, Рис. 3.

Рис. 3

На затвор подаются импульсы амплитудой не менее 11В, особое требование предъявляется к крутизне фронтов. Коэффициент заполнения изменяется от 0 до 100% благодаря регулируемому ШИМ модулятору. Так как транзистор работает в качестве ключа он имеет только два состояния: открыто и закрыто, его сопротивление при этом либо равно нулю, либо бесконечности. Следовательно мощность на транзисторе вообще не должна выделяться.

На самом деле это конечно не так. В открытом состоянии сопротивление канала транзистора IRFI4227 равно 0,027Ом, мощность при токе 10А, выделяемая на транзисторе, будет равна 2,7Вт. То есть небольшой теплоотвод всё-таки нужен. При этом если вы настраиваете источник с выходным напряжением 20В отбираемая от него мощность будет равна 200Вт.

Согласитесь, 2,7Вт на транзисторе при отбираемой мощности 200Вт это совсем немного. Практически вся отбираемая мощность будет выделяться на сопротивлении нагрузки, в качестве этого сопротивления могут послужить два резистора MP9100, две штуки 1Ом последовательно. Вот для них потребуется хороший теплоотвод. Но резисторы мало чувствительны к изменению температуры корпуса и допускают нагрев до 150ºС.

Достоинства:

— Малая мощность, выделяемая на транзисторе.

— Абсолютно линейная регулировка тока.

— Габариты зависят только от необходимого размера радиатора.

— Все элементы управления слаботочные.

Недостатки:

— Отсутствие универсальности.

— Нельзя поднять частоту пульсаций выше 80кГц, это обусловлено характеристиками транзистора.

— Узкий динамический диапазон. Когда приходится производить наладку и ремонт разных источников с максимальными выходными токами от 0,1А до 25А и напряжениями от 2В до 60В это никуда не годится.

Частота пульсаций сказывается на качестве фильтрации. Причём зависимость не линейна. Удвоение частоты позволяет раз в десять уменьшить уровень помех. Ну и фильтр будет попроще.

Поэтому я решил сделать ячейку импульсной (динамической) нагрузки, состоящую из двух параллельно включенных транзисторов каждый со своим нагрузочным резистором, Рис. 4.

Рис. 4

Транзисторы открываются по очереди со сдвигом на 180º. Благодаря этому частота на входе нагрузки возросла до 160кГц. Такое включение дало ещё один плюс, амплитуда импульсов тока в нагрузке не превышает половины максимального значения Iн, Рис. 5.

Рис. 5

Когда коэффициент заполнения (Кз) меньше 50% импульсы тока в нагрузочных резисторах не перекрывают друг друга. Амплитуда импульсов тока Iн равна половине максимально возможного значения.

Когда Кз больше 50% импульсы тока в нагрузочных резисторах перекрывают друг друга, резисторы включаются параллельно, в эти моменты ток Iн достигает максимального значения, но и не падает ниже 0,5Iн max. Это также позволило снизить уровень помех.

Те, кто желают собрать своими руками импульсную электронную нагрузку, пытаются приспособить для её построения микросхемы, предназначенные для создания импульсных источников питания, например TL494, UC2825, К1156Ех и т.д. второго режима никогда достигнуть не смогут. Это обусловлено внутренним строением микросхем. Там такой режим запрещён.

Итак, принцип построения силовой части определён.

Теперь нужно было решить вопрос с динамическим диапазоном. Так как испытуемые источники отличаются большим разнообразием по току и напряжению одной такой ячейкой не обойтись.

Не буду описывать те муки творчества, которые мне пришлось испытать. Скажу только, что в итоге нагрузка представляет собой гибрид из 13 постоянных нагрузок и 3 динамических с разными Rн. Постоянные нагрузки можно подключать в любом сочетании, для этого на лицевой панели установлено 13 малогабаритных, слаботочных тумблеров (назову их разрядами). Нагрузочные сопротивления в разрядах от 0,2 Ом до 2,0 кОм, каждое составлено из нескольких MP930.

Постоянные нагрузки позволяют создать более 8000 сочетаний, суммарная мощность резисторов в каждом разряде от 30 до 120 Вт.

Таким образом можно включить одну из динамических нагрузок, а параллельно ей подключать необходимое количество постоянных.

Такое построение нагрузки позволяет устанавливать ток с точностью до 0,1% от Imax. Imax — это ток срабатывания защиты по току в проверяемом источнике. Может кому-то это покажется излишним, но в моей работе очень даже требовалась плавная и точная подстройка тока.

Функциональная схема ключей и нагрузок показана на Рис. 6.

Рис. 6

Схема управления затворами ключей постоянной нагрузки выглядит так, Рис. 7:

Рис. 7

Нагрузочные резисторы размещены на ребристом радиаторе размером 214х130х50.

Ключи постоянных и динамических нагрузок на алюминиевой пластине 214х50х4.

Фото радиаторов показано на Рис. 8. Плата управления ключами постоянных нагрузок на Рис. 9.

Рис. 8

Рис. 9

Проводники связывающие ключи с нагрузками должны иметь минимальную длину, поэтому в жгуты не связываются.

Для управления динамическими нагрузками необходим двухканальный ШИМ, на вход которого подведены:

— сигнал от двухканального генератора треугольного напряжения,

— управляющее напряжение от потенциометра, расположенного на лицевой панели,

— сигнал выбора ячейки динамической нагрузки от переключателя.

Описание генератора треугольного напряжения я привёл в статье «Двухканальный прецизионный генератор треугольного напряжения» (ссылка в конце статьи).

Функциональная схема управления динамическими нагрузками показана на Рис. 10, она же является и ШИМ модулятором.

Рис. 10

ГТН — генератор треугольного напряжения.

На фото Рис. 11 видно, как расположены плата генератора и плата управления.

Рис. 11

Ближняя — плата ГТН, вторая — плата ШИМ и управление, третья — плата фильтра.

Общая блок схема показана на Рис. 12.

Рис. 12

А1 — Ключи и нагрузки.

А2, А3 — Платы индикации и делителей.

А4 — Генератор треугольного напряжения

А5 — Схема управления.

А6 — Фильтр.

Для измерения тока, потребляемого от испытуемого источника, используется шунт, Rш = 0,01 Ом. Здесь применены 5 параллельно включенных резисторов МР930 0,05 Ом.

Когда я собирал первую нагрузку у меня не было этих резисторов. Вместо них я сделал пять проволочных сопротивлений из нихрома диаметром 0,8 мм, получилась длина около 7 см. к концам приварил многожильные проводники, вынутые из МГТФ 1,0. При наличии хороших цифровых вольтметра и амперметра несложно сделать такие сопротивления с точностью 1%.

Цифровой вольтметр Instek GDM-8245 имеет следующие характеристики, Рис. 13:

Рис. 13

На нижнем пределе 0,5В разрешение — 10мкВ. Что позволяет на шунте 0,01 Ом иметь разрешение по току 1 мА.

Обычный «карманный» мультиметр, с четырьмя разрядами даст разрешение не хуже 10 мА, чего обычно при настройке источников питания «за глаза и за уши».

Фильтр распределённый. Кроме платы фильтра имеются дополнительные элементы фильтрации. Сердечники дросселей сделаны из ферритовых колец МН2000, либо материал №87. Два типоразмера R22,1х13,7х12,5 и R29,5х19,0х14,9.

Все конденсаторы керамические 1,0х200В.

Нагрузка не имеет встроенного источника питания. Для питания можно использовать любой источник от 20 до 30 В с выходным током >0,1А. Можно использовать и не стабилизированный так как на входе стоит 15 вольтовый стабилизатор.

Схема не является полной. Её назначение отразить архитектуру нагрузки.

На схеме видны два выхода «Изм. тока», один расположен на лицевой панели, другой на левой стенке. Дело в том, что мною были сделаны две модификации нагрузок. Одна модификация — Дочерняя нагрузка, вторая — Материнская нагрузка. Это позволило включать в параллельную работу 4 нагрузки, одну материнскую и три дочерних. При этом они полностью гальванически развязаны. Это позволяет производить отладку блоков питания, имеющих в своём составе до 4-х разных источников и двухполярных источников связанных общим проводом.

В материнской нагрузке присутствует маломощный не стабилизированный 4-х канальный источник питания он питается от тех же 20-30В. Один канал питает саму материнскую нагрузку и три предназначены для питания трёх дочерних.

В материнскую нагрузку собираются и сигналы с датчиков токов от дочерних нагрузок. Там стоит переключатель, который позволяет на один вольтметр выводить сигналы от всех четырёх нагрузок.

Второй выход измерения тока в дочерней нагрузке как раз и предназначен для подключения к материнской.

Так выглядит лицевая панель с изнанки, Рис. 14.

Рис. 14

На лицевой панели прописаны величина сопротивления и максимальная мощность для каждого разряда, Рис. 15.

Рис. 15

Тоже самое и на переключателе динамических нагрузок.

Должно быть понятно, что никакие токи указать невозможно так как к нагрузке могут быть подключены источники с самыми разными выходными напряжениями.

А так выглядит стенд, составленный из четырёх нагрузок, Рис. 16. Вверху слева стоит материнская нагрузка, остальные три — дочерние.

Рис. 16

Справа внизу стоит нагрузка, сделанная в качестве опытного образца. Её я собирал совсем уж «на коленке».

Печатные платы делал из макетных плат (слепышей), купленных в магазине, орудуя ножом, дрелью и паяльником (запаивая проволочные перемычки вместо печатных проводников). Вот так выглядит чертёж её печатной платы генератора треугольных напряжений, Рис. 17.

Рис. 17

Но и эта нагрузка начиная с 2015 года исправно несёт службу.

Такой стенд (Рис. 16) можно использовать как для отладки блоков питания содержащих в своём составе до четырёх источников, так и для работы с мощными источниками до 600Вт. Для этого нагрузки включаются параллельно.

Правда я подключал источники и более 600Вт. Приходилось при этом сзади ставить вентилятор для обдува радиаторов.

Габариты изделия 214х185х195.

Заказать изготовление печатных плат можно от одной штуки, смотрите ссылку в конце статьи.

«Самоделкин-22» — это самый дешёвый вариант. Правда и платы выглядят очень просто и в отверстиях не будет металлизации, то есть переход, с одной стороны, на другую нужно делать проволочками. Всё что нужно для заказа — это файл проекта печатной платы, созданный в программе Sprint Layout.

В других местах могут потребовать гербер файлы. Но с этим тоже проблем нет.

Ну вот, кажется, всё что касается архитектуры, компоновки и того, как нагрузка функционирует я описал. Если есть вопросы пишите либо в комментариях, либо на почтовый адрес [email protected].

Ссылки.

Простая электронная нагрузка постоянного тока — Codrey Electronics

Существует ряд решений для создания простой электронной нагрузки — вам нужно только просмотреть Интернет, чтобы увидеть это. Эта статья представляет собой краткое руководство по созданию простой электронной нагрузки постоянного тока (фиктивной нагрузки), которая будет полезна для ваших будущих проектов силовой электроники. Присоединяйтесь к веселью, если у вас есть базовые знания в области силовой электроники и небольшая сумма денег, которую вы можете инвестировать!

Что такое электронная нагрузка?

Электронные нагрузки очень полезны, особенно если вы хотите спроектировать собственные схемы питания.Электронная нагрузка, также известная как фиктивная нагрузка постоянного тока, представляет собой конструкцию устройства, поэтому источник питания может потреблять определенное количество тока, не рассеивая слишком много тепла. По сути, когда вы набираете уровень тока, электронная схема нагрузки будет потреблять только это количество тока, независимо от напряжения. Намного лучше, чем просто вставить несколько силовых резисторов в качестве «пассивной» фиктивной нагрузки!

Как это работает?

В принципе, базовая схема электронной нагрузки постоянного тока содержит операционный усилитель, который управляет силовым МОП-транзистором с резистором считывания тока (иногда называемым нагрузочным резистором).Когда внешнее напряжение, которое должно быть нагружено, подключено к силовому полевому МОП-транзистору, а управляющее напряжение устанавливается многооборотным потенциометром в цепи, операционный усилитель буферизует это и устанавливает напряжение на затворе полевого МОП-транзистора. Это заставляет MOSFET пропускать некоторый ток через сток к истоку. Резистор считывания тока помогает распределять мощность с полевым МОП-транзистором, а также обеспечивает обратную связь с операционным усилителем, чтобы удерживать уровень тока на постоянном уровне.

За сборкой

Мне нужна была переменная нагрузка для тестирования небольших источников питания постоянного тока, и я перепробовал множество реостатов, но они мощные, неуклюжие и очень дорогие.Поэтому я решил создать небольшую переменную нагрузку постоянного тока, которая имитировала бы резистивную нагрузку и которая также работала бы как портативное устройство. После небольшой работы я придумал это поразительно простое аппаратное решение. Вот схема моей простой электронной нагрузки постоянного тока, реализованной с помощью нескольких недорогих и легко доступных компонентов.

Электронная схема нагрузки постоянного тока v1

Одна часть операционного усилителя LM358N (IC2) используется здесь в качестве основного компонента. Многооборотный предустановленный потенциометр 10K (P1) позволяет точно и точно регулировать ток.Я разработал схему для использования полевого МОП-транзистора IRL540N (T1) с логическим уровнем, чтобы мы могли питать схему от напряжения, намного меньшего, чем 9 В. Подойдет любой силовой полевой МОП-транзистор логического уровня с соответствующим номинальным напряжением / током, но я также протестировал конструкцию с другим полевым МОП-транзистором IRLZ44. Поскольку полевой МОП-транзистор работает как резистивный элемент, он рассеивает тепло в зависимости от протекающего через него тока. Чтобы расширить диапазон мощности нагрузки, вам необходимо прикрепить к полевому МОП-транзистору подходящий радиатор. Точно так же резистор 1R (R3) рассеивает довольно мало энергии, здесь также важен правильный радиатор.Конденсатор емкостью 1 мкФ (C4) на полевом МОП-транзисторе очень важен для предотвращения нежелательных колебаний.

Теория проектирования основана на сравнении напряжений инвертирующего и неинвертирующего входов операционного усилителя, сконфигурированного как единичный усилитель. Когда вы устанавливаете напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход, регулируя предварительно установленный потенциометр, операционный усилитель подает определенное напряжение на затвор MOSFET. В зависимости от напряжения затвора полевой МОП-транзистор будет потреблять определенное количество тока до тех пор, пока напряжение на резисторе измерения тока не станет равным напряжению на неинвертирующем выводе.Короче говоря, здесь достигается режим постоянной мощности путем вычисления желаемого заданного тока через измеренное напряжение нагрузки.

