Схема электронной нагрузки: 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.

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

КОИЛГАН НА БАТАРЕЙКАХ Схема простого устройства для демонстрации эффекта электромагнитного ускорения металлического снаряда в пушке Гаусса.

ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА USB ПОРТА Варианты выполнения гальванической развязки USB порта. Современные микросхемы для емкостной, оптической и электромагнитной развязки.

Электронная нагрузка

Устройство заменяет нагрузку в виде набора постоянных или переменных резисторов и поможет при испытании и налаживании блоков питания.

Выбор силового транзистора зависит от того какой максимальный ток нагрузки вы желаете получить, соответственно подбирается измерительная головка и шунт. Допустимо использовать параллельное включение силовых транзисторов, при этом нагрузка на каждый из них уменьшиться, а общий ток увеличиться.

Испытуемый блок питания подключается к входным клеммам и резистором R2 выставляется желаемый ток.
Конструкцию можно выполнить навесным монтажом в любом подходящем корпусе, например от компьютерного блока питания, с вентилятором для обдува радиатора.

Основные параметры транзистора TIP36. Datasheet

Pc max	Ucb max	Uce max	Ueb max	Ic max	Tj max, °C	Ft max	Cc tip	Hfe
90W	80V	40V	5V	25A	150°C	3MHz	—	20/100

 

Общий вид транзистора TIP36.	Цоколевка транзистора TIP36.

Обозначение контактов:
Международное: C — коллектор, B — база, E — эмиттер.
Российское: К — коллектор, Б — база, Э — эмиттер.

Источник: http://www.cqham.ru/ 

————————————————————

Улучшенная схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока.
В качестве нагрузочного элемента здесь применен мощный полевой транзистор, обеспечивающий значительные преимущества по сравнению с традиционно используемыми для этой цели громоздкими реостатами. Однако в процессе испытаний нагрузочные элементы нагреваются, и температурный дрейф их параметров затрудняет проведение испытаний.
В предлагаемом устройстве ток через нагрузочный элемент стабилизирован, поэтому он практически не подвержен температурному дрейфу и не зависит от напряжения проверяемого источника, что очень удобно при снятии нагрузочных характеристик и проведении других испытаний, особенно длительных.
С помощью эквивалента нагрузки можно проверять не только стабилизированные и нестабилизированные блоки питания, но и батареи (гальванические, аккумуляторные, солнечные и т. д.).


Схема эквивалента нагрузки показана на рис. 1.

По принципу работы это — источник тока, управляемый напряжением (ИТУН). Эквивалент нагрузки — мощный полевой транзистор IRF3205, который выдерживает ток до 110А, напряжение до 55V и рассеиваемую мощность до 200W. Резистор R1 — датчик тока. Резистором R5 изменяют ток через резистор R2 и соответственно напряжение на нем, которое равно Uпит = R2/(R2+R3+R5), где Uпит — напряжение питания. На ОУ DA1.1 и транзисторе VT1 собран усилитель с отрицательной обратной связью с истока этого транзистора на инвертирующий вход ОУ. Действие ООС проявляется в том, что напряжение на выходе ОУ вызывает такой ток через транзистор VT1, чтобы напряжение на резисторе R1 было равно напряжению на резисторе R2. Поэтому резистором R5 регулируют напряжение на резисторе R2 и соответственно ток через нагрузку (транзистор VT1), равный Uпит = R2/[R1(R2+R3+R5)]. Пока ОУ находится в линейном режиме, указанное значение тока через транзистор VT1 не зависит ни от напряжения на его стоке, ни от дрейфа параметров транзистора при его разогреве. Цепь R4C2 подавляет самовозбуждение транзистора и обеспечивает его устойчивую работу в линейном режиме. Для питания устройства необходимо напряжение 9…12V, которое обязательно должно быть стабильным, поскольку от него зависит стабильность тока нагрузки. Ток, потребляемый устройством, не превышает 10 мА.

 
Рис.2 Конструкция и детали.

