Електронна навантаження власноруч схема. Електронне навантаження своїми руками. Пристрої на базі KTC8550

Навантаження, що регулюється за потужністю, є частиною випробувального обладнання, необхідного при налагодженні різних електронних проектів. Наприклад, при побудові лабораторного джерела живлення, воно може "симулювати" підключений споживач струму, щоб побачити, наскільки добре ваша схема працює не тільки на холостому ході, а й на навантаження. Додавання силових резисторів для виходу можна робити тільки в крайньому випадку, але не у кожного вони є, та й довго їх не протримати — дуже гріються. У цій статті буде показано, як можна побудувати блок регульованого електронного навантаження за допомогою недорогих компонентів, доступних для радіоаматорів.

Схема електронного навантаження на транзисторах

У цій конструкції максимальний струм повинен бути приблизно 7 ампер і обмежений 5W резистором, який був використаний, і відносно слабким польовим транзистором. Ще більші струми навантаження можуть бути досягнуті за допомогою резистора на 10 або 20 Вт. Вхідна напруга не повинна перевищувати 60 вольт (максимум на ці польові транзистори). Основою служить ОУ LM324 та 4 польових транзистори.

Два "запасні" операційні підсилювачі мікросхеми LM324 використовуються для захисту та управління вентилятором охолодження. U2C утворює простий компаратор між напругою, встановленим термістором і дільником напруги R5, R6. Гістерезис контролюється позитивним зворотним зв'язком, отриманим R4. Термістор поміщається у безпосередній контакт із транзисторами на радіаторах та його опір зменшується зі зростанням температури. Коли температура перевищує встановлений поріг, вихід U2C буде високим. Ви можете замінити R5 та R6 з регульованим змінником та вручну підбирати поріг спрацьовування. При налаштуванні переконайтеся, що захист спрацьовує, коли температура транзисторів MOSFET трохи нижче за гранично-допустиму, вказану в датасіті. Світлодіод D2 сигналізує, коли активується функція захисту від навантаження – він встановлений на передній панелі.

В елементі U2B операційного підсилювача також є гістерезис компаратора напруги і використовується він для управління вентилятором 12 В (можна використовувати від старих PC). Діод 1N4001 захищає MOSFET BS170 від індуктивних кидків напруги. Нижній температурний поріг для активації вентилятора контролюється резистором RV2.

Складання пристрою

Була використана для корпусу стара алюмінієва коробка з комутатора з великою кількістю внутрішнього простору для компонентів. В електронному навантаженні використовував старі AC/DC адаптери для живлення 12 В для головного ланцюга і 9 В для панелі приладів - вона має цифровий амперметр, щоб одночасно бачити струм споживання. Потужність ви вже розрахуєте і за відомою формулою.

Ось фотографія тестової установки. Лабораторний блок живлення настроєно на 5 В. Навантаження показує 0.49A. Також підключений мультиметр на навантаженні, так що струм навантаження і напруга контролюються одночасно. Ви можете переконатися в чіткій роботі всього модуля.

Розповім про корисний для радіоаматорів пристрій – про струмове електронне навантаження з можливістю вимірювання ємності акумуляторів. Навіщо потрібний цей прилад?

Всі стикалися з ситуацією, коли треба з'ясувати параметри якогось джерела живлення, наприклад, лабораторного БП, драйвера світлодіодів або зарядного пристрою. Адже практика показує, що виробники не завжди вказують на правильні параметри. Звичайно, є найпростіший варіант – навантажити резистором, розрахованим за законом Ома, та виміряти струм за допомогою мультиметра. Але для кожного випадку треба робити свої розрахунки і не завжди можна знайти потужний резистор потрібного номіналу, вони досить дорогі. Доцільніше використовувати електронне або активне навантаження, що дозволяє навантажити будь-який БП або акумулятор, та регулювати струм навантаження звичайним потенціометром.

А за рахунок включення в схему багатофункціонального цифрового ватметра, що показує ємність, цей стенд навантаження може розрядити акумулятор і показати його реальну потужність. До речі, на відміну від IMAX 6, наша система може розряджати акумулятори зі струмом до 40А. Це зручно для автомобільних акумуляторів.

Схема побудована на здвоєному операційному підсилювачі (ОУ) LM358, хоча задіяний лише один елемент.