Слово совета

Входное напряжение нагрузки ограничено в основном номинальным напряжением сток-исток (Vds) полевого МОП-транзистора, а ток — значением резистора считывания тока. Обратите внимание: при подключении источника к нагрузке вы должны тщательно рассчитывать рассеиваемую мощность, чтобы MOSFET всегда оставался в безопасной рабочей зоне (SOA), в противном случае он будет прожарен во фритюре, как только температура его кристалла превысит запас прочности.

Что касается выбора радиатора для полевого МОП-транзистора, то лучше всего подойдет стандартный TO-220 с тепловым сопротивлением 2,5 ⁰ C / W. Так как типичное тепловое сопротивление перехода MOSFET IRL540 к корпусу составляет 1,0 ⁰ C / Вт, тепловое сопротивление между корпусом и раковиной составляет 0,5 ⁰ C / W, а максимальный диапазон рабочих температур составляет 175 ⁰ C, максимально допустимая рассеиваемая мощность составит 175 ⁰ C — 25 ⁰ C (температура окружающей среды) / 4 ⁰ C / Вт (общее тепловое сопротивление) около 37 Вт.Точно так же попробуйте использовать силовой резистор 1R / 10W-50W в алюминиевой оболочке в качестве резистора считывания тока. По возможности выбирайте силовой резистор получше типа ТО-220 (естественно, с радиатором), так как он удобнее и эффективнее. Кроме того, хорошо подключить цифровой амперметр последовательно (см. A1 и A2 на схеме) к пути нагрузки, чтобы измерить ток, потребляемый от источника.

Компоненты питания нагрузки постоянного тока

Confession

Из-за ограниченных ресурсов я оснастил свой прототип без приличных радиаторов.Я построил схему на макетной плате и предназначался только для временного использования, пока я не сделаю печатную плату, но она действительно хорошо работает. Мой прототип тестировался с блоком питания 5В / 2А. Несомненно, необходимо внести улучшения, и одно, что я сделаю, если сделаю еще одну ревизию этого дизайна, — это добавлю больше функций (возможно, с помощью микроконтроллера) для повышения надежности и безопасности. В любом случае, это забавный маленький проект, которым я хотел поделиться!

Betterment’s

Поскольку в ИС есть два операционных усилителя, вы также можете использовать другой, например, для создания контрольной точки для проверки тока нагрузки.Кроме того, здесь очень важен выбор операционного усилителя, потому что на самом деле востребовано то, что может хорошо справляться с межфазным напряжением и иметь низкое напряжение смещения для точной работы (знаменитый MCP6002 также оказывается хорошим выбором) . Точно так же существует семейство так называемых линейных полевых МОП-транзисторов, специально разработанных для работы в линейной области с расширенной FBSOA (безопасная рабочая зона с прямым смещением). Так что в учебнике они идеально подходят для использования в качестве электронного манекена.Наконец, если вы значительно модифицируете свою схему для поглощения очень больших токов, то лучше заменить резистор считывания тока очень популярным токовым шунтом 50 А / 75 мВ (1,5 мВ / А).

Шунтирующий резистор постоянного тока 50A, 75 мВ

Нагрузка постоянного тока Обновленная идея проекта

Как спроектировать оптимальную электронную нагрузку для сильноточных низковольтных источников питания (часть 1)

Загрузите эту статью в формате PDF.

Часть 1 этой серии посвящена высокопроизводительным электронным нагрузкам для тестирования источников питания с низким выходным напряжением и высоким током.В нем описывается необходимость специальных электронных нагрузок, таких как требуемые особые электрические характеристики, включая сравнение между стандартным испытательным оборудованием и специально разработанными цепями нагрузки.

Во второй части более подробно обсуждаются соображения по электрическому проектированию специализированного нагрузочного устройства. Третья часть будет посвящена рассмотрению механических и тепловых расчетов.

Проблема: почему традиционные электронные нагрузки не работают

Требования к электропитанию для современных процессоров, графических процессоров, FPGA и ASIC продолжают расти, как по величине, так и по производительности.Требования к току питания возросли до сотен ампер, а полоса пропускания источника питания должна быть выше 100 кГц, чтобы соответствовать строгим требованиям к переходным характеристикам. В то же время напряжения питания имеют тенденцию к снижению, при этом большинство напряжений сердечника сейчас ниже 1 В, а некоторые — до 300 мВ. Эти тенденции затрудняют определение характеристик подходящего источника питания с использованием обычных «настольных» электронных нагрузок.

Сопротивление потерь и предельное значение паразитной индуктивности

Имеющиеся в продаже электронные нагрузки сочетают в себе превосходную точность со сложными интерфейсами управления и, как правило, способны пропускать очень большой ток при большой мощности.Хорошим примером является серия Chroma 63600. В этой серии доступно несколько различных моделей, каждая из которых рассчитана на свой диапазон напряжения, мощности и тока. Модель с наименьшими требованиями к запасу прочности — это 63640-80-80, которая может потреблять около 80 А от источника питания 400 мВ (рис. 1) . Эта рабочая точка показывает, что его наименьшее достижимое сопротивление составляет около 5 мОм. Каждая из этих нагрузок может потреблять до 80 А с ограничением до 400 Вт.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5e6aa9c5603d1456008b464d» data-embed-element = «span» data- embed-size = «640w» data-embed-alt = «1.Они представляют характеристики напряжения и тока для серии Chroma 63600. (Любезно предоставлено Chroma USA) «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2020/03/Part_1_Figure_1___63600_VIcurve_LowV.5e6aa9c504542.png&fit=mat=format 1440 «data-embed-caption =» 1. Они представляют характеристики напряжения и тока для серии Chroma 63600. (Любезно предоставлено Chroma USA) «]}%

Это впечатляющая производительность. Но для тестирования 300-A, 0.Источник питания 8 В, по крайней мере, четыре модуля нагрузки 63640-80-80 должны быть объединены параллельно — как для достижения эффективного сопротивления в открытом состоянии ниже 2,7 мОм, так и для управления общим током. Базовый блок нагрузки Chroma 63600-5 позволяет нам это делать: он объединяет до пяти модулей нагрузки в одном шасси со скоординированными функциями управления и измерения.

Однако, несмотря на эти спецификации, общая производительность набора настольных нагрузок существенно ограничивается его электрическим подключением к тестируемому источнику питания.Например, Рисунок 2 показывает, как сильноточный источник питания может быть подключен к блоку электронных нагрузок для тестирования.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5e6aa9f81b7ae8af048b45fd» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «2. Показан параллельный ряд настольных электронных нагрузок с подключением шин к оценочному комплекту «. data-embed-src = «https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2020/03/Part_1_Figure_2___Bus_Bars.5e6aa9f7ea61d.png? Auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» 2. Показан параллельный набор настольных электронных нагрузок с подключением шин к оценочному комплекту. «]}%

Медные и алюминиевые проводники« сборных шин »используются для подключения, при этом пять электронных модулей нагрузки работают параллельно для обработки К сожалению, форм-фактор этой испытательной установки требует, чтобы протяженность сильноточных проводов составляла 40 см или более, и такая длина пути вызывает значительные резистивные потери между тестируемым источником питания и нагрузочными модулями.Это добавленное сопротивление сокращает запас напряжения на нагрузке, а паразитная индуктивность L _P в проводниках устанавливает неизбежный верхний предел максимальной скорости нарастания переходных процессов нагрузки, которая может быть достигнута:

dI / dt _MAX ≤ В _DUT / L _P

К сожалению, чем больше отдельных нагрузок объединяются параллельно, тем больше становится испытательная установка и, соответственно, больше резистивных и индуктивных потерь в соединительной шине. Очевидно, что для достижения максимальной скорости нарастания и минимального общего сопротивления требуется более специализированное решение для электронной нагрузки.

Требования к электронной нагрузке

Чтобы имитировать поведение полупроводникового устройства, на которое подается питание, нам нужна электронная нагрузка со всеми следующими характеристиками:

Скорость нарастания тока нагрузки (dI / dt) как можно выше ( в идеале скорость нарастания также может регулироваться)
Точно регулируемый ток нагрузки
Высокая мощность рассеивания, как пиковая, так и непрерывная
Возможность контролировать ток нагрузки с высокой точностью и широкой полосой пропускания

Для тестирования низковольтных источников питания на очень высокие уровни тока, электронная нагрузка должна иметь сверхнизкое минимальное сопротивление в открытом состоянии.Наконец, электронная нагрузка должна быть спроектирована так, чтобы подключаться к тестируемому источнику питания с минимальным сопротивлением и индуктивностью, иначе общая производительность будет ограничена самим межсоединением.

Типы электронных нагрузок для тестирования источников питания

Простая резистивная нагрузка

Самая простая нагрузка, которую мы можем представить, — это силовой резистор. При правильном размере и охлаждении он может удовлетворять требованиям к высокой рассеиваемой мощности, а ток можно контролировать напрямую (путем измерения напряжения на известном сопротивлении).Последовательное добавление переключателя позволяет создать переходную нагрузку. Однако нагрузка будет либо полностью включена, либо полностью отключена, а ток будет зависеть от тестируемого напряжения. Текущая скорость нарастания напряжения не контролируется и не регулируется. Ясно, что это не гибкое решение, которое можно адаптировать к широкому спектру требований тестирования.

Активный приемник тока

Чтобы обеспечить регулируемую нагрузку и управляемую скорость нарастания тока (скорость, с которой ток нагрузки растет и падает), необходимо построить схему активного стока тока на основе операционного усилителя.Топология этой схемы показана на рис. 3 . Операционный усилитель управляет затвором силового полевого МОП-транзистора, чтобы установить контролируемое напряжение на измерительном резисторе. Это приводит к контролируемому току нагрузки, который течет от стока к истоку полевого МОП-транзистора и через резистор считывания к земле. Мощный МОП-транзистор увеличивает усиление по току, но не увеличивает усиление по напряжению, поскольку он работает как усилитель с общим стоком, также известный как истоковый повторитель.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5e6aaa1f2fd1ed5a008b4654» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «3.Это базовая схема активного стока. «Data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2020/03/Part_1_Figure_3___Current_Sink.5e6aaa1ee138a.png?auto= format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» 3. Это базовая активная схема стока тока. «]}%

Эта схема может быть реализована с помощью n-канального MOSFET с резистором считывания на нижней стороне или с p-канальным MOSFET с резистором считывания на выходе сторона высокого напряжения.В последнем случае схема более точно описывается как источник тока.В любом случае чувствительный резистор добавляет немного отрицательной обратной связи, потому что он подключен к истоку полевого МОП-транзистора, вычитая напряжение затвор-исток при увеличении тока и, наоборот, добавляя управление затвором при уменьшении тока, что способствует стабильности.

Практическая реализация схемы активного стока тока с n-канальным MOSFET показана на рис. 4 . Эта схема представляет собой сочетание простого стока тока (рис. 3) и дифференциального усилителя. Эта топология повышает точность за счет учета динамических и статических различий в потенциале земли между входным сигналом (SGND) и стороной низкого напряжения измерительного резистора (GND).

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5e6bf1182fd1ed35008b4717» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «4. Вот подробная схема стока тока «. data-embed-src = «https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2020/03/Part_1_Figure_4___Detailed_Current_Sink_WEB.5e6bf1178cc80.png?auto=format&fit14=max&w=data» = «4. Вот подробная схема стока тока.» ]}%

Ток нагрузки, развиваемый этой схемой, пропорционален напряжению управляющего сигнала (обозначен кривой нагрузки на рис. 4) , с усилением, установленным соотношением входного сопротивления и сопротивления настройки усиления.Например, используя принцип суперпозиции для анализа схемы Рис. 4 , мы видим, что ток следует за входным сигналом, масштабируемым коэффициентом усиления 1/2 и сопротивлением считывания.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5e6aabf51b7ae82d008b4655» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «Уравнения» data-embed-src = «https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2020/03/equations.5e6aabf54cee3.png?auto=format&fit=max&w=1440» data-embed-caption = «»]}%

Таким образом, резистор считывания относится к заземлению питания, а входной сигнал относится к заземлению сигнала.Конфигурация разностного усилителя сводит к минимуму вредное влияние сдвига «мощность-земля» и «сигнал-земля» на точность поглотителя тока.

Активная схема стока тока имеет много преимуществ по сравнению с простым переключаемым сопротивлением. В отличие от простого сопротивления, активный сток может генерировать переменный ток нагрузки от нуля ампер до максимального тока. Кроме того, поскольку ток нагрузки управляется операционным усилителем по замкнутому контуру, ток точно отслеживает управляющий сигнал.Следовательно, активный сток тока может достигать контролируемой скорости нарастания тока. Наконец, поскольку в цепи есть резистивный элемент с фиксированным значением, точное измерение тока нагрузки в широкой полосе пропускания относительно просто.

На рисунке 5 показан один из способов добавления второго усилителя для передачи данных о токе нагрузки. В этом случае он сконфигурирован как усилитель крутизны, что позволяет легко суммировать сигналы измерения тока от нескольких цепей стока тока.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5e6aaa6a1b7ae82a008b4659» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «5. Для измерения тока используется усилитель крутизны ». data-embed-src = «https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2020/03/Part_1_Figure_5___Detailed_Current_Current_Sink_with_Monitor.5e6aaa6a1c0b5.png?147aaaa6a1c0b5.png?auto=max» data&fit=40&fit&fit&fit&fit&fit = «5. Для измерения тока используется усилитель крутизны.» ]}%

Заключение

Имея в руках основы схемы активной электронной нагрузки, следующей частью успешного проектирования является выбор компонентов и компоновка схемы.Пожалуйста, посмотрите вторую часть этой серии из трех частей, чтобы получить больше информации.

Дуайт Ларсон (Dwight Larson) — главный член технического персонала, подразделения облачных вычислений и центров обработки данных компании Maxim Integrated.

Программируемые электронные нагрузки постоянного тока | Конвертеры и другое

Программируемые электронные нагрузки постоянного тока

Обзор

Ниже приведен список информации по любым вопросам, которые могут возникнуть при выборе электронной нагрузки..

Реализация электронных нагрузок
Общие сведения о электронных нагрузках постоянного тока
Выбор программируемой электронной нагрузки постоянного тока
Примеры мощных электронных нагрузок постоянного тока

Когда вы закончите, прокрутите назад и просмотрите наш инвентарь для электронной нагрузки что соответствует вашим потребностям. Мы в Circuit Specialists гарантируем, что мы работаем только с лучшими производителями, чтобы предоставить вам услуги и продукцию высочайшего качества.

Применение электронных нагрузок

Силовые устройства должны быть проверены на предмет их различных состояний работы.Возьмем, к примеру, батарейки. Их необходимо протестировать в течение сотен или тысяч циклов, чтобы определить такие факторы, как качество, долговечность, долговечность, надежность и ожидаемый срок службы.