В устройстве использованы детали для поверхностного монтажа, размещенные на печатной плате (рис. 2) из фольгированного стеклотекстолита, которая вместе с транзистором установлены на теплоотводе. Транзистор прикрепляют к теплоотводу винтом. Плату допустимо приклеить к теплоотводу для большей механической прочности. При изготовлении теплоотвода в виде пластины его площадь должна быть не менее 100….150 см2 на 10 Вт рассеиваемой мощности. Для повышения эффективности при длительных испытаниях желательно применить вентилятор. Резистор R1 составлен из девяти сопротивлением по 0,1 Ом (мощностью 1 Вт), включенных параллельно и последовательно, как показано на рис. 2. Остальные постоянные резисторы — типоразмера 1206 и мощностью 0,125 Вт. Переменный резистор R5 -СПО, СП4. Конденсатор — С2 К10-17В, остальные — танталовые.

Вместо компонентов для поверхностного монтажа можно применить обычные, но тогда топологию печатной платы придется немного изменить. Номинальное напряжение конденсатора С1 должно быть не меньше напряжения проверяемого источника. Конденсатор С2 следует установить непосредственно на выводах транзистора VT1.
В устройстве применен ОУ LM358AM в случае использования других ОУ следует иметь в виду, что его питание в этом устройстве однополярное, поэтому он должен быть работоспособен при нулевом напряжении на обоих входах. Заменяя полевой транзистор, будьте внимательны: для этого устройства подходит большое число транзисторов фирмы IR, но некоторые из них могут работать неустойчиво. При отсутствии полевого можно применить составной биполярный транзистор структуры n-p-n с коэффициентом передачи тока не менее 1000 и соответствующим током коллектора, например, КТ827А—КТ827В. Выводы такого транзистора подключают соответственно: затвор — база, сток — коллектор, исток — эмиттер.

В этом случае сопротивление резистора R4 надо уменьшить до 510 Ом. Сильноточные цепи выполняют проводом соответствующего сечения.

Устройство не требует налаживания. Проверяемый источник питания с напряжением от 3 до 35V подключают к устройству с соблюдением полярности. Для уменьшения минимального значения напряжения контролируемого источника питания следует пропорционально уменьшить сопротивление резисторов R1 и R2. Ток, потребляемый эквивалентом нагрузки, регулируют резистором R5. Интервал регулировки тока при указанных на схеме номиналах элементов и напряжении питания 12V равен 0,5… 11А. Для уменьшения минимального значения тока можно ввести дополнительный переключатель, с помощью которого параллельно резистору R2 подключают резистор сопротивлением 100 Ом. В этом случае минимальное и максимальное значения тока уменьшатся в 10 раз.

Источник: журнал «Радио» №1 2005

---

 Электронный предохранитель

Электронный предохранитель, осуществляет эффективную защиту в цепях электропитания с напряжением до 45V. Номиналы деталей приведены в таблице для разных токов срабатывания предохранителя. 

I макс (A)	R1 (Ом)	R2 (Ом)	VT1	VT2	VT3
5	100	0,12	2N1613	2N3055	BC148
0,5	1000	1	BC107	2N1613	BC148
0,1	4700	4,7	BC107	2N1613	BC148

Источник: http://gete.ru/

—————————————————-
  
Еще один вариант решения проблемы защиты блока питания от короткого замыкания (КЗ) в нагрузке, это включение последовательно с нагрузкой полевого транзистора со встроенным каналом.
В транзисторах такого типа на вольтамперной характеристике есть участок, на котором ток стока не зависит от напряжения между стоком и истоком. Поэтому на этом участке транзистор будет работает как стабилизатор или ограничитель тока.

  
Рис.1

Схема подключения транзистора к блоку питания показана на Рис.1, а вольтамперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 — на Рис.2.
Работает защита следующим образом. Если сопротивление резистора равно нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5V, и практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45…0,5А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на «здоровье» деталей блока питания.
  
Рис. 2

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1.
Нужно выбирать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.
   Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром — тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (пример показан на рис. 3).
   Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации — рис.7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.
  