Датчик струму - потужний резистор R12, бажано на 40Вт, хоча я поставив на 20Вт. Можна з'єднати паралельно кілька резисторів для отримання потрібної потужностітак, щоб підсумковий опір дорівнював 0.1 Ом. R10 і R11 (0.22 Ом / 10Вт) - струмові вирівнювальні елементи для силових ключів. У мене реально стоять паралельно 2 х 0.47 Ом / 5Вт для кожного транзистора.

ОУ управляє двома складовими транзисторами КТ827, встановленими окремі радіатори. Транзистори оптимальні для цієї схеми, хоч і досить дорогі.

Принцип роботи.

При підключенні тестованого пристрою утворюється падіння напруги на потужному струмовому резисторі R12 відповідно змінюється напруга на входах ОУ, отже, і на його виході. У результаті сигнал надходить на транзистори залежить від падіння напруги на шунті. Зміниться струм, що протікає транзисторами.

Потенціометром змінюємо напругу на неінвертуючому вході ОУ і також як описано вище змінюється струм через транзистори. Дані транзистори дозволяють працювати зі струмами до 40А, але потребують гарного охолодження, т.к. вони працюють у лінійному режимі. Тому, крім масивних радіаторів, я поставив вентилятор, з регулюванням обертів, який можна включити окремою кнопкою. Схема регулятора обертів зібрана на невеликій платі.

Теоретично максимальна вхідна напруга може бути до 100В – транзистори витримають, але китайський ватметр розрахований лише до 60В.

Кнопка S1 змінює чутливість ОУ, тобто. перемикає на малі струми для точного вимірювання малопотужних джерел, що тестуються.

Важливі особливості цієї схеми:

1. наявність зворотного зв'язку для обох транзисторів,
2. можливість зміни чутливості ОУ.
3. грубе та тонке регулювання струму (R5 та R6).

Трансформатор у схемі живить тільки ОУ та блок індикаторів, підійде будь-який зі струмом від 400мА та напругою 15-20В, все одно напруга потім стабілізується до 12В лінійним стабілізатором 7812. Його немає необхідності ставити на радіатор.

Eugene.A: Мало того - ще й безглузда Сучасні електролічильники не крутяться у зворотний бік.

Зате грітися майже нема чому.

Eugene.A: Щодо трансформації - якийсь ректальний спосіб Для любителів збочень. На пенсії. Замість перегляду порно.
...
Треба просто більше ніхрому, константану, манганіну та перемикач - для регулювання струму, якщо є така потреба.

А може я збоченець? Правда не на пенсії, але й вона не за горами... Ні, порно дивитися не можна, відбиває бажання самому цим займатися - науково доведений факт!

А тепер давайте порівняємо способи, запропоновані Вами і мій.

Ви пропонуєте по-старому: по-більше ніхрому, константана, манганіну і перемикач - це досить громіздко, не технологічно і не дуже точно. Я вже мовчу, якщо потрібний дрібний крок регулювання струму навантаження.

Я ж пропоную використовувати один шматок ніхрому, константана чи манганіну і взагалі без перемикачів.
Мало того, і ці шматки не потрібні. Можна просто взяти праску, електронагрівач, електроплитку... що буде під рукою, і встромити її рідною вилкою в блок з назвою "електронне навантаження". На блоці стоїть регулятор струму навантаження у вигляді змінного опору, енкодера або кнопок з клавіатурою - за смаком та можливостями, і дисплей із показаннями поточних значень напруги, струму та потужності.

На відміну від вашого способу, я зможу регулювати струм навантаження не дискретно
а пла-а-а-вненько, та ще й стабілізувати виставлене значення.

І точність буде не наприклад краще Вашого способу.
Струм навантаження дорівнює I=k*kтр*Rн, де:
k - коефіцієнт заповнення імпульсів ШІМ,
kтр - коефіцієнт трансформації використовуваного трансформатора,
Rн - опір праски, електронагрівача чи електроплитки.

Достатньо точно виміряти опір праски.
Власне, а навіщо? Достатньо ввести режим калібрування під час роботи з приладом - при підключеній прасці, електронагрівачі або електроплитці подати (всередині приладу) на його вхід калібровану напругу та калібрувальним підстроєчником виставити максимальне значення струму при максимальному коефіцієнті заповнення. Можна навіть цю операцію автоматизувати, якщо МК стоїть.
Всі.
Регулювання виходить лінійна, тому, прив'язавши калібруванням максимальне значення струму навантаження 20А до коефіцієнта заповнення 0.9, при коефіцієнті 0,1 отримаємо струм 2.2А.
Для розширення меж можна поставити перемикач або реле та комутувати відводи трансформатора перетворювача. Отримаємо кілька узгоджених піддіапазонів регулювання струму (опір) навантаження.