Электронные нагрузки используются многочисленными производителями в различных отраслях, например:

автомобильные аккумуляторы
Топливные элементы
Двигатели
сотовые телефоны / устройства
солнечные панели
нефтегазовые продукты

—и другие подобные отрасли, где необходимо проверить мощность.

Программируемые электронные нагрузки полезны для определения характеристик и предоставления данных испытаний на разряд для инженеров. Они также особенно полезны для аэрокосмической, коммерческой электроники, обороны и аналогичных систем, где требуются особые режимы работы и требуется тестирование.

Общие сведения об электронных нагрузках постоянного тока

Как упоминалось ранее, программируемые электронные нагрузки могут имитировать нагрузки переменного или постоянного тока. Нагрузки постоянного тока используются при тестировании источников питания постоянного тока, таких как зарядные устройства, преобразователи, топливные элементы, батареи, телекоммуникационные выпрямители и т.п.

Нагрузки

переменного тока, с другой стороны, используются при тестировании однофазных и трехфазных систем переменного тока. К ним относятся такие источники, как силовые инверторы, автоматические предохранители и переключатели, а также системы ИБП. Они также могут тестировать возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи и ветряные мельницы.

В настоящее время на рынке доступны четыре типа электронных нагрузок постоянного тока. Это (1) настольный, (2) слот, (3) системный и (4) модульный. Каждый из них, как можно догадаться, имеет свои особенности и преимущества.

Настольный — наиболее распространенный тип электронной нагрузки «начального уровня». Они недороги и имеют довольно ограниченный диапазон и точность.
Слот — очень похож на настольный тип, только он измеряет один набор переменных.
Система — немного дороже, чем настольный, электронные нагрузки системного типа состоят из одного интегрального переходного процесса. генератор. Они обладают множеством функций и идеально подходят для почти непрерывной работы.
Модульные — эти типы электронных нагрузок предназначены для динамических нагрузок и состоят из шасси компьютера.Они способны тестировать несколько различных источников питания, подключенных параллельно, всего за один проход.

Различные типы электронных нагрузок имеют разные частоты, входное напряжение, мощность и ток. Нагрузки можно подключать параллельно, чтобы получить до 120 кВт мощности и эффективно увеличить их мощность. Многие из них имеют различные конфигурации для работы с различными видами нагрузок, такими как сильноточные нагрузки, высокое напряжение или динамические.

Большинство доступных электронных нагрузок постоянного тока используют либо один транзистор / полевой транзистор, либо массив параллельно соединенных транзисторов / полевых транзисторов (также известных как IGBT), чтобы действовать как переменный резистор.Обычно они устанавливаются на радиатор и охлаждаются вентиляторами или водой.

Другие полезные функции программируемых нагрузок постоянного тока включают их способность имитировать другие типы нагрузки, такие как двигатель постоянного тока. Они также могут иметь очень частые импульсы, имитирующие включение и выключение двигателя постоянного тока. Наконец, можно использовать программируемые нагрузки постоянного тока для получения небольшого количества энергии, чтобы имитировать медленный разряд батареи для некоторой внешней нагрузки.

Прямо сейчас на рынке представлены десятки электронных нагрузок, которые предлагают программируемость и возможность имитировать различные режимы, например:

Постоянное напряжение
постоянный ток
постоянная мощность
постоянное сопротивление
Динамическое
короткое замыкание
пик-фактор
коэффициент мощности

Каждый режим может быть запрограммирован на динамическое изменение в зависимости от потребностей, которые должны быть удовлетворены.Это обеспечивает большую гибкость тестирования. Возможны приложения для испытаний большой мощности с программируемыми нагрузками постоянного тока, мощность которых превышает 100 Вт.

Выбор программируемой электронной нагрузки постоянного тока

Использование программируемой электронной нагрузки постоянного тока для тестирования оборудования дает множество преимуществ. Вообще говоря, производители, которые используют такие инструменты для тщательного тестирования своего оборудования перед производством любого вида, увеличивают свое конкурентное преимущество. Более того, правильное тестирование чаще всего дает более точное, точное и надежное оборудование.

Выбрать программируемую электронную нагрузку постоянного тока, которая лучше всего подходит для вашего желаемого применения, довольно просто. Однако огромное количество вариантов, доступных на рынке, может быть немного ошеломляющим, особенно если вы покупаете его впервые. Определенно есть некоторые вещи, которые следует учитывать при выборе наиболее подходящей для вас программируемой нагрузки.

Покупка программируемой нагрузки: моменты для рассмотрения

Какие точки самого низкого и самого высокого напряжения должны считываться программируемой электронной нагрузкой постоянного тока?
Какие измерения необходимы (среднеквадратичные, оцифрованные и т. Д.))?
Какая максимальная текущая рабочая точка может потребоваться электронной нагрузке для считывания?
Будет ли электронная нагрузка проверять один блок за один тест или вам нужно будет проверить несколько блоков?
Есть ли у электронной нагрузки постоянного тока разъемы на передней панели (это может иметь решающее значение для уменьшения падения кабеля и повышения точности электронной нагрузки)?
Можно ли быстро перенастроить электронную нагрузку для меняющихся приложений?

После того, как вы определили, какие тесты вам нужно выполнить, вы будете готовы выбрать правильную электронную нагрузку постоянного тока.Ранее мы перечислили различные режимы, которые может эмулировать программируемый электронный режим. Однако существует только четыре основных режима работы электронной нагрузки постоянного тока:

постоянный ток (CC)
постоянное напряжение (CV)
постоянное сопротивление (CR)
постоянная мощность (CP)

постоянный ток (CC) — или управляемый по току — режим, когда источник питания нагрузки в основном действует как источник тока. Ток, протекающий через выходные клеммы, остается постоянным, в то время как выходное напряжение изменяется в зависимости от текущих условий нагрузки.

Режим постоянного сопротивления (CR) позволяет пользователям устанавливать значение сопротивления. Затем нагрузка будет регулировать потребляемый ток обратно, чтобы компенсировать любое изменение испытательного напряжения.

Режим постоянного напряжения (CV) позволяет пользователю устанавливать фиксированное напряжение. Электронная нагрузка потребляет ток, необходимый для поддержания напряжения на заданном уровне.

Режим постоянной мощности (CP) позволяет пользователям устанавливать уровень мощности, необходимый для их теста. Затем нагрузка будет пропорционально регулировать потребляемый ток, чтобы компенсировать любые изменения напряжения.Эти настройки останутся постоянными, если не произойдет событие, которое приведет к срабатыванию одного из режимов защиты.

Хорошо продуманная электронная нагрузка с программируемым постоянным током всегда контролирует ток. Независимо от того, в каком режиме находится нагрузка, она всегда должна контролировать ток. Это позволяет пользователям устанавливать уровень тока, который будет потреблять нагрузка постоянного тока независимо от любых изменений напряжения.

Некоторые программируемые электронные нагрузки постоянного тока, такие как Array 3720A, могут иметь дополнительные рабочие режимы, следующие за четырьмя основными.Например, указанная модель имеет восемь основных тестовых режимов после CC, CR, CV и CP. Это следующие режимы:

CCH — постоянный ток, высокий диапазон
CCL — постоянный ток, низкий диапазон
CV — постоянное напряжение
CRL — постоянное сопротивление, низкий диапазон
CRM — постоянное сопротивление, средний диапазон
CRH — постоянное сопротивление, высокий диапазон
CPV — постоянное напряжение питания
CPC — постоянное напряжение питания

Каждый рабочий режим выполняет определенную функцию во время интенсивных испытаний.Электронные нагрузки постоянного тока обычно включают стандартные функции интерфейса ПК, такие как RS-232 и USB (также может быть предоставлен GPIB). Использование компьютера для управления и записи данных испытаний с помощью электронной нагрузки может помочь вам установить параметры управления нагрузкой постоянного тока, а также записать все события, происходящие в течение периода тестирования.

Примеры мощных электронных нагрузочных тестеров постоянного тока

Хотя ваши собственные потребности будут определять, какую программируемую электронную нагрузку постоянного тока вы должны получить, всегда рекомендуется выбирать высокомощные модели.Помимо вопросов, которые мы перечислили выше, вам также необходимо принять во внимание три (3) важных характеристики программируемой нагрузки: номинальное напряжение, номинальный ток и номинальная мощность.

Номинальная мощность здесь не относится к источнику питания для нагрузки. Каждая электронная нагрузка постоянного тока имеет примерно стандартный источник питания, и этот источник питания определяет максимальное напряжение и ток нагрузки. Вместо этого номинальная мощность здесь фактически относится к произведению номинального напряжения, умноженного на ток.

Эта номинальная мощность поможет вам выбрать программируемую нагрузку постоянного тока, которая может выдерживать максимальное напряжение и ток, которые вам нужны.

Возьмем для примера массив 3755A. Эта мощная программируемая электронная нагрузка постоянного тока разработана для обеспечения высокой производительности и мощных функций тестирования. Его минимальное рабочее напряжение составляет менее 2 В. Его максимальный ток может быть достигнут даже при входном напряжении 0 В. Имеет мощную функцию последовательного тестирования; с минимальным временем шага 50 мс и максимальным временем шага 99999 с.

Array 3755A разработан для обеспечения высокой эффективности и высокой надежности. Он способен работать даже в самых сложных условиях тестирования и оснащен интеллектуальной системой охлаждения, созданной для повышения плотности мощности.

Siglent SDL1020X-E 150V-30A — еще один пример мощной электронной нагрузки постоянного тока, которая настоятельно рекомендуется. Его входной диапазон составляет 150 В, 30 А и 200 Вт. Помимо нескольких полезных функций, таких как режим динамического тестирования до 24 кГц и функция разряда батареи, эта модель обеспечивает стабильность и надежность в широком диапазоне встроенных приложений.Он имеет несколько режимов и специальные конфигурации, которые позволяют удовлетворить все виды требований тестирования.

Эта программируемая электронная нагрузка постоянного тока идеально подходит для тестирования портативных устройств, светодиодного освещения, автомобильной электроники и аэрокосмической промышленности.

И, наконец, ITECH IT8512B-PLUS 500V 15A. Эта электронная нагрузка, входящая в серию ITECH IT8500 +, столь же мощна, как и есть. Эта программируемая нагрузка, разработанная для приложений среднего и высокого уровня, предлагает множество решений в зависимости от требований к конструкции и тестированию.
Обладая такими удобными функциями, как дистанционное управление, динамический режим до 10 кГц и емкость памяти на 100 групп, эта модель с легкостью справляется со строгими статическими и динамическими испытаниями оборудования. Пользователи могут выполнять измерения напряжения в режиме онлайн и всестороннее тестирование источников питания, аккумуляторов постоянного тока, преобразователей постоянного тока, зарядных устройств и других подобных источников.

Вот некоторая дополнительная важная и актуальная информация об электронных нагрузках, которую может быть полезно прочитать:

Приложения электронной нагрузки

Основы электронных нагрузок

Электронная нагрузка

| Hackaday

Импорт дешевого оборудования и испытательного оборудования — это нечто вроде благословения.Это позволяет вам оборудовать лабораторию, не опустошая банковский счет, но, с другой стороны, обычно есть причина, по которой это дешево. Конечно, розничная цена на оборудование не должна быть метрикой, по которой мы измеряем его качество, но должно быть кое-что, где можно срезать углы, когда они продают эти вещи за небольшую часть того, что берут известные бренды. .

Прекрасным примером является электронная нагрузка ZHIYU ZPB30A1, которую можно приобрести у различных онлайн-импортеров по цене около 30 долларов США.Хотя цена подходит для регулируемой нагрузки, которая может выдерживать до 110 Вт, у нее есть довольно явные недостатки. Пытаясь решить хотя бы некоторые из этих проблем, [Лука Циммерманн] работает над заменой прошивки с открытым исходным кодом для микроконтроллера STM8S нагрузки.

[Лука] быстро обнаружил, что чип STM8S005K6 устройства защищен от записи, поэтому, к сожалению, вы не можете просто прошить на него новую прошивку. Если вы хотите разблокировать дополнительные функции, вам необходимо выполнить трансплантацию мозга.К счастью, эти чипы довольно дешевы, и вы, вероятно, сможете добавить пару из них в корзину, когда закажете ZPB30A1.

С установленной новой лицензионной прошивкой GPLv3 устройство получает режимы постоянной мощности и сопротивления (стандартная прошивка может работать только с постоянным током), последовательную регистрацию и поддержку регулировки номинала шунтирующего резистора. Есть даже базовая система меню для переключения между новыми режимами. Есть еще пара функций, которые не были реализованы, например, автоматическое выключение, но это уже значительная модернизация стандартного программного обеспечения.Теперь нам просто нужны некоторые подробности о стильном индивидуальном корпусе, в который [Лука] поместил свой модернизированный ZPB30A1.

Если это кажется слишком простым, вы всегда можете пойти по пути DIY Arduino для ваших нужд нагрузочного тестирования или построить монстра, который может потреблять до 1 кВт.

[Спасибо Benik3 за подсказку.]

Регулируемая постоянная токовая нагрузка

Схема

Конструкции с постоянным током «фиктивной нагрузки», построенные на почтенном LM324 quad OPAMP, стали довольно популярными в сообществе любителей.Тем не менее, основная концепция существует уже давно, и, по сути, это текущий исходный дизайн, основанный на OPAMP. Часть схемы ниже источника тока очень похожа на конструкцию Дэйва. Однако меня всегда беспокоило то, что в исходной конструкции не использовались четыре OPAMP в LM324, и что в схеме была ограниченная защита. Поэтому я решил использовать один из двух «запасных» OPAMP для защиты от тепловой перегрузки, а другой — для включения охлаждающего вентилятора. Такой подход должен привести к более надежной конструкции, что является важным фактором для испытательного оборудования.

На рисунке 1 показана принципиальная электрическая схема. Раздел «Текущий источник» должен быть знаком всем, кто видел подобные проекты в сети. U2D OPAMP — это повторитель напряжения, который гарантирует, что напряжение на резисторе 0,1 Ом «следует» за напряжением, приложенным к его неинвертирующему входу. Следовательно, ток на выходе через резистор 0,1 Ом равен I = Vi / (0,1) = 10 x Vi. Я решил использовать резистор 0,1 Ом (вместо обычной конструкции на 1 Ом), чтобы пропускать большие токи. Меньшее значение резистора снижает мощность, рассеиваемую резистором при заданном выходном токе.Кроме того, напряжение между источником и землей также снижается, что обеспечивает поддержание VGS значительно выше порогового напряжения полевого МОП-транзистора для всех практических условий эксплуатации. Я использовал два N-канальных полевых МОП-транзистора 50N06 параллельно, чтобы уменьшить общий коэффициент Рона и повысить надежность. В этой конструкции максимальный ток должен быть около 7 А и ограничен резистором 5 Вт, который я использовал; не полевыми МОП-транзисторами. Больших токов можно достичь с помощью резистора, способного рассеивать 10 или 20 Вт (чего у меня не было под рукой). Входное напряжение не должно превышать 60 В (максимальное напряжение VDS для этих полевых МОП-транзисторов).В качестве дополнительной меры защиты я добавил силовой MOV от входа к земле, чтобы защитить полевые МОП-транзисторы от переходных процессов высокого напряжения.