Рис. 3

Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.
   Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
   При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.
   Однопереходный транзистор может быть КТ117А — КТ117Г, телефон — низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).

  
Рис. 4

Для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток — исток.
   Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.

Источник: журнал «Радио» №7, 1989 г., стр.78
——————————————————————————————-

Набор для сборки простой электронной нагрузки 150 Ватт. Набор для сборки электронной нагрузки для разрядки аккумуляторов

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

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

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

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

Для начала о продавце. На странице товара можно выбрать несколько вариантов:
1. Только печатная плата, цена около 1.6 доллара
2. Печатная плата и набор компонентов без силовых транзисторов — 3.8 доллара
3. Печатная плата и все компоненты включая силовые транзисторы — 4.9 доллара
4. Ампервольтметр — 2.2 доллара.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Разные разъемы, выключатель и прочие мелочи.

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

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

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

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

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

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

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

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

Здесь видны те же компоненты что я показывал выше, но к ним добавились еще некоторые, поясню их назначение.
Резистор R1, нужен для развязки нескольких каналов и для улучшения стабильности работы.
Резистор R2, ограничивает ток заряда затвора полевого транзистора защищая операционный усилитель.
Конденсатор С1, резистор R3 и R4 обеспечивают защиту от самовозбуждения схемы, чтобы нагрузка не превратилась в генератор.
Резистор R5 закрывает транзистор когда операционный усилитель обесточен, а кроме того обеспечивает небольшой ток нагрузки для выхода операционного усилителя и цепи защиты от самовозбуждения.

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

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

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

То последовательно с переменным резистором включен постоянный резистор R8 сопротивлением 22 кОм, вместе они образуют делитель примерно 1:5.5 и после переменного резистора напряжение меняется уже в диапазоне около 0-0.45 Вольта.
Меняя номиналы дополнительного резистора можно изменять диапазон регулировки без замены шунта, но такой способ имеет и свой минус — операционным усилителям при однополярном питании проще работать с большим напряжением, чем с меньшим и лучше сильно не снижать задающее напряжение.
Резистор R7 ограничивает ток питания стабилитрона.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Большинство полевых транзисторов больше ориентированы на ключевой режим работы (открыт/закрыт) и потому в линейном режиме их нельзя эксплуатировать «на полную мощность» ограничивая ее примерно на уровне 30 Ватт на корпус TO-220 и 50 Ватт на ТО-247. Собственно потому при применении транзисторов в корпусе ТО-247 нагрузка будет уже не 150, а 200 Ватт.
Здесь же транзисторы работают с небольшим перегрузом так как они в корпусе ТО-220, а на них рассеивается до 37.5 при рекомендованных 30.

Слева родные транзисторы, справа они же в сравнении с транзисторами в корпусе ТО-247.

А так выглядит установка радиатора на плате совместно с транзисторами в разных корпусах. К сожалению есть пара недоработок:
1. При установке транзисторов в корпусе ТО-220 радиатор смещается дальше от края платы и надо прокладывать изоляцию между ним и печатной платой.
2. Если крепить радиатор в штатные отверстия печатной платы, то он уходит от плоскости транзисторов примерно на 7 мм и придется выгибать выводы транзисторов, причем что с ТО-220, что с ТО-247.

Альтернативный вариант от китайского продавца, как по мне, то колхоз какой-то.

Хотя нет, если выше просто колхоз, то здесь скорее жесть 🙂

Радиатор я взял первый более менее подходящий по размерам, у меня уже был как-то его обзор. На самом деле радиатор должен быть немного другой конфигурации, например хорошо использовать радиаторы от процессоров, но стоит учитывать, что 150 Ватт тепла это довольно много, я бы рекомендовал использовать два радиатора а транзисторы расположить попарно.
Кроме того, будьте внимательны при разметке, транзисторы на плате расположены не совсем симметрично по отношению к ширине платы. Размеры не привожу так как размечать лучше «по месту».

Переходим к последним этапам, установке транзисторов.

