Ничего не найдено :(
    В гостях у Самоделкина! » Электроника » Электронная нагрузка своими руками

    Электронная нагрузка своими руками



    Приветствую, Самоделкины!
    Все мы прекрасно знаем, что китайские интернет магазины и площадки продают электронные наборы для самостоятельной сборки. Схемы, по которым они сделаны, созданы далеко не китайцами и даже не советскими инженерами. Любой радиолюбитель подтвердит, что во время повседневных изысканий очень часто приходится нагружать те или иные схемы для выявления выходных характеристик последних. Нагрузкой может являться обычная лампа, резистор или нихромовый нагревательный элемент.

    Зачастую с проблемой поиска нужной нагрузки сталкиваются те радиолюбители, которые изучают силовую электронику. Проверяя выходные характеристики того или иного блока питания, будь он самодельный или промышленный необходима нагрузка, притом нагрузка с возможностью регулировки. Самым простым решением этой проблемы является использование учебных реостатов в качестве нагрузки.

    Но найти мощные реостаты в наши дни проблематично, к тому же реостаты тоже не резиновые, их сопротивление ограничено. Есть только 1 вариант решения проблемы - электронная нагрузка. В электронной нагрузке вся мощность выделяется на силовых элементах – транзисторах. Фактически, электронные нагрузки можно делать на любую мощность, и они гораздо универсальнее, чем обычный реостат. Профессиональные лабораторные электронные нагрузки стоят кучу денег.

    Китайцы же, как всегда, предлагают аналоги и этих аналогов бесчисленное множество. Один из вариантов такой нагрузки на 150Вт стоит всего 9-10 долларов, это немного за прибор, который по важности сопоставим, наверное, с лабораторным блоком питания.

    В общем автор данной самоделки AKA KASYAN, предпочел сделать свой вариант. Найти схему устройства не составило труда.

    В данной схеме применена микросхема операционного усилителя lm324, в состав которой входят 4 отдельных элемента.


    Если смотреть внимательно на схему, то сразу становится ясно, что она состоит из 4-ех отдельных нагрузок, которые соединены параллельно, благодаря чему общая нагрузочная способность схемы в разы больше.

    Это обычный стабилизатор тока на полевых транзисторах, которые без проблем можно заменить биполярными транзисторами обратной проводимости. Рассмотрим принцип работы на примере одного из блоков. Операционный усилитель имеет 2 входа: прямой и инверсный, ну и 1 выход, который в данной схеме управляет мощным n-канальным полевым транзистором.



    Низкоомный резистор у нас в качестве датчика тока. Для работы нагрузки необходим слаботочный источник питания 12-15В, точнее он нужен для работы операционного усилителя.


    Операционный усилитель всегда стремится к тому, чтобы разница напряжений между его входами равнялась нулю, и делает это путем изменения выходного напряжения. При подключении источника питания к нагрузке будет образовываться падение напряжения на датчике тока, чем больше ток в цепи, тем больше и падения на датчике.

    Таким образом, на входах операционного усилителя мы получим разность напряжений, а операционный усилитель постарается скомпенсировать эту разность, изменяя свое выходное напряжение плавно открывая или закрывая транзистор, что приводит к уменьшению или увеличению сопротивления канала транзистора, а, следовательно, изменится и ток протекающий в цепи.

    В схеме у нас имеется источник опорного напряжения и переменный резистор, вращением которого у нас появляется возможность принудительно менять напряжение на одном из входов операционного усилителя, а дальше происходит вышеупомянутый процесс, и как следствие, меняется ток в цепи.


    Нагрузка работает в линейном режиме. В отличие от импульсного, в котором транзистор либо полностью открыт, либо закрыт, в нашем случае мы можем заставить транзистор приоткрыться настолько, насколько нам нужно. Иными словами, плавно изменять сопротивление его канала, а, следовательно, изменять ток цепи буквально от 1 мА. Важно заметить, что выставленное переменным резистором значение тока не меняется в зависимости от входного напряжения, то есть ток стабилизирован.


    В схеме у нас 4 таких блока. Опорное напряжение формируется с одного и того же источника, а значит все 4 транзистора будут открываться равномерно. Как вы заметили, автор использовал мощные полевые ключи IRFP260N.