U2A OPAMP представляет собой повторитель напряжения, буферизующий «установленное напряжение» резистивного делителя, образованного резистором 1 МОм и многооборотным потенциометром RV1. Если многооборотный банк недоступен, вы можете вместо этого использовать два однооборотных банка последовательно (например, 100К и 10К). Выход U2A управляет другим резистивным делителем перед тем, как управлять панельным измерителем.В моем случае это было необходимо для независимой «калибровки» панельного измерителя по показаниям напряжения и тока. Если требуется только одно чтение, эту часть можно пропустить. Переключатель SW2 переключает показания напряжения и тока. Я обнаружил, что это очень полезно при нормальной работе, так что вы можете быстро рассчитать рассеиваемую мощность. Переключатель SW2 позволяет видеть ток, «запрограммированный» резистивным делителем, даже если нагрузка не подключена. Я видел эту «удобную» функцию, реализованную в другом дизайне, размещенном на форуме eevblog, которая оказалась очень важной.Без этого переключателя невозможно точно узнать «запрограммированный» ток нагрузки до тех пор, пока не будут подключены входные клеммы. В лучшем случае это просто досада. В худшем случае это может быть довольно опасно для внешней цепи, так как вы можете непреднамеренно приложить чрезмерную нагрузку к тестируемому источнику питания!

Как упоминалось во введении, два «запасных» OPAMP используются для защиты и управления охлаждающим вентилятором. U2C образует простой компаратор между напряжением, установленным термистором и делителем напряжения R8, и делителем напряжения R5, R6.Гистерезис контролируется положительной обратной связью, обеспечиваемой R4. Термистор контактирует с радиатором полевого МОП-транзистора, и его сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Когда температура превышает установленный порог, выход U2C становится высоким. Это включает МОП-транзистор BS170 и немедленно заставляет управляющее напряжение на входе U2D заземляться, тем самым отключая источник тока и защищая цепь. Я рассчитал порог, установленный R5 и R6 для моего конкретного приложения, на основе измерений температуры в корпусе MOSFET.Для более общего подхода вы можете заменить R5 и R6 регулируемым триммером и установить правильный порог для вашего дизайна. Убедитесь, что защита срабатывает, когда температура перехода полевого МОП-транзистора немного ниже абсолютного максимального значения, указанного в паспорте. При нормальной работе BS170 выключен, и через сток проходит очень небольшой ток (в основном ток утечки), поэтому он не влияет на цепь. Светодиод D2 сигнализирует пользователю о срабатывании защиты от перегрузки и установлен на передней панели.

U2B OPAMP также является компаратором напряжения с гистерезисом и используется для управления вентилятором 12 В (повторно используется из старого блока питания ПК). Диод 1N4001 защищает полевой МОП-транзистор BS170 от индуктивного обратного напряжения. Температурный порог включения вентилятора, контролируемый RV2, очевидно, должен быть ниже порога защиты от перегрузки. Кто-то может возразить, что вся цепь управления вентилятором не нужна и что вентилятор всегда должен быть включен. Хотя это, безусловно, правильный подход, я предпочитаю не иметь дело с шумом вентилятора, когда мощность, рассеиваемая в нагрузке, мала, и считаю, что эта схема достаточно хорошо справляется с этой задачей.
Извлеченных уроков

Я решил построить эту схему на простой монтажной плате, а не разрабатывать специализированную печатную плату. Оглядываясь назад, это было ошибкой. Как я позже узнал, паразитная емкость в этой схеме сделала схему весьма чувствительной к колебаниям. Чтобы понять, как «приручить» колебания, я в конце концов прочитал довольно много о стабильности в качестве «курса переподготовки» и на самом деле кое-что узнал (всегда есть серебряная подкладка). Тем, кто интересуется этой темой, я рекомендую отличный Apnote Рона Манчини «Стабильность операционного усилителя и входная емкость» от Texas Instruments.R7 и C5 были моим первым подходом к увеличению запаса по фазе, но этого оказалось недостаточно. Я закончил тем, что использовал «деспотичную» технику компенсации доминирующего полюса, добавив конденсаторы C6 и C7 к затвору 50N06. Это может быть излишним для вашего конкретного дизайна и макета, но это эффективное решение, когда все остальное терпит неудачу.

Второй урок, который я усвоил, касается токов на землю (которых также можно было бы избежать с помощью хорошей печатной платы). «Загадочное» увеличение измеряемого тока на панельном измерителе сначала было замечено всякий раз, когда включается вентилятор.Поскольку вентилятор не питается от входа нагрузки, это было довольно неожиданно. После некоторой отладки я обнаружил, что ток заземления для вентилятора проходит по тому же пути, что и обратный ток заземления для POT1. Поскольку напряжение на этом потенциометре очень мало (побочный эффект цепи делителя и небольшого сенсорного резистора 0,1 Ом, который я выбрал), это добавляло падение напряжения через заземляющую пластину, которое было видно на панельном измерителе. Добавление дополнительного пути заземления непосредственно от земли Q2 к входу заземления питания решило проблему.Это часть удовольствия от построения этих схем; вы многому учитесь, совершая ошибки!

Сборка

Я не особо «склонен к механике», но очень горжусь тем, как на этот раз получилась сборка. Я повторно использовал старую алюминиевую коробку переключателя параллельных портов в качестве корпуса для этого проекта. Коробка очень хорошего качества, в ней много места для компонентов. Я использовал несколько старых адаптеров переменного / постоянного тока для питания 12 В для основной цепи и 9 В для панельного счетчика (да; это один из тех счетчиков, который требует отдельного заземления, поэтому я не мог использовать LM317 для генерации 9 В с 12 В).Сборка передней панели изображена на рисунке 5. Панельный измеритель находится слева, а многооборотный потенциометр — справа. Обратите внимание на большой MOV, припаянный прямо к входным клеммам, чтобы предотвратить распространение скачков напряжения по цепи.

Собираем все вместе

Вот типичная схема тестирования (см. Рисунок 8). DUT — это блок питания, установленный справа на 5 В. Нагрузка в этом примере составляет всего 0,49 А. Используя «измерительные» клеммы, я подключил мультиметр прямо ко входу нагрузки, так что ток нагрузки и напряжение контролируются одновременно.Это относительно простой и интересный в разработке проект. Он должен пригодиться в моей лаборатории на долгие годы.

Стабилизированный источник питания 0-30 В постоянного тока с контролем тока 0,002-3 A

Авторские права на эту схему принадлежат smart kit electronics . На этой странице мы будем использовать эту схему для обсуждения улучшений и внесем некоторые изменения на основе исходной схемы.

Общее описание

Это высококачественный источник питания с плавно регулируемым стабилизированным выходом, регулируемым в диапазоне от 0 до 30 В постоянного тока.Схема также включает электронный ограничитель выходного тока, который эффективно регулирует выходной ток от нескольких миллиампер (2 мА) до максимального выходного сигнала в три ампера, который может выдавать схема. Эта функция делает этот источник питания незаменимым в лаборатории экспериментаторов, поскольку можно ограничить ток до типичного максимума, который может потребоваться для тестируемой цепи, и затем включить его, не опасаясь, что он может быть поврежден, если что-то пойдет не так. Также имеется визуальная индикация того, что ограничитель тока работает, так что вы можете сразу увидеть, выходит ли ваша схема за установленные пределы или нет.

Технические характеристики

Входное напряжение: ……………. 24 В переменного тока
Входной ток: ……………. 3 А (макс.)
Выходное напряжение: …………. 0-30 В регулируемый
Выходной ток: …………. 2 мА-3 А регулируемый
Пульсация выходного напряжения:…. 0,01% максимум
Размеры печатной платы: 123 x 85 мм

Характеристики

Уменьшенные размеры, простая конструкция, простое управление.
Выходное напряжение легко регулируется.
Ограничение выходного тока с визуальной индикацией.
Полная защита поставляемого устройства от перегрузок и неисправностей.

Как это работает

Для начала имеется понижающий сетевой трансформатор с вторичной обмоткой на 24 В / 3 А, который подключается через входные точки схемы к контактам 1 и 2. (качество выходного напряжения питания будет равным. прямо пропорционально качеству трансформатора). Переменное напряжение вторичной обмотки трансформаторов выпрямляется мостом, образованным четырьмя диодами D1-D4.Постоянное напряжение на выходе моста сглаживается фильтром, образованным накопительным конденсатором C1 и резистором R1. Схема включает в себя некоторые уникальные особенности, которые сильно отличают ее от других источников питания этого класса. Вместо того чтобы использовать переменное устройство обратной связи для контроля выходного напряжения, наша схема использует усилитель постоянного усиления, чтобы обеспечить опорное напряжение, необходимое для ее функционирования стабильного. Опорное напряжение генерируется на выходе U1.

Схема работает следующим образом: Диод D8 представляет собой стабилитрон 5,6 В, который здесь работает при токе с нулевым температурным коэффициентом. Напряжение на выходе U1 постепенно увеличивается, пока не загорится диод D8. Когда это происходит, стабилизирует цепь и опорное напряжение стабилитрона (5.6 V) появляется через резистор R5. Ток, протекающий через неинвертирующий вход операционного усилителя, незначителен, поэтому один и тот же ток течет через R5 и R6, а поскольку два резистора имеют одинаковое значение, напряжение на двух из них, соединенных последовательно, будет ровно в два раза больше. напряжение на каждом.Таким образом, настоящее напряжение на выходе операционного усилителя (вывод 6 из U1) составляет 11,2 В, в два раза стабилитроны опорного напряжения. Интегральная схема U2 имеет постоянный коэффициент усиления приблизительно 3 X, в соответствии с формулой А = (R11 + R12) / R11, и повышает опорное напряжение 11,2 В до приблизительно 33 В. триммера RV1 и резистора R10, которые используются для регулировка пределов выходного напряжения таким образом, чтобы его можно было снизить до 0 В, несмотря на любые отклонения значений других компонентов схемы.

Еще одна очень важная особенность схемы — это возможность предварительной установки максимального выходного тока, который может быть получен из p.s.u., эффективно преобразовывая его из источника постоянного напряжения в источник постоянного тока. Чтобы сделать это возможным, схема определяет падение напряжения на резисторе (R7), который включен последовательно с нагрузкой. За эту функцию схемы отвечает микросхема U3. Инвертирующий вход U3 смещен на 0 В через R21. В то же время неинвертирующий вход той же ИС может быть настроен на любое напряжение с помощью P2.

Предположим, что для данного выходного сигнала в несколько вольт P2 установлен так, что вход IC поддерживается на уровне 1 В. Если нагрузка увеличивается, выходное напряжение будет поддерживаться постоянным с помощью секции усилителя напряжения схемы и наличие R7, включенного последовательно с выходом, будет иметь незначительный эффект из-за его низкого значения и из-за его расположения вне контура обратной связи цепи управления напряжением. Пока нагрузка остается постоянной, а выходное напряжение не изменяется, схема стабильна.Если нагрузка увеличивается так, что падение напряжения на R7 превышает 1 В, IC3 принудительно срабатывает, и схема переводится в режим постоянного тока. Выход U3 соединен с неинвертирующим входом U2 через D9. U2 отвечает за управление напряжением, и поскольку U3 подключен к его входу, последний может эффективно отменять его функцию. Что происходит, так это то, что напряжение на R7 контролируется и не может увеличиваться выше заданного значения (1 В в нашем примере) за счет уменьшения выходного напряжения схемы.

Фактически, это средство поддержания постоянного выходного тока, и оно настолько точное, что можно предварительно установить ограничение тока до 2 мА. Конденсатор C8 предназначен для повышения стабильности цепи. Q3 используется для включения светодиода всякий раз, когда срабатывает ограничитель тока, чтобы обеспечить визуальную индикацию работы ограничителей. Чтобы U2 мог контролировать выходное напряжение до 0 В, необходимо обеспечить отрицательную шину питания, и это делается с помощью цепи вокруг C2 и C3.Такое же отрицательное питание также используется для U3. Поскольку U1 работает в фиксированных условиях, он может питаться от нерегулируемой положительной шины питания и земли.

Отрицательная шина питания создается простой схемой накачки напряжения, которая стабилизируется с помощью R3 и D7. Чтобы избежать неконтролируемых ситуаций при отключении, вокруг Q1 построена схема защиты. Как только отрицательная шина питания выходит из строя, Q1 отключает весь привод к выходному каскаду. Это фактически приводит к нулевому выходному напряжению, как только отключается переменный ток, защищая цепь и устройства, подключенные к ее выходу.Во время нормальной работы Q1 отключается с помощью R14, но когда отрицательная шина питания разрушается, транзистор включается и устанавливает на выходе U2 низкий уровень. Микросхема имеет внутреннюю защиту и не может быть повреждена из-за этого эффективного короткого замыкания ее выхода. Это большое преимущество в экспериментальной работе, когда можно отключить выходную мощность источника питания, не дожидаясь разрядки конденсаторов, а также есть дополнительная защита, поскольку выходная мощность многих стабилизированных источников питания имеет тенденцию мгновенно повышаться при выключении. с плачевными результатами.

Строительство

Прежде всего, давайте рассмотрим несколько основ построения электронных схем на печатной плате. Плата изготовлена из тонкого изоляционного материала, покрытого тонким слоем проводящей меди, форма которой позволяет формировать необходимые проводники между различными компонентами схемы. Использование правильно спроектированной печатной платы очень желательно, поскольку это значительно ускоряет сборку и снижает вероятность ошибок.Чтобы защитить плату во время хранения от окисления и гарантировать, что она будет доставлена вам в идеальном состоянии, медь лужится во время производства и покрывается специальным лаком, который защищает ее от окисления, а также облегчает пайку.

Припаивание компонентов к плате — единственный способ построить вашу схему, и от того, как вы это сделаете, во многом зависит ваш успех или неудача. Эта работа не очень сложная, и если вы будете придерживаться нескольких правил, у вас не должно возникнуть проблем. Паяльник, который вы используете, должен быть легким, а его мощность не должна превышать 25 Вт.Наконечник должен быть в хорошем состоянии и всегда оставаться чистым. Для этого пригодятся специально изготовленные губки, которые должны оставаться влажными, и время от времени вы можете протирать их горячим наконечником, чтобы удалить все остатки, которые могут скапливаться на нем.