Хоть данные транзисторы и получаются впритык если рассчитывать на 72 Вольта, заявленных в описании, мне они не подходят вообще так как планируемое напряжение составляет не менее 80 Вольт, а так как нужен еще и запас, то я планирую применить потом транзисторы рассчитанные на 150-200 Вольт.
Но попробовать хочется уже сейчас потому установил их в порядке эксперимента, как и радиатор, который потом будет заменен на более подходящий.

Радиатор временный, потому крепиться к плате будет только в одной точке, благо хоть она совпала с крепежными отверстиями радиатора 🙂
На плату в районе радиатора наклеил скотч, хотя конечно лучше что-то более прочное, а под единственный винт проложил картонную шайбу.
Небольшой нюанс, на фланцах транзисторов будет потенциал равный входному напряжению, потому есть два варианта монтажа:
1. Изолировать радиатор от корпуса
2. Изолировать транзисторы от радиатора.

На мой взгляд из-за большого тепловыделения правильнее использовать первый вариант, хотя он конечно добавляет некоторые сложности при монтаже. Есть правда еще третий вариант — переделать схему так, чтобы на фланцах транзисторов была земля, но это очень неудобно схемотехнически.

Получился такой вот временный вариант, для тестирования думаю будет достаточно.

В комплекте был и переменный резистор, у меня подобный уже участвовал в одном известном обзоре, но сопротивлением 10 кОм.
Если коротко, регулирует хорошо, 10 оборотов, проволочный.
Для подключения используем комплектный провод с разъемом, цвета получаются так: красный-плюс, черный-минус, желтый-регулировка, подключаем так как на фото, тогда регулировка будет корректная.

Но вот комплектная ручка приятно удивила, мне раньше такие не попадались. Дело в том, что у нее верхняя часть съемная (изначально это незаметно), а сам механизм реализован по принципу цанги, т.е никакие винты наружу не торчат. При этом ручка отлично центруется на валу резистора, 5 баллов однозначно!

Последний шаг, устанавливаем операционный усилитель внимательно контролируя положение ключа.

Вот собственно и все. Реально собрать всю конструкцию примерно за час без спешки даже для новичка, все компоненты ставтся как надо, все отмечено на плате и собирается интуитивно.

В итоге у меня еще остались компоненты:
1. Выключатель
2. Разъем питания
3. Неисправный конденсатор.

Второй разъем питания видимо дается в комплекте на случай если он выносится на крышку корпуса, выключатель скорее всего также используется для включения питания, но в моем варианте его паять некуда, ну а неисправный конденсатор, да просто звезды так сошлись.

На одну из сторон платы вынесены контактные площадки для подключения входа, амперметра, вольтметра и выход питания.
В принципе можно поставить клеммники, а можно просто припаять провода, кому как удобно, но есть некоторые нюансы подключения.

Подключать можно разными способами, попробую рассказать обо всех.
1. Просто плата без измерителей, разъемов и прочего.
2. То же самое, но если хочется поставить разъем, то скорее всего придется ставить перемычку вместо выхода на амперметр.
3. Подключение независимых амперметра и вольтметра, плюс — красный, минус — синий.
4. Если хочется установить цифровой ампервольтметр, то подключаем так:
Черный — общий силовой
Желтый — вход измерения тока
Красный — вход измерения напряжения
Красный тонкий — питание ампервольтметра.

Цветовая маркировка проводов подключения цифрового ампервольтметра дана соответственно тому, что я уже применял и в принципе может отличаться, потому лучше перепроверить перед подключением, обычно черный все таки это минус, а вход измерения тока звонится накоротко с черным.

Как вариант можно поставить и такой ампервольтметр, он более «продвинутый» но его подключение отличается.
Черный толстый — общий силовой
Красный толстый — Вход измерения тока
Желтый — вход измерения напряжения.
Красный тонкий — питание ампервольтметра.

Плюс у такого варианта есть термодатчик, что может быть очень полезным в устройстве с таким тепловыделением.

Оба этих ампервольтметра использовались в небольшой электронной нагрузке, хотя второй используется и сейчас.