    Это очень хорошие транзисторы на 45А, 300Вт мощности. В схеме у нас 4 таких транзистора и по идее такая нагрузка должна рассеивать до 1200Вт, но увы. Наша схема работает в линейном режиме. Каким бы мощным не был транзистор, в линейном режиме все иначе. Мощность рассеивания ограничена корпусом транзистора, вся мощность выделяется в виде тепла на транзисторе, и он должен успеть передать это тепло радиатору. Поэтому даже самый крутой транзистор в линейном режиме не такой уж и крутой. В данном случае максимум, что может рассеивать транзистор в корпусе ТО247 - это где-то 75Вт мощности, вот так-то.

    С теорией разобрались, теперь перейдем к практике.
    Печатная плата была разработана всего за пару часов, разводка хорошая.

    Готовую плату нужно залудить, силовые дорожки армировать одножильным медным проводом и все обильно залить припоем для минимизации потерь на сопротивление проводников.

    На плате предусмотрены посадочные места для установки транзисторов, как в корпусе ТО247, так и ТО220.

    В случае использования последних, нужно запомнить, максимум на что способен корпус ТО220 - это скромные 40Вт мощности в линейном режиме. Датчики тока представляют из себя низкоомные резисторы на 5Вт, с сопротивлением от 0,1 до 0,22 Ом.


    Операционные усилители желательно установить на панельку для беспаячного монтажа. Для более точной регулировки токов в схему стоит добавить еще 1 переменный резистор низкого сопротивления. Первый позволит осуществить грубую регулировку, второй более плавную.

    Меры предосторожности. Нагрузка не имеет защиты, поэтому использовать ее нужно с умом. Например, если в нагрузке стоят транзисторы на 50В, значит запрещается подключать испытуемые блоки питания с напряжением выше 45В. ну чтобы был небольшой запас. Не рекомендуется выставить значение тока более 20А, если транзисторы в корпусе ТО247 и 10-12А, в случае если транзисторы в корпусе ТО220. И, пожалуй, самый важный момент - не превысить допустимую мощность 300Вт, в случае если использованы транзисторы в корпусе от ТО247. Для этого необходимо встроить в нагрузку ваттметр, чтобы следить за рассеиваемой мощностью и не превысить максимальное значение.

    Также автор настоятельно рекомендует использовать транзисторы из одной партии, чтобы минимизировать разброс характеристик.

    Охлаждение. Надеюсь все понимают, что 300Вт мощности у нас тупо пойдет на нагрев транзисторов, это как обогреватель на 300Вт. Если эффективно не отводить тепло, то транзисторам хана, поэтому транзисторы устанавливаем на массивный цельный радиатор.

    Место прижатия подложки ключа к радиатору необходимо тщательно очистить, обезжирить и отполировать. Даже небольшие бугорки в нашем случае могут все испортить. Если решили намазать термопасту, то делайте это тонким слоем, используя только хорошую термопасту. Не нужно использовать термопрокладки, изолировать подложки ключей от радиатора тоже не нужно, все это ухудшает теплоотдачу.

    Ну а теперь, наконец-то, давайте проверим работу нашей нагрузки. Нагружать будем вот такой лабораторный блок питания, который выдает максимум 30В при токе до 7А, то есть выходная мощность около 210Вт.

    В самой нагрузки в данном случае установлено 3 транзистора вместо 4-ех, поэтому все 300Вт мощности мы получить не сможем, слишком рискованно, да и лабораторник больше 210Вт не выдаст. Тут вы можете заметить 12-вольтовый аккумулятор.

    В данном случае он только для питания операционного усилителя. Плавно увеличиваем ток и доходим до нужной отметки.


    30В, 7А - все работает отлично. Нагрузка выдержала несмотря на то, что ключи у автора из разных партий и больно сомнительные, но походу оригинальные, если не лопнули разом.