НЕ подпиливайте грязный или изношенный наконечник наждачной бумагой. Если наконечник нельзя очистить, замените его. На рынке существует множество различных типов припоя, и вам следует выбирать припой хорошего качества, который содержит необходимый флюс в своей сердцевине, чтобы каждый раз обеспечивать идеальное соединение.
НЕ используйте паяльный флюс, кроме того, который уже включен в ваш припой. Слишком большой поток может вызвать множество проблем и является одной из основных причин неисправности цепи. Если, тем не менее, вам необходимо использовать дополнительный флюс, как в случае лужения медных проводов, тщательно очистите его после завершения работы.

Для правильной пайки компонента необходимо сделать следующее:

Очистите выводы компонентов небольшим кусочком наждачной бумаги.
Согните их на правильном расстоянии от корпуса компонентов и вставьте компонент на его место на плате.
Иногда вы можете встретить компоненты с более толстыми выводами, чем обычно, которые слишком толстые, чтобы войти в отверстия ПК. доска. В этом случае используйте мини-дрель, чтобы немного увеличить отверстия. Не делайте отверстия слишком большими, так как впоследствии это затруднит пайку.
Возьмите горячий утюг и поместите его наконечник на вывод компонента, удерживая конец припоя в том месте, где вывод выходит из платы.Наконечник утюга должен касаться провода немного выше компьютера. доска.
Когда припой начнет плавиться и течь, подождите, пока он равномерно покроет область вокруг отверстия, и флюс закипит и выйдет из-под припоя.
Вся операция не должна занимать более 5 секунд. Снимите утюг и дайте припою остыть естественным образом, не дуя на него и не перемещая компонент. Если все было сделано правильно, поверхность стыка должна иметь блестящую металлическую отделку, а его края должны плавно заканчиваться на выводе компонента и направляющей платы.Если припой выглядит тусклым, потрескавшимся или имеет форму капли, значит, вы сделали сухое соединение, и вам следует удалить припой (с помощью насоса или фитиля) и переделать его. Следите за тем, чтобы не перегреть гусеницы, так как их очень легко оторвать от доски и сломать.
При пайке чувствительного компонента рекомендуется удерживать провод со стороны компонента платы с помощью пары плоскогубцев, чтобы отвести тепло, которое может повредить компонент.
Убедитесь, что вы не используете больше припоя, чем необходимо, так как вы рискуете закоротить соседние дорожки на плате, особенно если они расположены очень близко друг к другу.
Когда вы закончите работу, отрежьте лишние выводы компонентов и тщательно очистите плату подходящим растворителем, чтобы удалить все остатки флюса, которые могут остаться на ней.

Строительство (… продолжение)

Так как рекомендуется начать работу с определения компонентов и разделения их на группы. Поместите в первую очередь гнезда для микросхем и контакты для внешних подключений и припаяйте их на свои места. Продолжаем с резисторами. Не забудьте насыпать R7 на определенном расстоянии от печатной платы, так как он имеет тенденцию сильно нагреваться, особенно когда в цепи подаются большие токи, и это может привести к повреждению платы.Также желательно установить R1 на определенном расстоянии от поверхности печатной платы. Продолжайте с конденсаторами, соблюдая полярность электролита, и, наконец, припаяйте диоды и транзисторы, стараясь не перегреть их и в то же время очень осторожно, чтобы правильно их выровнять.

Установите силовой транзистор на радиатор. Для этого следуйте схеме и не забудьте использовать слюдяной изолятор между корпусом транзистора и радиатором, а также специальные фибровые шайбы для изоляции винтов от радиатора.Не забудьте поместить метку для пайки на один из винтов со стороны корпуса транзистора, она будет использоваться как вывод коллектора транзистора. Используйте небольшое количество теплопередающей смеси между транзистором и радиатором, чтобы обеспечить максимальную теплопередачу между ними, и затяните винты до упора.

Прикрепите кусок изолированного провода к каждому выводу, стараясь обеспечить очень хорошие соединения, поскольку ток, протекающий в этой части цепи, довольно велик, особенно между эмиттером и коллектором транзистора.
Удобно знать, где вы собираетесь разместить все внутри корпуса, в котором будет размещаться ваш источник питания, чтобы рассчитать длину проводов, которые будут использоваться между печатной платой и потенциометрами, силовым транзистором и для входные и выходные подключения к схеме. (На самом деле не имеет значения, длиннее ли провода, но это делает проект более аккуратным, если провода обрезаны точно до необходимой длины).
Подключите потенциометры, светодиод и силовой транзистор и подключите две пары выводов для входных и выходных соединений.Убедитесь, что вы очень внимательно следите за схемой этих подключений, так как в общей сложности 15 внешних подключений к цепи, и если вы сделаете ошибку, может быть очень трудно найти ее впоследствии. Рекомендуется использовать кабели разных цветов, чтобы облегчить поиск неисправностей.

Внешние соединения:

1 и 2 вход переменного тока, вторичная обмотка трансформатора.
3 (+) и 4 (-) выход постоянного тока.
5, 10 и 12 на P1.
6, 11 и 13 на P2.
7 (E), 8 (B), 9 (E) к силовому транзистору Q4.
Светодиод также должен быть размещен на передней панели корпуса, где он всегда виден, но контакты, к которым он подключен, не пронумерованы.

Когда все внешние соединения выполнены, очень внимательно осмотрите плату и очистите ее от остатков паяльного флюса. Убедитесь, что нет мостов, которые могут закоротить соседние дорожки, и, если все в порядке, соедините вход цепи с вторичной обмоткой подходящего сетевого трансформатора.Подключите вольтметр к выходу схемы и первичной обмотке трансформатора к сети.

НЕ ПРИКАСАЙТЕСЬ К ЧАСТИ ЦЕПИ, КОГДА ОНА НАХОДИТСЯ НА ПИТАНИИ.

Вольтметр должен измерять напряжение от 0 до 30 В постоянного тока в зависимости от настройки P1 и должен следить за любыми изменениями этой настройки, чтобы указать, что регулятор переменного напряжения работает правильно. При повороте P2 против часовой стрелки должен загореться светодиод, указывая на то, что ограничитель тока работает.

Данные

Регулировки

Если вы хотите, чтобы выход вашего источника питания регулировался в диапазоне от 0 до 30 В, вам следует отрегулировать RV1, чтобы убедиться, что когда P1 установлен на минимальное значение, выход источника питания равен точно 0 В. Поскольку невозможно измерить очень небольшие значения с помощью обычного панельного измерителя, лучше использовать цифровой измеритель для этой регулировки и установить его на очень низкую шкалу, чтобы увеличить его чувствительность.

Предупреждение

При использовании электрических деталей обращайтесь с источником питания и оборудованием с большой осторожностью, соблюдая стандарты безопасности, описанные в международных спецификациях и нормах.

ВНИМАНИЕ

Эта схема работает от сети, и в некоторых ее частях присутствует 220 В переменного тока.
Напряжение выше 50 В ОПАСНО и даже может быть СМЕРТЕЛЬНЫМ.
Во избежание несчастных случаев, которые могут привести к летальному исходу для вас или членов вашей семьи, соблюдайте следующие правила:

НЕ работайте, если вы устали или торопитесь, дважды проверьте все перед подключением вашей цепи к электросети и будьте готовы
, чтобы отключить его, если что-то не так.
НЕ прикасайтесь к какой-либо части цепи, когда она находится под напряжением.
НЕ оставляйте шнуры питания незащищенными. Все силовые провода должны быть хорошо изолированы.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ заменять предохранители другими предохранителями с более высоким номиналом или заменять их проволокой или алюминиевой фольгой.
НЕ работайте мокрыми руками.
Если вы носите цепочку, ожерелье или что-нибудь, что может свисать, и дотрагиваетесь до незащищенной части цепи, БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ.
ВСЕГДА используйте подходящий сетевой шнур с подходящей вилкой и должным образом заземляйте электрическую цепь.
Если корпус вашего проекта металлический, убедитесь, что он правильно заземлен.
По возможности используйте сетевой трансформатор с соотношением 1: 1, чтобы изолировать вашу цепь от сети.
При тестировании схемы, работающей от сети, надевайте обувь с резиновой подошвой, стойте на сухом непроводящем полу и держите одну руку в кармане или за спиной.
Если вы примете все вышеперечисленные меры предосторожности, вы снизите риск до минимума и тем самым защитите себя и окружающих.
Тщательно сконструированное и хорошо изолированное устройство не представляет опасности для пользователя.

ОСТОРОЖНО: ЭЛЕКТРИЧЕСТВО МОЖЕТ УБИТЬ, ЕСЛИ ВЫ НЕ ВНИМАТЕЛЬНЫ

Если не работает

Проверьте свою работу на предмет возможных сухих стыков, перемычек на соседних дорожках или остатков паяльного флюса, которые обычно вызывают проблемы.
Еще раз проверьте все внешние подключения к цепи и от цепи, чтобы увидеть, нет ли там ошибки.

Убедитесь, что все компоненты отсутствуют или вставлены в неправильные места.
Убедитесь, что все поляризованные компоненты припаяны правильно. — Убедитесь, что источник питания имеет правильное напряжение и правильно подключен к вашей цепи.
Проверьте свой проект на наличие неисправных или поврежденных компонентов.

Список деталей

Деталь	Значение	Примечание
R1	2,2 кОм	1W
R2	82 Ом	1/4 Вт
R3	220 Ом	1/4 Вт
R4	4.7 кОм	1/4 Вт
R5-R6-R13-R20-R21	10 кОм	1/4 Вт
R7	0,47 Ом	5 Вт
R8-R11	27 кОм	1/4 Вт
R9-R19	2,2 кОм	1/4 Вт
R10	270 кОм	1/4 Вт
R12-R18	56 кОм	1/4 Вт
R14	1.5 кОм	1/4 Вт
R15-R16	1 кОм	1/4 Вт
R17	33 Ом	1/4 Вт
R22	3,9 кОм	1/4 Вт
RV1	100 кОм	подстроечный резистор
P1-P2	10 кОм	линейный понтезиометр
C1	3300 мкФ / 50 В	электролитический
C2-C3	47 мкФ / 50 В	электролитический
C4	100 нФ	полиэстер
C5	200nF	полиэстер
C6	100pF	керамика
C7	10 мкФ / 50 В	электролитический
C8	330pF	керамика
C9	100pF	керамика
D1-D2-D3-D4	1N5402-3-4	2А диод — RAX GI837U
D5-D6	1N4148	—
D7-D8	5.6В	Стабилитрон
D9-D10	1N4148	—
D11	1N4001	диод 1A
Q1	BC548	Транзистор NPN или BC547
Q2	2N2219	NPN транзистор
Q3	BC557	Транзистор PNP или BC327
Q4	2N3055	NPN силовой транзистор
U1-U2-U3	TL081	операционный усилитель
D12	Светодиод	—

Обратная связь

Вы можете опубликовать свой опыт и мысли о создании этого блока питания в этой теме.

Еще одна реализация этого блока питания находится здесь — на чешском языке

вот плата, сделанная Sam Carmel и хорошо проработанная

Блок питания от Daniel — вид спереди с ЖК-вольтметром
Потензиометры для грубой и точной регулировки напряжения и регулятор тока

Блок питания Даниэля — внутренний вид. В качестве источника питания для вольтметра используется зарядное устройство для мобильного телефона.

Блок питания Дэниела — вид изнутри.Он собирается заменить конденсатор 2200 мкФ на 6800 мкФ, чтобы уменьшить пульсации при высокой нагрузке.

Блок питания Даниэля — внутренний вид. новый конденсатор (6800 мкФ x 40 В) для улучшения фильтрации пульсаций

Блок питания Даниэля — внутренний вид. Модификация для защиты LM311

Получил следующее электронное письмо от Даниэля 06/2012:
Сейчас у меня проблема только с одной из самых больших бед в электронике… Поддельные компоненты. Я использую поддельный 2N2219, и он длился 100 мс (или меньше) с первой попытки.Поскольку изделие было новым, я даже не подозревал об этом. Я потратил 2 часа на поиски проблемы, и я не мог поверить, когда проверял ее… У меня было еще два, которые я боюсь вместе, у них была такая же судьба… На мое счастье, у меня была коробка со старыми компонентами (некоторые датируются 70-ми годами). ) и там я нашел настоящую Motorola 2N2219… Он работает идеально. Это была единственная трудность, с которой я столкнулся…

Получил следующее письмо от Ивана 02/2010:
Ok. Я построил ваш проект около дня назад. Смонтировал все детали на печатной плате, а затем пришел к выводу, что в этой схеме есть серьезные проблемы.Во-первых, 2N3055 перегреется, поэтому вам придется подключить два из них параллельно с эмиттерными резисторами 0,1 Ом / 5 Вт. Во-вторых, максимальное напряжение между «+» и «-» TL081 составляет 36 В постоянного тока. Если вы подключите их, как показано на этой принципиальной схеме, напряжение будет около 45 В постоянного тока, поэтому они немедленно сгорят. Чтобы решить эту проблему, вам необходимо повторно подключить все контакты номер 7 U1, U2 и U3, эмиттер Q3 и «верхний» конец R19 к выходу из 7809 с стабилитроном 18 В между «общим» контактом и «-» конденсатора 3300 мкФ. , а вход 7809 соединить с ‘+’ той же крышки.Теперь на контакте 7 и упомянутых частях у вас будет 27 В постоянного тока, а общее напряжение будет 32,6 В постоянного тока. В-третьих, вместо 3300 мкФ используйте 4700 или 6800 мкФ / 63 В постоянного тока, чтобы уменьшить пульсации при более высоких токах (2-3 А). В остальном схема идеальна. Мне это нравится, потому что это так недорого и легко сделать с помощью тех простых реконструкций, о которых я упоминал.

Банкноты

Руководство по источникам питания

— B&K Precision

Введение

Источники питания являются одними из самых популярных единиц электронного испытательного оборудования.Это неудивительно, поскольку контролируемая электрическая энергия используется множеством способов. В этом руководстве мы рассмотрим различные типы источников питания, их элементы управления, способы их работы и некоторые примеры их применения.

Источником питания в широком смысле можно назвать все, что снабжает энергией, например плотину гидроэлектростанции, двигатель внутреннего сгорания или гидравлический насос. Однако мы ограничимся обсуждением типов источников питания, которые преимущественно используются для испытаний и измерений, технического обслуживания и разработки продуктов.

Этот документ предназначен для пользователей или потенциальных пользователей источников питания. Его цель — дать определение используемых терминов, познакомить с различными типами источников питания и лежащими в их основе технологиями, объяснить элементы управления типичных источников питания и рассмотреть некоторые примеры их использования.

Вот таблица некоторых различных типов источников питания. Мы сосредоточимся на выделенных типах.