И конечно немножко экспериментов.
Подключаем плату к регулируемому блоку питания, выставляем для пробы 32 Вольта и задаем ток нагрузки 5 Ампер, плата без проблем осилила 160 Ватт, но это уже предельный режим.

Проверил уход установки тока в зависимости от прогрева, не очень большой, но есть. По мере прогрева ток падает.

Вроде недолго экспериментировал, но уже почувствовал жар, измерил температуру и увидел что транзисторы прогрелись примерно до 110 градусов. Такого допускать ни в коем случае нельзя, например у моей мощной нагрузки защита от перегрева установлена на 90 градусов на радиаторе или около 95 на транзисторах.
Увеличение температуры транзисторов резко снижает надежность работы, особенно в линейном режиме.

Часто в комментариях вижу упоминание обычных резисторов в качестве нагрузки. Да, конечно их тоже можно применять, но при помощи резисторов труднее добиться например того, что показано на этих фото.
Здесь я понижал напряжение от 40 до 1 Вольта и смотрел как меняется ток нагрузки. В указанном диапазоне колебания составили 2.017-2.026 Ампера, что на мой взгляд довольно неплохо с учетом простой схемотехники.

Хотя и не планирую применять обычный ампервольтметр, но решил все таки проверить работу с ним. Для начала стоит сказать, что его подключение немного отличается от того, что я использовал в простой самодельной нагрузке.

Провода ампервольтметра подключены согласно порядку —
Черный
Желтый
Красный.

Провод питания подключен только один, черный пришлось отключить так как он влиял на результат измерений. Дело в том, что у моей электронной нагрузки ампервольтметр подключался последовательно с токоизмерительным шунтом, потому общий провод амперметра соединялся с общим проводом схемы. Здесь он включается последовательно с проверяемым источником и на мой взгляд это менее корректно.

В процессе написания обзора мне задали вопрос по поводу замены транзисторов, попробую пояснить отдельно.
1. Транзисторы выбираем исходя из типа корпуса и требуемой мощности, 30 Ватт ТО-220, 50 Ватт ТО-247.
2. Транзисторы по сути можно применять не только почти любые, а и разные одновременно.
3. Главным при выборе транзистора в основном является напряжение на которое он рассчитан, желательно чтобы оно было минимум в два раза больше входного.
4. Сопротивление в открытом состоянии почти ни на что не влияет, если разве что не поставить совсем высоковольтные транзисторы где оно идет уже на единицы Ом.
5. Лучше применять транзисторы в не изолированном корпусе и не изолировать их от радиатора.

Почему такие ограничения в плане мощности. Подавляющее большинство современных полевых транзисторов рассчитаны на ключевой режим работы и плохо работают в линейном режиме. Вернее работают они нормально, но с большими ограничениями по температуре, мощности, напряжению и току. Существуют полевые транзисторы которые нормально работают в таком режиме, но они настолько редки, что нет смысла их искать.

Также меня спрашивали, а на что их можно еще заменить.
Ну для начала можно применить транзисторы IGBT, по сути гибрид полевого и биполярного транзистора, но они стоят дороже. Кстати существует и обратный гибрид, биполярного с полевым.

Но никто не мешает применять биполярные транзисторы (собственно потому и хорошо подходят IGBT), у которых максимальная паспортная рассеиваемая мощность обеспечивается и в линейном режиме.
Включить в данной схеме их можно просто вместо полевого, но нужен транзистор с большим коэффициентом усиления, так как в отличии от полевого биполярные управляются током, а не напряжением.
Либо применить составную схему включения транзисторов (схема Дарлингтона), тогда общий коэффициент усиления будет произведением усиления первого и второго. Т.е. если у первого усиление 200, а у второго 70, то общий будет около 14000.

Пожалуй единственный недостаток биполярных (особенно составных) транзисторов — сложности при работе с малыми напряжениями, ниже чем 1.5-2 Вольта. Если вы не планируете тестировать источники с таким напряжением, то можно применить биполярные, в противном случае используем полевые.