    Такую нагрузку можно использовать для проверки мощности компьютерных блоков питания и не только. А также в целях разряда аккумулятора, для выявления емкости последнего. В общем радиолюбители по достоинству оценят пользу электронной нагрузки. Штука реально полезная в лаборатории радиолюбителя, а мощность такой нагрузки можно увеличить хоть до 1000Вт, включив параллельно несколько таких плат. Схема нагрузки на 600Вт представлена ниже:

    Пройдя по ссылке «Источник» в конце статьи, вы сможете скачать архив проекта со схемой и печатной платой.
    Благодарю за внимание. До новых встреч!

    Видео:

    Источник (Source)
    Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

    Дополнительный стабилизатор для WiFi-выключателя Sonoff Basic

    Корректор коэффициента мощности своими руками

    9.3
    Идея
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    9.4
    Описание
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    9.3
    Исполнение
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    Итоговая оценка: 9.31 из 10 (голосов: 14 / История оценок)

    Добавить комментарий

      • smilesmilesxaxaokdontknowyahoonea
        bossscratchfoolyesyes-yesaggressivesecret
        sorrydancedance2dance3pardonhelpdrinks
        stopfriendsgoodgoodgoodwhistleswoontongue
        smokeclappingcraydeclarederisivedon-t_mentiondownload
        heatirefullaugh1mdameetingmoskingnegative
        not_ipopcornpunishreadscarescaressearch
        tauntthank_youthisto_clueumnikacuteagree
        badbeeeblack_eyeblum3blushboastboredom
        censoredpleasantrysecret2threatenvictoryyusun_bespectacled
        shokrespektlolprevedwelcomekrutoyya_za
        ya_dobryihelperne_huliganne_othodifludbanclose
    21 комментарий
    ino53
    Иван_Похмельев,
    Это была лекция по непомнюкакомупредмету, 1-й курс. Видимо, biletnikov недавно проходил,
    Цитата: biletnikov
    Вот такие дела
    biletnikov
    Цитата: Иван_Похмельев
    Это обычный стабилизатор тока на полевых транзисторах, которые без проблем можно заменить биполярными транзисторами обратной проводимости.
    Да, можно без особых проблем заменить. Но есть тонкость, не всё так просто. ))
    Каким бы мощным не был транзистор, в линейном режиме все иначе. .... В данном случае максимум, что может рассеивать транзистор в корпусе ТО247 - это где-то 75Вт мощности, вот так-то.
    С теорией разобрались, ...
    Да уж, разобрались...((
    Datasheet трудно прочитать? С какого бодуна 75 Вт? Корпус и кристалл 300 Вт выдержат. Естественно, при наличии адекватного охлаждения.


    Если вы посмотрите даташит на транзистор, то вы сможете увидеть очень важный параметр Thermal Resistance (Тепловое сопротивление) кристал - корпус - подложка
    Чтобы кристалу отдать тепло, ему необходимо преодалеть два барьера:
    Die-> Junction-to-Case -> Case-to-Sink
    кристал -> кристал на корпус -> корпус на подложку транзистора

    тепловое сопротивления для этого корпуса :
    RθJC + RθCS = 0.24 + 0.5 = 0.74 C / Вт

    Что же это значит? Это значит, что на каждый рассеиваемый 1 Вт мощности на кристале возникает разница в 0.74 С между кристалом и подложкой транзистора

    Получается, если мы рассеим 100 Вт в этом корпусе, то между кристалом и подложкой будет разница в 74 С, т.е.
    если в комнате +25 С и у нас супер классная с-ма охлаждения, которая держит 25С на радиаторе, то на кристале будет 100 С. А учесть сопротивелние подложка - радиатор, учесть, что с-ма охлаждения не идеальная и радиатор находится в корпусе , и транзистор у нас разогрелся до 100С, то кристал сгорит, т.к. на нём будет 175 С.

    Вот такие дела, если бы этот кристал был установлен в какой-то более мощный корпус, то он бы показал себя лучше. И в даташите указывают возможности кристала + ограничения корпуса, без которых никуда.
    Гость Сергей
    Цитата: Иван_Похмельев
    IRFP260N

    Иван_Похмельев,
    Цитата: Иван_Похмельев
    Это обычный стабилизатор тока на полевых транзисторах, которые без проблем можно заменить биполярными транзисторами обратной проводимости.
    Да, можно без особых проблем заменить. Но есть тонкость, не всё так просто. ))
    Каким бы мощным не был транзистор, в линейном режиме все иначе. .... В данном случае максимум, что может рассеивать транзистор в корпусе ТО247 - это где-то 75Вт мощности, вот так-то.
    С теорией разобрались, ...
    Да уж, разобрались...((
    Datasheet трудно прочитать? С какого бодуна 75 Вт? Корпус и кристалл 300 Вт выдержат. Естественно, при наличии адекватного охлаждения.