	Выход = DC	Выход = AC
Ввод = AC	«Бородавка стенка» Настольные источники питания Зарядное устройство	Разделительный трансформатор Источник переменного тока Преобразователь частоты
Ввод = DC

Термин «настольный источник питания» здесь используется несколько мягко, поскольку некоторые из обсуждаемых нами источников питания могут быть слишком тяжелыми, чтобы их можно было поставить на скамейку.Тем не менее, номенклатура полезна, поскольку даже тяжелые источники питания с высокой выходной мощностью имеют много общего со своими меньшими собратьями. Но термин «стенд» является описательным для многих людей, поскольку он вызывает в воображении мысленный образ источника питания постоянного тока, используемого на скамейке инженера или техника для множества энергетических задач.

В оставшейся части этого документа стендовый источник питания будет рассмотрен более подробно после краткого обзора источников питания переменного тока.

Источник переменного тока

При тестировании электрического оборудования, которое питается от сети переменного тока, часто важно оценить оборудование, когда оно подвергается воздействию повышенного или пониженного напряжения.Нормальные колебания напряжения в сети переменного тока составляют порядка ± 10%, но могут быть больше, когда линия одновременно используется множеством тяжелых нагрузок. Разработчик может также захотеть провести испытания, выходящие за рамки нормальных изменений напряжения сети переменного тока, для целей нагрузочного тестирования (чтобы выяснить, в чем заключаются недостатки конструкции). Для этого типа тестирования требуется переменный источник переменного тока. Регулируемый источник переменного тока также может быть полезен во время «пониженного напряжения» (условия низкого напряжения в сети), чтобы поднять напряжение в сети до нормального уровня. Другое использование — повышение напряжения, когда нагрузка подключена через длинный удлинитель и падение напряжения на шнуре является значительным.

Различные напряжения переменного тока генерируются с помощью трансформатора (или автотрансформатора). Трансформатор может иметь несколько обмоток или ответвлений, и в этом случае прибор использует переключатели для выбора различных напряжений. В качестве альтернативы можно использовать регулируемый трансформатор (регулируемый автотрансформатор) для (почти) непрерывного изменения напряжения ¹. Некоторые источники переменного тока включают измерители для контроля напряжения, тока и / или мощности.

Некоторые продукты, такие как блок питания переменного тока с регулируемой изоляцией B & K Precision модели 1655A, показанный ниже, объединяют в себе изолирующий трансформатор и регулируемый трансформатор.Этот продукт также включает в себя возможность выполнять испытания на утечку переменного тока и имеет удобный регулируемый источник питания для паяльников. Это практичный и полезный инструмент для стенда устранения неполадок.

Типы источников питания постоянного тока

Разъединитель батарей

Эти типы расходных материалов, как правило, наименее дорогие. Название описывает их основное предназначение — действовать вместо батареи. Эти устройства недороги и удобны при работе с оборудованием с батарейным питанием, так как они позволяют работать с оборудованием без необходимости искать необходимые батареи.

Один из популярных типов выдает 13,8 В постоянного тока и предназначен для подачи постоянного тока на устройства, обычно питаемые от автомобильного аккумулятора. Типичное использование — обслуживание радиоприемников CB и автомобильного стереооборудования. Их характеристики линейного регулирования обычно шире, чем у лабораторных расходных материалов, но это нормально, поскольку напряжения в автомобилях существенно различаются.

Другой популярный тип (показан справа) заменяет различные схемы батарей на 1,5 вольта и батарей на 9 и 12 вольт. Единственными элементами управления являются двухпозиционный переключатель и поворотный переключатель, позволяющие выбрать желаемое выходное напряжение.

Поскольку это настоящие источники питания, они предназначены для безопасной непрерывной работы в условиях короткого замыкания.

Расстояние между банановыми разъемами составляет 0,75 дюйма (19 мм), чтобы можно было использовать переходники с двумя банановыми вилками, используемые с коаксиальными кабелями.

Источник постоянного напряжения

Чуть более сложный источник питания, чем разрядник батарей, обеспечивает постоянное регулируемое напряжение. Поскольку они регулируются, они обычно поставляются с измерителем, чтобы показать вам напряжение, на которое установлено напряжение.В некоторых также есть измерители, позволяющие контролировать ток. Типичная модель — B&K 1686A, показанная справа.

Основное поведение источника питания — поддержание установленного вами напряжения независимо от сопротивления нагрузки.

Эти модели имеют ручку для регулировки выходного напряжения. Некоторые модели не могут быть полностью отрегулированы до нуля вольт, и их максимальный выходной ток может быть пропорционален выходному напряжению, а не обеспечивать номинальный ток при любом выходном напряжении.

В модели справа предусмотрены «связующие» точки, позволяющие контролировать выходное напряжение с помощью более точного цифрового измерителя или для подключения к другим цепям (обратите внимание, что связующие точки имеют предел 2 А).

Эти типы источников питания хорошо работают в качестве разрядников батарей, а также покажут вам ток, потребляемый нагрузкой.

Источник постоянного напряжения / постоянного тока

Вероятно, самый популярный тип лабораторных источников питания — это источники постоянного напряжения / постоянного тока.В дополнение к подаче постоянного напряжения эти источники также могут подавать постоянный ток. В режиме постоянного тока источник питания будет поддерживать установленный ток независимо от изменений сопротивления нагрузки. Типичным примером этого типа источника питания является B&K 1621A, показанный:

Этот источник питания выдает одно регулируемое напряжение, которое обозначается одним набором клемм типа «банановый джек». Вышеупомянутое расположение выходных клемм с клеммой заземления между клеммами + и — является наиболее распространенным и делает подключение любой клеммы к земле с помощью металлической перемычки очень удобно.Это полезно, если вы хотите, чтобы одна из клемм была заземлена. Конечно, то же самое можно сделать с помощью куска проволоки или перемычки со штабелируемыми банановыми вилками.

Указанный выше источник питания имеет грубую и точную регулировку как тока, так и напряжения. В некоторых источниках питания для регулировки используются 10-оборотные потенциометры. В других используются дисковые переключатели или кнопочные переключатели. Дисковые и кнопочные переключатели полезны (если их настройки точны), потому что они могут устранить необходимость в измерителе.

У этих типов источников питания часто есть другие полезные функции:

Дистанционное измерение: вход с высоким сопротивлением, позволяющий измерять напряжение на нагрузке. Затем источник питания корректирует падение напряжения на выводах, соединяющих источник питания с нагрузкой.
Соединения ведущий / ведомый: существуют различные методы, позволяющие подключать источники питания одного семейства параллельно или последовательно для получения более высоких напряжений или более высоких токов.
Терминал дистанционного программирования: некоторые источники питания имеют входные терминалы для напряжения или сопротивления, которые можно использовать для управления выходным напряжением или током.Примечание: это называется аналоговым программированием, а не цифровым программированием с помощью компьютера.

Источник питания с несколькими выходами

Источники питания с несколькими выходами имеют более одного выхода постоянного тока, часто два или три. Они полезны и экономичны для систем, требующих нескольких напряжений. Часто используемый источник питания для разработки схем — это источник с тройным выходом. Один выход подает от 0 до 6 вольт, предназначенный для цифровой логики. Два других питают (обычно) от 0 до 20 вольт, которые могут использоваться с биполярной аналоговой схемой.Иногда для двух источников питания на 20 вольт предоставляется регулировка слежения, так что источники + и — 20 вольт можно регулировать вместе, поворачивая одну ручку.

Популярной моделью является модель 9130:

Три выхода можно настроить независимо с помощью ручки или клавиатуры. Выходы каналов 1 и 2 — 31 вольт при 3,1 ампера, а третий канал выдает 6 вольт при 3,1 ампера. Таким образом, источник питания может непрерывно выдавать более 200 Вт. Выходы можно включать и выключать независимо или все сразу (полезно для питания всей печатной платы).

Блок питания имеет ряд полезных функций. Выходы могут быть настроены на работу по таймеру: по прошествии определенного временного интервала выход отключается. Пределы напряжения устанавливаются для всех каналов, поэтому ваш прототип электрической конструкции может быть защищен от случайного перенапряжения. Два канала на 30 В могут быть подключены последовательно или параллельно для получения более высокого напряжения или тока соответственно. Имеются также регистры хранения для сохранения до 50 состояний прибора для последующего вызова (полезно для повторяющихся испытаний).

Приятной особенностью для автоматической работы является то, что источник питания может быть настроен так, чтобы его выход был включен при последних настройках включения. Таким образом, если он работает в цепи и отсутствует питание переменного тока, источник питания снова начнет подавать питание при возобновлении подачи питания переменного тока.

Этот конкретный блок питания также программируется с помощью компьютера, что подводит нас к следующему типу блока питания.

Программируемое питание

Программируемые источники питания иногда называют «системными» источниками питания, поскольку они часто используются как часть компьютерной системы для тестирования или производства.Мы исключим из этого обсуждения «программирование» с помощью внешних напряжений или сопротивлений, которое использовалось в основном до того, как цифровое управление стало популярным.

На протяжении многих лет существовало множество типов компьютерных интерфейсов с контрольно-измерительными приборами. Двумя наиболее популярными из них были IEEE-488, также известный как GPIB (интерфейсная шина общего назначения), и последовательная связь RS-232. Также использовались сетевые интерфейсы (например, Ethernet) и USB-интерфейсы. Мы не будем здесь обсуждать достоинства различных типов интерфейсов, поскольку они выходят за рамки этого документа.

Командный язык для источника питания находится на несколько более высоком уровне, чем тип интерфейса. Это означает набор инструкций, отправляемых прибору по цифровому интерфейсу, и информацию, полученную компьютером от прибора. Вы увидите три категории:

Собственный	Собственные языки команд обычно специфичны для одного производителя, а иногда даже специфичны для определенного набора инструментов.Недостатком проприетарных командных языков является то, что пользователю необходимо написать программное обеспечение, специально предназначенное для этого инструмента. Переход на другой блок питания от другого производителя означает переписывание программного обеспечения.
SCPI	означает «Стандартные команды для программируемых инструментов», часто произносится как «скиппи» или «скуппи». Поскольку необходимость переписывать программное обеспечение при смене поставщика является болезненным, индустрия тестирования / измерения разработала SCPI для стандартизации команд для контрольно-измерительных приборов, чтобы упростить смену поставщиков приборов без необходимости переписывать большое количество программного обеспечения.
SCPI-подобный	SCPI очень помог, но не является полным решением, потому что добавляются новые функции, требующие новых команд. Несмотря на это, многие производители пытаются сделать свои языки командных инструментов SCPI-подобными, что означает, что они используют как можно больше стандартов. Синтаксис также выглядит знакомым разработчикам программного обеспечения, поэтому время разработки сокращается.

Здесь приводится типичный набор команд SCPI, общих для источников питания:

[ИСТОЧНИК:]: РЕЖИМ {<ФИКСИРОВАННЫЕ | СПИСОК | DRM>}
РЕЖИМ?; НАПРЯЖЕНИЕ
[: LEVel] {}; [: LEVel]?
: ЗАЩИТА; : СОСТОЯНИЕ {}
: СОСТОЯНИЕ?; [: LEVel] {}
[: LEVel]?; ТОК
[: LEVel] {}; [: LEVel]?

Отправляя любую из приведенного выше списка команд через интерфейс, поддерживаемый прибором, можно управлять подачей с помощью компьютера, а не нажимать клавиши на передней панели.Это очень полезно, особенно при выполнении более сложных настроек, таких как создание динамических ступеней напряжения с использованием режима списка.

Многодиапазонная поставка

Большинство обычных источников питания работают с фиксированными номинальными значениями напряжения и тока, например 30В / 3А. В этом примере максимальная выходная мощность 90 Вт может быть реализована только при напряжении питания 30 В / 3 А. Для всех других комбинаций напряжения / тока выходная мощность будет меньше. Многодиапазонные источники питания отличаются тем, что они пересчитывают пределы напряжения / тока для каждой настройки, образуя границу гиперболической формы с постоянной мощностью, как показано на диаграмме ниже.Модель B & K 9110, рассчитанная на 100 Вт / 60 В / 5 А, является примером этого типа источника питания. Возможны любые комбинации напряжения / тока, которые лежат на гиперболической кривой, например 20В / 5А или 60В / 1,66А, и в каждом случае источник питания работает на максимальной мощности. Преимущества этой архитектуры очевидны: источник питания с несколькими диапазонами обеспечивает большую гибкость в выборе выходных характеристик и позволяет пользователям заменять несколько фиксированных номиналов одним источником с несколькими диапазонами, что позволяет сэкономить средства и место на столе.

Технические характеристики источника питания

Режим постоянного тока и постоянного напряжения

Категория источников питания постоянного тока, обсуждаемая в этом разделе, изменяет напряжение сети переменного тока на напряжение постоянного тока.Наиболее распространенным и универсальным регулируемым источником питания постоянного тока является источник постоянного тока (CC) или постоянного напряжения (CV), который, как следует из названия, может обеспечивать либо постоянный ток, либо постоянное напряжение в определенном диапазоне, см. Изображение ниже.

Рабочая характеристика этого источника питания называется автоматическим кроссовером постоянного напряжения / постоянного тока. Это позволяет непрерывно переходить от режима постоянного тока к режиму постоянного напряжения в ответ на изменение нагрузки.Пересечение режимов постоянного напряжения и постоянного тока называется точкой кроссовера. На рисунке ниже показано соотношение между этой точкой кроссовера и нагрузкой.

Например, если нагрузка такова, что подключенный к ней источник питания работает в режиме постоянного напряжения, обеспечивается регулируемое выходное напряжение. Выходное напряжение остается постоянным по мере увеличения нагрузки до момента, когда будет достигнут заданный предел тока. В этот момент выходной ток становится постоянным, а выходное напряжение падает пропорционально дальнейшему увеличению нагрузки.На некоторых моделях блоков питания точка кроссовера обозначается светодиодными индикаторами на передней панели. Точка пересечения достигается, когда индикатор CV гаснет, а индикатор CC загорается.

Аналогично, переход из режима постоянного тока в режим постоянного напряжения автоматически происходит при уменьшении нагрузки. Хороший пример этого можно увидеть при зарядке 12-вольтовой батареи. Первоначально напряжение холостого хода источника питания может быть установлено равным 13,8 вольт. Низкий заряд батареи приведет к большой нагрузке на источник питания, и он будет работать в режиме постоянного тока, который можно отрегулировать для скорости зарядки 1 ампер.По мере того, как аккумулятор заряжается и его напряжение приближается к 13,8 вольт, его нагрузка уменьшается до точки, при которой он больше не требует полной зарядки в 1 ампер. Это точка кроссовера, когда источник питания переходит в режим постоянного напряжения.

В следующем списке спецификаций мы перечислим советы и вопросы, которые вы, возможно, захотите учесть при изучении характеристик источника питания. Внимательно читайте спецификации и всегда смотрите на мелкий шрифт.