Забув сказати - трансформатор краще через легше узгодження з каліброваними навантаженнями типу праска, електронагрівач або електроплитка.
Трансформатор підходить від комп'ютерного БП (силовий). У нього та відводів багато...

А зараз, Eugene.A, поясніть, будь ласка, мені - збоченцю і майже пенісонеру - чому Ваш спосіб не ректальний, а мій - ректальний, незважаючи на те, що він кращий, технологічніший, універсальніший, точніший і виконує таке ж завдання?

Для початку розберемо схему. Я не претендую на оригінальність, тому що підглянув складові елементи та адаптував під те, що було у мене з деталей.

Ланцюг захисту складений із плавкого запобіжника FU1 та діода VD1 (можливо він зайвий).

Навантаження виконане на чотирьох 818 транзисторах VT1…VT4. У них прийнятні характеристики по струму і потужності, що розсіюється, а також вони не дорогі і не є дефіцитом. Управління VT5 на 815 транзисторі, а стабілізація на операційному підсилювачі LM358. Амперметр, який показує струм, що проходить через навантаження, я встановив окремо. Т.к. якщо амперметром замінити резистори R3 R4 (як у схемі за посиланням вище), то, на мій погляд, губиться частина струму, який потече через VT5 і показання будуть занижені. А судячи з того, як нагрівається 815 струм через нього протікає пристойний. Я навіть думаю, що між емітером VT5 і землею треба поставити ще один опір Ом так у 50…200.

Окремо треба розповісти про ланцюг R10 ... R13. Так як регулювання відбувається не лінійно, необхідно брати один змінний опір в 200 ... 220 кОм з логарифмічною шкалою, або ставити два змінних резистора, які забезпечують плавне регулювання у всьому діапазоні. При чому R10 (200кОм) регулює струм від 0 до 2.5А, а R11 (10кОм) при викрученому в нуль R10 регулює струм від 2.5 до 8А. Верхня межа струму встановлюється резистором R13. При налаштуванні будьте обережні, якщо напруга живлення випадково потрапить на третю ногу операційного підсилювача, 815 повністю відкривається, що з великою ймовірністю приведе до виходу з ладу всіх 818 транзисторів.

Тепер трохи про блоки живлення для навантаження.

Ні, це не збочення. Просто у мене під рукою не знайшлося малогабаритного трансформатора на 12 вольт.

Довелося робити помножувач і підвищувати напругу з 6 вольт до 12 для вентилятора і ставити стабілізатор для живлення самого навантаження і сигналізації. Так, у цей пристрій я вставив просту сигналізацію по температурі. Схему я підглянув., які витримують до 80 вольт та 10 А сумарна потужність має бути не менше 3 кВт. Але, оскільки ми робимо «кип'ятильник» і вся потужність джерела йде в тепло, то обмеження накладається показником потужності транзисторів, що розсіюється. По даташиту вона всього лише 60 Вт на один транзистор, а з урахуванням того, що теплопровідність між транзистором і радіатором не ідеальна, то фактична потужність, що розсіюється, і того менше. І тому щоб хоч якось покращити тепловідведення, я прикрутив транзистори VT1…VT4 безпосередньо до радіатора без прокладок на теплопровідну пасту. При цьому мені довелося організувати спеціальні накладки на радіатор, щоб не замикав на корпус.

На жаль, у мене не було можливості протестувати роботу пристрою у всьому діапазоні напруги, але при 22V 5A навантаження працює, стабільно не перегріваючись. Але як завжди в бочці меду є ложка дьогтю.

Через недостатню площу радіатора взятого мною, при навантаженні більше 130 ватів, через якийсь час (3…5 хвилин) транзистори починають перегріватися. На що свідчить сигналізація. Звідси висновок. Якщо робити навантаження, беріть радіатор якомога більшої площі і забезпечте йому надійне примусове охолодження.

Також ложкою дьогтю можна вважати невеликий дрейф у бік зменшення струму навантаження на 100...200 мА.

Думаю, цей дрейф відбувається через нагрівання резисторів R3, R4. Так, якщо є можливість знайти резистори на 0,15 Ом на 20 Вт або більше, то краще використовувати їх. Загалом схема, наскільки я зрозумів, не є критичною до заміни деталей. Чотири 818транзистора можна замінити двома кт896а, кт815г можна, а можливо і потрібно, замінити на кт817г. Операційний підсилювач думаю також можна взяти інший.Хочу особливо наголосити, що обов'язково при налагодженні ставте резистор R13 не менше 10 кОм, потім у міру розуміння який струм вам потрібен, зменшуйте цей опір.