    300 Вт?? Хе хе.
    Вот если бы вы умели читать даташит, то обратили бы внимание на такой параметр , как тепловое сопротивление кристала и подложки корпуса - RθJC Junction-to-Case , для корпуса ТО247 оно составляет до 0.5 С / Вт
    Это значит разница между температурой кристала и подложкой корпуса при рассеивании 1 Вт.
    Получается, при рассеивании 100 Вт на транзисторе, у нас будет разница между кристалом и подложкой 50 С.
    Представим, что в комнате 25 С , у нас очень хорошее охлаждение и корпус транзистора охлаждается до 25 С (идеальные условия), но кристал внутри будет иметь температуру 75 С.
    Понятно, что таких идеальных условий добиться будет сложно, и хорошо, если корпус будет иметь температуру 50 С, при температуре кристала в 100 С.

    Поэтому, ака Касьян и другие, советуют не переходить порог в 75 Вт рассеиваемой мощности, чтобы не сжечь транзистор.
    Гость Игорь
    Спасибо за помощь-поддержку, проверю оба варианта
    ino53
    Цитата: Иван_Похмельев
    ... включить диодик между точкой подключения фотодиода оптопары и верхним выводом R19.

    Т.е. из величины напряжения на открытом фотодиоде (сколько там, искать лениво) вычитаем падение на доп. диоде.
    Все-таки посмотрел про 817 оптопару. Не ожидал, напр. насыщения вых. при 20 мА всего 0.1 В тип. Прокатит и вариант с диодом, и вариант если верх 431 коротить на землю, тока хватит.
    Иван_Похмельев
    ino53, во втором варианте с дополнительным диодом должно прокатить, возможно, при этом придётся немного уменьшить R17.
    ino53
    Иван_Похмельев,
    Пожалуй, вариант 2 вообще не проходит. На 431 в этом включении 2,5 В, делитель 22 к/4к7 около 0,5 В на R19, на открытых фотодиоде или биполярном падение соизмеримое, полностью задушить опорное не получится. В варианте 1 коллектор подключить на верх 431, а еще лучше полевичок, тут от опорного ничего не останется.ИМХО
    Иван_Похмельев
    Цитата: ino53
    или попробовать (не уверен) так -2
    В этом варианте для полного отключения надо бы включить диодик между точкой подключения фотодиода оптопары и верхним выводом R19.
    ino53
    Гость Игорь,
    Можно с помощью реле питание схемы отключать, а можно так -1 или попробовать (не уверен) так -2
    .
    В 1 лучше к другому концу R17 подключиться.
    Гость Игорь
    Хочу нагрузку использовать для тестирования АКБ, есть прибор-индикатор, вольт-ватметр который при снижении напряжения на АКБ ниже 10 вольт, на своем выходе даст сигнал 3 вольта. Планирую через оптопару дать сигнал на плату. Подскажите в какую часть схемы включить оптопару чтобы она отключила нагрузку, зарание благодарен.
    ino53
    Цитата: Али-бастр

    Я поставил на входе мощный диод Шотки (40А) на всяк случай. Теперь переплюсовка не страшна. Конечно на нем падает какое-то напряжение. но в работе это как-то не сказывается.

    Не обязательно Шотки, работать будет любой, Шотки греться будет меньше. Хотя суммарная рассеиваемая мощность не изменится, перераспределится.
    Али-бастр
    Гость Игорь,
    Я поставил на входе мощный диод Шотки (40А) на всяк случай. Теперь переплюсовка не страшна. Конечно на нем падает какое-то напряжение. но в работе это как-то не сказывается.
    ino53
    Цитата: Гость Игорь
    Много полезного для себя узнал.....

    Много полезного из такой кучи, мягко скажем, неверной информации ( см.первый комментарий и не только)... Молодец!