Выход

Выходное напряжение и ток (или напряжения и токи для нескольких выходов), конечно, имеют фундаментальное значение.Если вы ищете источник питания для конкретного приложения, подумайте о том, чтобы быть консервативным и покупать больше возможностей, чем вам нужно — в проекты часто добавляются новые функции на поздних этапах цикла проектирования.

Советы и вопросы:

Убедитесь, что выходной сигнал указан в допустимом диапазоне входного линейного напряжения (пример: некоторые импульсные источники питания должны быть снижены, например, до 90 В переменного тока).
Некоторые блоки питания (обычно импульсные блоки питания) не рассчитаны на выходное напряжение до 0 В.
Насколько вода может плавать над или под землей?
Насколько выходной дрейф с течением времени? Типичное значение может составлять от 5 до 10 мВ в течение 10 часов при постоянной нагрузке и входном напряжении.
Если на выходе фиксированное напряжение, можно ли его немного отрегулировать до желаемого значения?
Проверьте, есть ли в источнике питания дистанционное зондирование. Дистанционное измерение использует две входные клеммы с высоким импедансом для измерения выходного напряжения источника питания. При подключении к нагрузке эта функция может корректировать падение напряжения в соединительных проводах питания и нагрузки.
Некоторые блоки питания имеют защиту на выходе. Иногда это называют «лом», «защитой от перенапряжения» или «защитой от предельного напряжения». Эта функция либо ограничивает выходное напряжение до значения, установленного пользователем, либо отключает выход, если выходное напряжение достигает установленного предела. Цель состоит в том, чтобы обеспечить защиту цепей, чувствительных к напряжению. Пример: вы запитываете логическую схему 5 В с источником питания, способным обеспечить выходное напряжение 40 В. Вы устанавливаете защиту источника питания от перенапряжения на 5.5 вольт. Тогда выходное напряжение никогда не будет превышать 5,5 вольт, независимо от того, на сколько вы поворачиваете ручку регулировки напряжения. Примечание: «лом» обозначает устройство (обычно SCR), которое закорачивает выход при превышении установленного предела напряжения. Поведение лома может быть нежелательным — хотя отключение цепи защитит ее, это также может вызвать проблему из-за отсутствия питания цепи!

Постановление

Регулировка нагрузки — это степень изменения выходного напряжения при изменении нагрузки, обычно от 0 до 100% номинального значения.Это можно легко и удобно измерить с помощью современных нагрузок постоянного тока. Типичные характеристики составляют от 0,1% до 0,01%. Если подумать, это отличное поведение — изменение до 1 части из 10 000 (это делается с помощью схем управления с отрицательной обратной связью).

Линейное регулирование — это степень изменения выхода при изменении входного переменного напряжения. Обычно он указывается как мВ на данное изменение входного сигнала или как процентное изменение во всем допустимом диапазоне входного сигнала. Типичные значения снова находятся в диапазоне 0.От 1% до 0,01%.

Для очень требовательных проектов можно узнать, как изменяется выход при изменении трех основных факторов: входного напряжения, нагрузки и температуры. Это редко указывается и, вероятно, придется измерить.

Вышеуказанные нормативные характеристики относятся к установившемуся режиму работы. Переходное поведение важно для некоторых приложений. Можно указать переходное время отклика, оно связано с тем, сколько времени требуется источнику питания для восстановления до заданного значения после внезапного изменения нагрузки или выхода.Это может быть важной спецификацией, когда источник питания используется с цифровой схемой, которая потребляет энергию импульсами. Например, радиопередатчик быстро перейдет из состояния бездействия в состояние полной мощности, что приведет к скачкообразным изменениям спроса на источник питания. Источник питания с плохой переходной характеристикой (или нестабильной реакцией, вызывающей колебания) будет вредным для приложения, потому что он может быть не в состоянии обеспечить достаточную мощность, а его выходные переходные процессы могут быть связаны с цепью, которую он поставляет, что приведет к аномальное поведение.

Пульсация и шум

Не существует общепринятого метода измерения пульсаций и шума. Некоторые поставщики включают внешние схемы при проведении измерений, поэтому, чтобы дублировать их результаты, вам нужно будет связаться с ними, как они проводят свои измерения. Самый простой способ измерения — подключить осциллограф со связью по переменному току к выходу источника питания. Измерение может быть выполнено на основе синфазного шума (шум на обоих выходах + и — источника питания по отношению к заземлению источника питания переменного тока) или нормального (также называемого дифференциальным режимом) шума, который представляет собой шум, наблюдаемый между + и — клеммы источника питания.Примечание: поскольку внешняя сторона разъема BNC на многих прицелах подключена к заземлению, вам придется использовать изолирующий трансформатор для питания осциллографа или использовать дифференциальный усилитель для измерения шума в нормальном режиме.

Пульсации для линейных источников питания обычно измеряются при удвоенной частоте сети. Что касается импульсных источников питания, вам нужно проверить более высокие частоты, и вы можете увидеть скачки напряжения. Пульсация может быть определена как часть нефильтрованного переменного напряжения и шума, присутствующих на выходе фильтрованного источника питания при работе с полной нагрузкой, и обычно указывается в вольтах (среднеквадратичное значение).С другой стороны, шум обычно определяется как размах переменного напряжения и может быть определен как часть нефильтрованного и неэкранированного шума электромагнитных помех, присутствующего на выходе отфильтрованного источника питания при работе с полной нагрузкой.

Может быть важно знать, в какой полосе частот указан шум. Часто это 20 МГц, так как для его измерения используется осциллограф. Примечание: иногда рябь и шум обозначаются как PARD, что является аббревиатурой от «периодических и случайных отклонений».

Большинство линейных источников питания должны иметь пульсации менее 3 мВ RMS и менее 50 мВ пиковых значений для импульсных источников

* Практический пример : Вот несколько примеров измерений пульсации и шума.Выход блока питания B&K Precision 9130, установленного на 9 В, был подключен через коаксиальный кабель 50 Ом (с использованием адаптера с двумя банановыми вилками) к цифровому запоминающему осциллографу B&K Precision 2534 (полоса пропускания 60 МГц). Вход осциллографа был связан по переменному току (канал был проверен, чтобы убедиться, что связь по переменному току не оказывала заметного влияния на амплитуду входного сигнала вплоть до 30 Гц). Прицел питался от изоляционного трансформатора медицинского назначения, поэтому измерение шума было дифференциальным, а не синфазным.Не было измеримых пульсаций в линии электропередач, и шум был в основном широкополосным с некоторыми всплесками с основной частотой 40 МГц. Эти шипы не от этого источника питания, потому что i) они присутствовали при выключенном источнике питания и ii) они присутствовали на других приборах на скамейке автора, также выключенных. Вероятно, это цифровые помехи от компьютера автора, проходящие через линию электропередачи. 9130 должен иметь уровень шума менее 3 мВ (среднеквадратичное значение); эта конкретная поставка соответствовала спецификации.Обратите внимание, что это примерные измерения и не предназначены для определения каких-либо конкретных характеристик источников питания 9130 в целом. Тем не менее, мы надеемся, что это показывает, что такая «простая» вещь, как подключение одного кабеля к источнику питания и выполнение измерения, включает в себя ряд вещей, о которых следует подумать. Если бы автор использовал на входе фильтр нижних частот 20 МГц, он бы не тратил время на отслеживание этого паразитного шума.

Рисунок 2: (A) Типичный тепловой шум (B) Более медленный захват (A), показывающий всплеск (~ 15 мВ) (C&D) Детали всплеска

Температура

Поскольку компоненты, из которых состоят блоки питания, чувствительны к температуре, неудивительно, что блоки питания в целом также могут быть чувствительными к температуре.Это верно даже тогда, когда дизайнеры стараются минимизировать влияние температуры. Современные источники питания лабораторного качества должны иметь температурный коэффициент ниже 0,05% на C. Обычно это указывается в диапазоне рабочих температур, который часто составляет от 0 до 40 ˚C. Обычно подразумевается или предполагается, что источник питания испытывается при постоянной нагрузке без колебаний линии переменного тока.

Вход переменного тока

Источники питания большей мощности могут использовать трехфазное питание. Они могут быть более экономичными и немного более эффективными, чем однофазные источники питания, хотя частота пульсаций будет выше.

Изоляция: определяется как напряжение постоянного или переменного тока, которое может быть приложено между входом и выходом без нарушения питания. Типичные значения — от 500 до 1500 В. Изоляция источника питания между входом и выходом или шасси обеспечивается изоляцией, обеспечиваемой трансформатором источника питания.

Некоторые источники питания содержат фильтрующие конденсаторы большой емкости, которые по существу вызывают короткое замыкание на выпрямитель при первом включении источника питания. В некоторых источниках питания есть схемы, позволяющие минимизировать пусковой ток или распределить его по времени («плавный пуск»).

Спецификация удержания определяет, как долго вход переменного тока может отключиться, а источник питания будет оставаться в режиме регулирования. Заряд, накопленный на конденсаторах фильтра, используется для подачи питания при отключенном входе переменного тока.

По мере увеличения стоимости энергии эффективность энергоснабжения становится все более важной. Эффективность — это выходная мощность, деленная на входную, и, конечно же, всегда будет меньше 100% (обычно она преобразуется в проценты). Лучшие расходные материалы могут быть эффективными на 90% или лучше.Линейные источники питания обычно намного менее эффективны, чем импульсные источники питания.

Точность слежения

Некоторые блоки питания с двумя или более выходами могут иметь функцию отслеживания. Здесь один выход будет отслеживать выходное напряжение другого выхода. Это полезно при подаче питания на цепи, которым нужна положительная и отрицательная шина. Спецификация точности отслеживания определяет, насколько точно второй вывод отслеживает вывод первого вывода.

Изоляция постоянного тока

Изоляция означает, насколько клеммы + или — могут быть «плавающими» над или под землей линии питания.Эта спецификация часто включает выходное напряжение источника питания. Важно не превышать спецификацию, так как это может вызвать пробой диэлектрика внутреннего компонента и / или воздействие опасного напряжения. Довольно часто два блока питания подключаются последовательно, чтобы получить более высокое напряжение, чем может обеспечить любой из них. Например, рассмотрим следующую схему:

В, _out будет суммой напряжений, установленных на источнике питания 1 и источнике питания 2. Обратите внимание, что эта последовательная работа должна быть такой, чтобы ток не превышал ток источника питания с минимальным номинальным током.

Чтобы быть уверенным в том, что вы соблюдаете технические требования производителя по изоляции постоянного тока, убедитесь, что ни одно из напряжений на любом из внешних проводов относительно земли не превышает спецификации изоляции постоянного тока.

Теория работы

Есть два основных способа работы источников питания: линейное регулирование и режим переключения.

Линейное регулирование

Принцип действия источника питания с линейным регулированием показан на следующей схеме:

Входное напряжение обычно поступает от трансформатора, двухполупериодного выпрямителя и конденсаторного каскада фильтра.Выходное напряжение сравнивается с опорным напряжением (полученным, например, из настроек передней панели источника питания), и разница подается на транзистор, чтобы пропустить через него больший или меньший ток. Транзистор обычно биполярный или MOSFET (иногда как часть управляющей ИС для небольших источников питания) и работает в своей линейной области (отсюда и название «линейное» регулирование). Стратегия линейного регулирования имеет преимущества простоты, низкого уровня шума, быстрого времени отклика и отличного регулирования.Недостатком является то, что они неэффективны, так как всегда рассеивают мощность. В приведенной выше схеме вы можете видеть, что транзистор имеет V _на — V _{на выходе}. Умножьте эту разницу на ток, чтобы получить рассеиваемую мощность. При большой разнице напряжений (т. Е. При низком выходном напряжении источника питания) и большом токе общий КПД может упасть почти до 10%. Максимальный КПД для линейного источника питания обычно составляет около 60%. Типичный средний КПД находится в диапазоне 30-40%.

Режим переключения

Примечание. В этом разделе мы будем называть импульсный источник питания сокращенно SMPS.

Проблемой типичного линейного источника питания является размер и вес трансформатора. Размер нужен из-за низкой частоты (от 50 до 60 Гц). При той же выходной мощности размер трансформатора уменьшается (сильно) с увеличением частоты (до определенного значения). SMPS использует это преимущество, разделяя форму волны переменного тока на множество мелких частей и изменяя их до желаемого уровня напряжения с помощью трансформатора гораздо меньшего размера.Ключевым фактом является то, что переключающий элемент (транзистор) либо выключен, либо полностью включен (насыщен). Падение напряжения на транзисторе невелико (как для биполярного транзистора, так и для полевого МОП-транзистора), что означает, что в нем тратится мало энергии. Когда он выключен, мощность не рассеивается. Это одно из преимуществ эффективности ИИП.

Конденсаторы фильтра также могут быть меньше на этих более высоких частотах, и дроссели более эффективны. Нижний предел частоты составляет 25 кГц (чтобы оставаться выше диапазона человеческого слуха), а современный верхний предел в настоящее время составляет около 3 МГц.Большинство импульсных источников питания используют частоты в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц.

Паразитное поведение и скин-эффект в проводимости становятся важными на более высоких частотах переключения, особенно потому, что формы волны представляют собой прямоугольные волны и богаты гармониками. В пассивных элементах, таких как конденсаторы и катушки индуктивности, ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) становится важным и приводит к неэффективности. Резисторы должны быть неиндуктивными. Тщательно продуманные, оптимизированные схемы переключения режимов могут обеспечить эффективность 95%, но типичный SMPS имеет КПД около 75%, что все же намного лучше, чем у типичного линейного источника питания.Это одна из причин, по которой они повсеместно используются в персональных компьютерах.

Еще одним преимуществом SMPS является то, что переключение может модулироваться различными способами в зависимости от условий нагрузки. Выход источника питания регулируется с помощью цепи обратной связи, которая регулирует время (рабочий цикл), с которым MOSFETs включаются или выключаются.

Преимущества импульсных источников питания не связаны с некоторыми затратами. Более высокие частоты и переключение означают более высокие уровни электромагнитных помех (EMI), как излучаемых, так и кондуктивных.Это может вернуть коммутационный шум в линию электропередачи. Управляющая электроника также стала более сложной (особенно в последнее время из-за желания иметь более высокие коэффициенты мощности).

Импульсные источники питания могут с трудом вырабатывать низкое напряжение. Это связано с тем, что транзистор должен переключать ток, то есть SMPS не может работать, пока не будет протекать достаточный ток. Из-за этого импульсные источники питания часто имеют минимальное выходное напряжение.