Друкована плата

не викладаю, тому що монтаж основної частини навантаження зроблений навісним.

Іноді у радіоаматорів виникає потреба у електронному навантаженні. Що таке електронне навантаження? Ну, якщо просто, це такий прилад, який дозволяє навантажити блок живлення (або інше джерело) стабільним струмом, який природно регулюється. Про подібне вже писав шановний Kirich, я ж вирішив спробувати у справі пристрій «фірмовий», запхнув його в якийсь корпус і причепивши до нього прилад для індикації. Як бачимо, вони чудово поєднуються за заявленими параметрами.

Отже, навантаження. з роз'ємом для підключення живлення, гвинтик М3 для прикручування транзистора до радіатора.

Хустка красива, краї фрезеровані, паяння рівна, флюс відмитий.

На платі є два силові роз'єми для підключення власне навантаження, роз'єми для підключення потенціометра (3-контактний), живлення (2-контактний), вентилятора (3-контактний) та три контакти для підключення приладу. Тут я хочу звернути вашу увагу, що як правилочорний тонкий провід від вимірювального приладувикористовуватись не буде! Зокрема, в моєму випадку, з вищеописаним приладом (див. посилання на огляд) - підключати тонкий чорний провід НЕ ПОТРІБНО, тому що живлення та навантаження та прилади йде від одного БП.

Силовий елемент – транзистор (200V, 30A)

Ну а з мікросхем на платі є компаратор LM393, операційник LM258 і регульований стабілітрон TL431.

На просторах інтернету було знайдено :

Скажу чесно - всю схему досконально не перевіряв ще раз, але побіжне схеми з платою порівняння показало що начебто все сходиться.

Власне, більше про навантаження розповідати-то і нічого. Схема досить проста і не працювати взагалі не може. Та й інтерес у разі представляє швидше її робота під навантаженням у складі готового пристрою, зокрема - температура радіатора.

Довго думав із чого зробити корпус. була думка зігнути з нержавіючої сталі, склеїти з пластику ... А потім подумав - так ось воно, максимально доступне і повторюване рішення - «кнопковий пост» КП-102, на дві кнопки. Радіатор знайшов у ящику, вентилятор там же, клеми та вимикач купив в офлайні, а банани та мережевий роз'єм виковупав з чогось старого на горищі;)

Забігаючи вперед скажу, що я метнувся, і той трансформатор який я використовував (у комплекті з випрямляючим містком, звичайно) - не потягнув цей девайс через високий струм, що споживається вентилятором. На жаль. Замовлятиму, повинен якраз вписатися за габаритами. Як варіант - можна використовувати і зовнішній 12В блок живлення, яких теж повно і на бенге та в арсеналі будь-якого радіоаматора. Живити навантаження від досліджуваного блоку живлення вкрай небажано, не кажучи вже про діапазон напруги.

Крім того, нам знадобиться потенціометр на 10кОм для регулювання струму. Я рекомендую ставити багатооборотні потенціометри, наприклад, або . І там, і там є нюанси. перший тип - на 10 оборотів, другий на 5. у другого типу вал дуже тонкий, близько 4мм, здається, і стандартні ручки не підходять - я натягував два шари термоусадки. у першого типу вал товстіший, але ІМХО теж не дотягує до стандартних розмірівТому можливі проблеми - втім, їх я в руках не тримав, так що стверджувати на 100% не можу. Ну і діаметр/довжина як бачимо помітно відрізняються, так що потрібно прикидати за місцем. У мене були потенці другого типу, так що я не запарювався з цього приводу, хоча треба було б і перших прикупити для колекції. Для потенціометра потрібна ручка – для естетики та зручності. Начебто для потенціометрів першого типу повинні підійти ручки, принаймні вони з фіксуючим гвинтом і нормально триматимуться на гладкому валу. Я ж використав те що було в наявності, натягнувши пару шарів термоусадки і капнувши суперклеєм для фіксації термоусадки на валу. Метод перевірений - я його використати ще для блоку живлення, поки все працює, вже кілька років.

Далі були борошна компонування, які показали, що фактично єдино можливим рішеннямє те, що я наведу нижче. На жаль, це рішення вимагає підрізання корпусу, бо через ребер жорсткості не входить плата, а вимикач і регулятор не входять через те, що я їх намагався розмістити в центрі виїмок на корпусі, а вони врешті вперлися в товсту стінку всередині. знав би – перевернув би передню панель.