    Цитата: Гость Игорь
    . ...У меня вопрос, как защитить транзисторы от неправильного подключения проверяемого блока, переплюсовки...

    А никак. В варианте схемы с полевиками и с биполярными транзисторами, у которых встроены диоды (КТ827 и т.п.) ток при переполюсовке будет определятся низкоомными (эммитерными) резисторами, и даже при наличии предохранителя не исключено их поочередное выгорание - сначала самый малый и т.д., доли сек. А вот в случае с обычными биполярными - КТ803 и т.п. - КМК, и защиты не надо, все само заткнется (ИМХО).
    Да, потом подумалось - обычный диод, ампер так на 160.
    Гость Игорь
    Много полезного для себя узнал, как раз собираю такую плату. У меня вопрос, как защитить транзисторы от неправильного подключения проверяемого блока, переплюсовки ? То-есть на минус платы дать плюс от блока.

    Собираю плату по описанной схеме, подскажите как защитить плату от неправильного подключения проверяемого блока, случайно попутать полярность, и дать дать на корпус плюс.
    Али-бастр
    По схеме ничего менять не надо. Ставьте КТ827 все как есть. 4 шт Кт827 - 400 ватт влегкую! При хорошем охлаждении конечно. Мощный радиатор обязательно. А вентилятор нужен или нет, посмотрите по ходу дела. А вообще я сейчас поработал с этой эл.нагрузкой, она все больше мне нравится! Спасибо китайцам и Ака-Касьяну!
    Антон
    Скажите пожалуйста какую можно получить мощность на КТ827А и что надо переделать в схеме.
    Иван_Похмельев
    Цитата: Гость Али-бастр
    Получился составной транзистор.

    Это-то как раз принципиально важно.
    Гость Али-бастр
    Да изменил, но не принципиально. Вместо полевиков изменил дорожки под биполярные 2Т831 + КТ803 . Получился составной транзистор. Не было 7812, поставил 7805 + КС162, на печатке не было некоторых конденсаторов указанных на схеме. Добавил дорожки под них. Вывел разъемы под питание (переменный ток) и для вентилятора. Вот и все изменения.
    Иван_Похмельев
    Но Вы же не просто плату изменили, а и схему переработали.
    Али-бастр
    Схема рабочая. Правда пришлось заменить полевики на биполярные Советские КТ803А. Легко держат нагрузку 16 вольт 10 ампер. Больше не позволяет дать мой источник питания. А полевые IRL3705N горели как спички уже при 3 амперах. Вернее не горели, их пробивало, корпус даже не успевал нагреться. Соответственно пришлось немного изменить печатную плату.
    Иван_Похмельев
    Это обычный стабилизатор тока на полевых транзисторах, которые без проблем можно заменить биполярными транзисторами обратной проводимости.
    Да, можно без особых проблем заменить. Но есть тонкость, не всё так просто. ))
    Каким бы мощным не был транзистор, в линейном режиме все иначе. .... В данном случае максимум, что может рассеивать транзистор в корпусе ТО247 - это где-то 75Вт мощности, вот так-то.
    С теорией разобрались, ...
    Да уж, разобрались...((
    Datasheet трудно прочитать? С какого бодуна 75 Вт? Корпус и кристалл 300 Вт выдержат. Естественно, при наличии адекватного охлаждения.
    Кстати, насчёт охлаждения:
    Место прижатия подложки ключа к радиатору необходимо тщательно очистить, обезжирить и отполировать.

    1. Подложка - часть кристалла транзистора, нельзя её никуда прижать. Прижимается к радиатору основание корпуса.
    2. Транзистор в линейном режиме вряд ли правильно называть ключом.
    3. Зачем перед полировкой обезжиривать?
    4. Зачем вообще полировать? На самом-то деле полировка вредна, место контакта транзистора с радиатором надо шлифовать.

    Привет, Гость!


    Зарегистрируйтесь

    Или войдите на сайт, если уже зарегистрированы...

    Войти

    Добавьте самоделку

    Добавьте тему

    Онлайн чат

    Опрос
    А Вы знаете, что на сайте оплачиваются отчеты о создании самоделок?

    Последние комментарии

    Все комментарии