Применение источника питания

http: // www.amtex.com.au/ApplicationNotesPower.htm

Использование источника питания для генерации смещения постоянного тока с помощью функционального генератора

Если источник сигнала, такой как функциональный генератор, не имеет возможности смещения постоянного тока, вы можете эффективно добавить эту функцию, используя источник питания постоянного тока. Как и в спецификации на изоляцию постоянного тока источника постоянного тока, важно, чтобы такой режим работы источника сигнала был разрешен производителем и чтобы вы не превышали спецификации. Вам также понадобится источник сигнала, выходные клеммы которого (обычно разъем BNC) изолированы от земли.Если разъем не изолирован от земли, прибор можно изолировать от земли линии питания с помощью изолирующего трансформатора. Однако металлическое шасси инструмента может быть выше или ниже потенциала земли при смещении постоянного тока, поэтому примите соответствующие меры против поражения электрическим током. Способ подключения показан на следующей схеме.

Причина, по которой это может быть полезно, заключается в том, что сигнал функционального генератора затем может быть вставлен в схему, которая смещена выше или ниже земли (или источник питания постоянного тока может подавать смещение, например, для транзистора).Вы должны быть осторожны, чтобы не превысить текущие возможности функционального генератора.

Источники питания: вопросы и советы

Как измерить КПД источника питания?

Если для вас важна эффективность, вы должны тщательно ее измерить. Для типичного источника постоянного тока, работающего от сети переменного тока, вам необходимо измерить входную мощность переменного тока и мощность постоянного тока, выдаваемую источником, как показано на следующей диаграмме:

Наверное, лучший инструмент для измерения мощности переменного тока, используемой источником постоянного тока, — это осциллограф.Вам нужно будет измерить переменное напряжение и переменный ток, поступающие в блок питания. Лучшим подходом, вероятно, является использование неиндуктивного токового шунта для измерения тока и двух независимых дифференциальных усилителей для измерения входного переменного напряжения источника питания и переменного напряжения на шунте. Форма волны мощности может быть получена путем умножения формы волны тока и напряжения с помощью осциллографа. При подходящей полосе пропускания осциллографа и усилителей это будет точное измерение, покажет вам коэффициент мощности и расскажет о любых гармониках / переходных процессах линии питания, связанных с работой источника питания постоянного тока.Если ваш осциллограф не может выполнить умножение, вы все равно можете измерить среднеквадратичные значения напряжения и тока, измерить коэффициент мощности и умножить эти три вместе.

Для измерения мощности, потребляемой нагрузкой, вы можете использовать измерители напряжения и тока источника постоянного тока, если вы знаете, что они точны. Для подтверждения вы можете вместо этого использовать нагрузку постоянного тока с такими же характеристиками нагрузки.

Тогда измеренный КПД в процентах будет

, где P _в — это измеренная мощность переменного тока на входе, а P _{на выходе,} — это измеренная мощность на выходе постоянного тока, оба в одних и тех же блоках питания.

Почему существует такая большая разница в ценах между блоками питания?

Аналогичный вопрос можно задать об автомобилях. Оба вопроса имеют один и тот же ответ: существует множество факторов, и простой ответ, вероятно, невозможен. Некоторые из факторов:

Имя и репутация продавца
Насколько консервативен дизайн
Количество и тип конкурирующих единиц
Сертификаты (e.г., безопасность, EMI и др.)
Надежность конструкции (и усилия, затраченные на ее проверку)
Качество используемых компонентов и конструкции
Количество функций

При оценке источника питания (или любого другого оборудования) следует учитывать общую стоимость владения. Включите стоимость ежегодных калибровок и любые предполагаемые потери из-за недоступности или необходимости ремонта или замены устройства в случае его выхода из строя.Через десять или более лет эти затраты могут легко превысить первоначальную стоимость источника питания.

Что лучше: режим переключения или линейный?

Это зависит от того, что вы подразумеваете под словом «лучший». Вы можете получить некоторую информацию из следующей таблицы:

Тип	Сильные стороны	Слабые стороны
Линейная	Низкий уровень шума и электромагнитных помех Хорошая регулировка линии и нагрузки Быстрая переходная характеристика Может производить очень низкий выходной ток	Низкий КПД (в среднем 30-40%) Масса (трансформатор) Радиаторы большего размера Дороже для большей мощности
Режим переключения	Высокая эффективность (в среднем 75%, в некоторых случаях около 95%) Более доступный для большей мощности Более легкий	Невозможно подавать низкое напряжение, требуется минимальный ток Больше шума (включая импульсный шум и нарушения ЭМС) Намного более медленный переходной отклик по сравнению с линейным

Дополнительные комментарии по этим двум типам см. В разделе «Теория работы».

Все большую популярность приобретают гибридные технологии, использующие как линейные, так и переключающие схемы. Целью этого подхода является создание источников питания, характеристики которых сочетают в себе преимущества технологий линейного и импульсного режимов.

Что такое лом?

Это защитное устройство, используемое на выходе источников питания (обычно SCR) для короткого замыкания выхода, если выходное напряжение превышает установленный уровень. См. Раздел «Выход» в разделе «Характеристики источника питания».

Как лучше всего проверить блок питания под нагрузкой?

Конечно, отличный способ — проверить его с реальной нагрузкой, которую он предназначен, если это возможно. Однако это может не повлиять на поставку настолько, чтобы много рассказать о ее пригодности и надежности для вашего приложения. Отличным инструментом для проверки блоков питания является нагрузка постоянного тока. Их можно запрограммировать на применение самых разных нагрузок к источнику питания, и они могут делать это безостановочно. После того, как определенная поставка квалифицирована, они становятся хорошими инструментами для текущей или входящей проверки.

Как измерить пульсацию и шум?

Это можно сделать с помощью осциллографа или широкополосного среднеквадратичного вольтметра переменного тока. Но есть нюансы, о которых следует знать — см. Раздел «Пульсация и шум» в разделе «Характеристики источника питания».

Сопротивление провода и контакта

Контактное сопротивление в плохих соединениях или плохо выполненных механических соединениях может добавить значительные нагрузки, особенно в сильноточных устройствах. Плохое или корродированное гофрированное соединение может иметь сопротивление в сотни миллиомов или даже выше ома.Это снижает эффективность и создает горячие точки. Если вам когда-либо приходилось чистить клеммы аккумулятора на вашем автомобиле, чтобы он завелся, вы видели проблему.

Медный провод 10 калибра имеет сопротивление немногим более 3 Ом / м. Для цепи с проводом длиной 10 м это 30 мОм. Таким образом, соединение 100 мОм обеспечит 75% сопротивления проводки (а также потеряет 75% мощности, потерянной в проводке).

Плохие соединения относительно легко найти, если вы можете получить доступ к проводу под нагрузкой. Цифровой мультиметр можно использовать для измерения падения напряжения на соединениях (будьте осторожны, когда по проводам передаются значительные напряжения).Зная ток (измерьте его с помощью накладного амперметра постоянного тока, если измеритель источника питания не подходит), вы можете рассчитать сопротивление соединения. Если провод изолирован, доступны специальные пробивающие изоляцию щупы, такие как CalTest Electronics CT3044 или Pomona 5913. Если вы используете пробивные щупы, сначала отключите питание — случайная дуга может повредить острые наконечники (кроме потенциальная угроза безопасности).

Могу ли я подключиться параллельно?

Нагрузке для работы требуется n источников питания, поэтому используется n + 1 источник питания, что позволяет одному из них выйти из строя.Диоды должны изолировать источники питания друг от друга (они могут понадобиться, а могут и не понадобиться; опять же, спросите своего поставщика). Для источников питания может потребоваться соединение линий управления, чтобы они могли разумно распределять нагрузку. Требование состоит в том, чтобы на выходе каждого источника было одинаковое напряжение, чтобы они поровну распределяли нагрузку. Проводка должна быть короткой, и каждая ветвь должна быть одинаковой для каждого источника питания.

М. Шварц, Передача информации, модуляция и шум, 2-е изд., McGraw-Hill, 1970, ISBN 07-055761-6.

http://www.abbottelectronics.com/engineer/glossary.htm

http://www.currentsolutions.com/knowledge/glossary.htm

Регулировка линии: Насколько изменяется напряжение или ток нагрузки, когда источник питания работает при различных линейных напряжениях в заданном диапазоне. Обычно указывается в процентах от общего напряжения или тока, доступного от источника питания. Рейтинг «0%» означал бы идеальное регулирование.
Регулировка нагрузки: Насколько изменяется напряжение или ток нагрузки при работе источника питания на холостом ходу и при полной нагрузке.Обычно указывается в процентах от общего напряжения или тока, доступного от источника питания. Рейтинг «0%» означал бы идеальное регулирование.
КПД: Измеренный в процентах, он указывает количество выходной мощности по сравнению с мощностью, потребляемой в системе.
EMI: Электромагнитные помехи
Пусковой ток: Начальная величина тока, потребляемого источником питания при запуске.Иногда его называют пусковым током, и обычно он на несколько значений превышает установившееся значение источника питания.
Инвертор: Электрическое устройство, используемое для преобразования постоянного тока в переменный ток.
Дистанционное измерение: Предоставляется в некоторых приборах, которые можно использовать для измерения напряжения тестируемого устройства на его клеммах, чтобы обеспечить точные показания для компенсации падений напряжения на выводах, подключенных к прибору и тестируемому устройству.
Постоянное напряжение: Стабилизированный источник питания, который подает постоянное напряжение на нагрузку, даже когда сопротивление нагрузки изменяется до значения, не превышающего предельный ток источника питания.
Постоянный ток: Регулируемый источник питания, который подает постоянный ток на нагрузку даже при изменении сопротивления нагрузки. Обратите внимание, что источник питания должен соответствовать закону Ома.
Предел тока: Значение, заданное как ограничение тока, который может выдавать блок питания.Когда ток достигает предела, типичный источник питания CV / CC переключается из режима CV в режим CC. Это также известно как точка пересечения.
Защита от перегрузки: Функция защиты в большинстве источников питания постоянного тока, предотвращающая потребление каким-либо устройством большей мощности, чем эти источники предназначены для выработки.
Защита от перенапряжения: Защита, используемая во многих источниках питания, ограничивает величину выходного напряжения.
Параллельная работа: Этот режим работы, применяемый во многих источниках питания с двойным и тройным выходом, позволяет подключать два или более независимых выхода параллельно для увеличения токового выхода.
Последовательная работа: Режим работы многих источников питания с двойным и тройным выходом, в котором два или более независимых выхода последовательно подключаются для увеличения выходного напряжения.
PARD: Периодические (пульсации) и случайные (шум) отклонения выходного напряжения от заданного значения.
PWM: Широтно-импульсная модуляция
Разрешение: Наименьшее изменение напряжения или тока, которое может быть выполнено регулировкой органов управления.
Тепловая защита: Защита от повреждения источника питания из-за чрезмерной температуры.
Переходное время восстановления: Время, необходимое источнику питания для восстановления своей выходной мощности после ступенчатого изменения.
AC: Переменный ток. Описывает напряжение и ток, которые изменяются по амплитуде, обычно синусоидальной формы волны относительно времени. Электропитание переменного тока почти повсеместно используется для распределения электроэнергии.
Blackout: Отключение электроэнергии переменного тока.
Понижение напряжения: Запланированное снижение напряжения переменного тока энергокомпанией для противодействия чрезмерному спросу.
Емкостная связь: Два отдельных проводника всегда образуют конденсатор. Чем они ближе, тем больше вероятность электростатического воздействия колебаний напряжения на одном проводе на другом проводе (в отличие от индуктивной связи).
Индуктивная связь: Когда по одному проводу протекает изменяющийся ток, в соседнем проводе индуцируется напряжение из-за магнитного поля, вызванного током (в отличие от емкостной связи).
Пик-фактор: Пик-фактор сигнала переменного тока — это отношение пикового значения к среднеквадратичному значению.
DC: Постоянный ток. Используется для описания неизменного напряжения, тока или электрической мощности.
Drift: Изменение во времени выходного напряжения или тока.
Электронная нагрузка: Тип прибора, который служит нагрузкой, обычно динамической, и может использоваться для тестирования источников питания и источников питания.
ESR: Эквивалентное последовательное сопротивление. Простая «последовательная» модель конденсатора или катушки индуктивности помещает чистое реактивное сопротивление последовательно с чистым резистором, величина которого обычно называется ESR. Часто измеряется на электролитических конденсаторах большего размера, и высокое значение ESR обычно указывает на неисправный конденсатор.
Заземление: Электрическое заземление в системе переменного тока — это провод, который соединен с землей, отсюда и название «земля». Причина такого подключения кроется в необходимости защиты пользователей электрического оборудования от поражения электрическим током.Электроэнергия доставляется к месту использования с помощью трансформатора, установленного на опоре или другого типа. Выход такого трансформатора состоит, по существу, из двух выводных проводов, между которыми имеется напряжение использования. По ряду сложных причин, связанных с безопасностью, один из этих выводных проводов трансформатора подключается к земле с помощью медной шины, вбитой в землю.
Минимальная нагрузка: Если указан для источника питания, это минимальный ток нагрузки, который должен быть получен от источника питания, чтобы он соответствовал его рабочим характеристикам.
Скачок: Кратковременное повышение напряжения сети переменного тока.
Выходное сопротивление: Отношение изменения выходного напряжения к изменению тока нагрузки.
Коэффициент мощности: Отношение активной и полной мощности. Это определяет, сколько тока требуется для выработки определенного количества энергии. Всегда желательно, чтобы это отношение было как можно ближе к 1. Система с более низким коэффициентом мощности означала бы большие потери мощности для выполнения того же объема работы по сравнению с системой с более высоким коэффициентом мощности.
Пульсирующее напряжение: Часть нефильтрованного переменного напряжения и шума на выходе фильтрованного источника питания, работающего при полной нагрузке. Обычно указывается в среднеквадратичных значениях напряжения переменного тока (с нулевыми пульсациями напряжения, представляющими идеально отфильтрованный источник питания).
Пульсирующий ток: Часть нефильтрованного переменного тока на выходе фильтрованного источника питания.
RMS: Среднеквадратичное значение. Для любой формы сигнала среднеквадратичное значение представляет собой квадратный корень из среднего значения суммы квадратов выбранных значений.Для непрерывной функции применима аналогичная интегральная формула.
Защитное заземление: Цепь, предназначенная для отвода опасного напряжения (вызванного дефектом или несчастным случаем), тем самым защищая людей от случайных ударов. Металлические крышки инструментов и приборов заземлены (и, следовательно, называются защитным заземлением). Таким образом, если электрически «горячий» провод внутри устройства случайно касается металлического корпуса, подключение к защитному заземлению означает, что металл будет оставаться рядом с потенциалом земли.Обычно в таком состоянии срабатывает автоматический выключатель.
Диапазон температур: Диапазон, в котором рассчитан источник питания. Он также может обозначать диапазон температур, в котором может храниться источник питания.
Истинная мощность: Также называемая реальной мощностью, обычно измеряется в ваттах.
Полная мощность: Произведение среднеквадратичного значения тока и среднеквадратичного напряжения, обычно измеряемое в единицах ВА (вольт-амперы).