Отже, розмічаємось і робимо отвори під мережевий роз'єм, транзистор та радіатор на задній стінці:

Тепер передня панель. Отвір під прилад це просто (правда, як я писав у попередньому огляді, клямки у нього безглузді, і я від гріха подалі віддав перевагу спочатку заклацнути в корпус пристрою корпус приладу, а потім вже втиснути в нього нутрощі приладу). Отвори під вимикач і регулятор теж відносно просто, хоча і довелося на фрезерний верстатвибрати пази на стінках. А ось як розташувати гнізда, щоб «обійти» отвір на передній панель – завдання. Але я приклеїв шматочок чорного пластику і просвердлив отвори прямо в ньому. Вийшло і красиво, і акуратно.

Тепер нюанс. у приладі у нас є термодатчик. Але навіщо вимірювати температуру в корпусі, якщо можна притулити його до радіатора? Це набагато більше корисна інформація! А якщо вже прилад все одно розібраний - ніщо не заважає випаяти термодатчик і подовжити дроти.

Для притиску датчика до радіатора я приклеїв шматочок пластику до корпусу таким чином, щоб відпустивши гвинти кріплення радіатора можна було підсунути під термопластик пластик, а затягнувши ці гвинти - надійно його там зафіксувати. Отвір навколо транзистора заздалегідь зробив на кілька міліметрів більше.

Ну і пхаємо весь цей «вибух на макаронній фабриці» в корпус:

Результат:

Перевірка температури радіатора:

Як бачимо приблизно на 55Вт через 20 хвилин температура радіатора в безпосередній близькості від силового транзистора стабілізувалася на 58 градусах.

Ось така температура самого радіатора зовні:

Тут, повторюся, є нюансики: на момент перевірки пристрій працював від кволого трансформатора і мало того що під навантаженням напруга просаджувалося до 9 вольт (тобто при нормальному харчуванні охолодження буде значно краще), так ще й через неякісне харчування струм стабілізувати до ладу не вдавалося, тому на різних фотовін трохи різний.

При живленні від крони і відповідно з вимкненим вентилятором маємо ось що:

Проводи від БП у мене тонкі, тому падіння напруги тут досить значне вийшло, та й за бажання можна ще зменшити кількість перехідних опорів, припаявшись скрізь де можна і прибравши клеми. мене ж така точність цілком влаштовує – втім, про точність говорили у минулому огляді. ;)

Висновки: цілком робоча штука, що дозволяє заощадити час розробки власного рішення. Як «серйозне» і «професійне» навантаження сприймати її, мабуть, не варто, але ІМХО чудова штука для початківців, ну або коли потрібно рідко.

З плюсів можу відзначити хорошу якість виготовлення, а мінус, мабуть, один – відсутність потенціометра та радіатора в комплекті, і це потрібно обов'язково мати на увазі – пристрій доведеться доукомплектовувати, щоб він почав працювати. Другий мінус – відсутність термоконтролю вентилятора. При тому, що «непотрібна» половинка компаратора якраз є. Але це потрібно було вносити на етапі розробки та виготовлення плати, бо якщо навішувати терморегулятор «згори» - то його розумніше на окремій платі зібрати;

За моєю готовою конструйнею - теж є нюанси, зокрема, потрібно буде поміняти блок живлення, ну і взагалі кажучи було б непогано і запобіжник якийсь поставити. Але запобіжник це зайві контакти та зайві опори в ланцюзі, так що тут я поки що не впевнений зовсім. Можна також переставити на плату шунт із приладу та задіяти його і для приладу, і для електроніки навантаження, прибравши «зайвий» шунт із ланцюга.

Безперечно, існують і «більш інші» електронні навантаження, які стоять порівнянно. Наприклад. Відмінність оглядається - у заявленій вхідній напрузі, до 100В, тоді як в основному навантаження розраховані на роботу до 30В. Ну і в цьому випадку у нас модульна конструкція, Що особисто мене дуже влаштовує. Набрид прилад? Поставили точніше або більше, або ще чогось. Чи не влаштовує потужність? Поміняли транзистор чи радіатор тощо.

Одним словом – я цілком задоволений результатом (ну тільки ось блок живлення інший прикрутити – але це я сам дурень, а ви попереджені), і цілком рекомендую до придбання.

Товар надано для написання огляду магазином. Огляд опубліковано відповідно до п.18 Правил сайту.