Отлично подойдут известные транзисторы КТ827, но у меня их почти нет потому на фото их комплементарная пара КТ825. Они могут рассеивать до 125 Ватт.

Когда-то я даже использовал их в комплекте с такими радиаторами, как раз их размерчик 🙂 Правда они больше все таки под пассивный режим.

Внутри у них находится два транзистора включенные по схеме Дарлингтона плюс дополнительные компоненты.

Кстати подобные транзисторы также отлично подходят для линейных блоков питания и меня часто спрашивают о вариантах замены их на импортные. Я немного полазил по интернету и набрал список замен.
Практически полные аналоги транзистора КТ827: 2N6057, BDX87
КТ827А: BDX65A, BDX67, BDX87C, MJ3521, MJ4035
КТ827Б 2N6058, 2N6283, BDX63, BDX65, BDX67, BDX85B, BDX87B, MJ3001, MJ4034
КТ827В: 2N6057, 2N6282, BDX85, BDX85A, BDX87, BDX87A, MJ3000, MJ3520, MJ4033

Кстати продавец может высылать с разными транзисторами, при этом есть вариант с транзисторами в корпусе TO-247 (IRFP250. IRFP260), но скорее всего за дополнительные деньги. Как по мне, такой вариант был бы куда более интересен.

Ну и попутно поясню по поводу замены остальных компонентов.
Мелкие резисторы не критичны, главное примерно попасть в номинал, то же самое касается и конденсаторов.
Низкоомные резисторы которые выполняют функцию токоизмерительного шунта лучше выбирать с запасом по мощности так как тогда они будут меньше греться а следовательно у них будет меньше изменяться сопротивление и по мере прогрева ток не будет «убегать». Можно поставить более точные и качественные резисторы, но они стоят дорого.
Операционный усилитель также можно заменить на практически любой дешевый, например я применял LM358, но он двухканальный и их надо в два раза больше, но проще применить тот же LM324 благо стоит он копейки.

Питать нагрузку можно как от постоянного, так и от переменного тока, но важно следить чтобы напряжение питания операционного усилителя не превышало 20 Вольт. Сам по себе ОУ выдерживает спокойно до 30-35 Вольт, но напряжение на затворе полевого транзистора не должно быть выше 18-20 Вольт, а лучше до 15 потому я бы ограничил на этом уровне. Как вариант, питать эту цепь от небольшого стабилизатора.

В процессе тестов я все таки спалил один из транзисторов, произошло это случайно, я подал 40 Вольт и выставил ток нагрузки 5 Ампер получив при этом мощность в 200 Ватт. В итоге блок питания просто перешел в защиту от КЗ и на этом все закончилось.
Кроме этого выяснил что наводки на переменный резистор могут заметно влиять на установленный ток. Например когда я держал резистор в руках, ток был 4.1 Ампера, положил на стол, ток стал 4 Ампера. Неприятность может проявляться, а может нет, зависит как от БП самой нагрузки, так и от проверяемого.

Обозревая нагрузка в сравнении с моей старенькой самоделкой, которая со,рана на базе той же TL431, LM358 и одного транзистора. правда у меня есть стабилизатор питания операционного усилителя.

Какие доработки можно провести:
1. Управление вентиляторами от температуры, хотя бы при помощи простейшего термореле.
2. Уменьшить в два раза сопротивление шунтов и изменить номиналы делителя переменного резистора так, чтобы напряжение менялось в диапазоне 0—0.25 Вольта, шунты будут греться в два раза меньше.
3. Добавить режим CV при помощи второго ОУ, но здесь есть проблема с защитой от перегрузки.
4. Добавить стабилизатор напряжения для ОУ, например 7808 или 7809.
5. В моей нагрузке после TL431 стоит буферный операционный усилитель, на мой взгляд такое решение лучше, но добавлять сюда его очень неудобно.
6. Объединить две-три подобные платы для увеличения мощности, при этом одна плата будет ведущей, остальные ведомыми.

В корпусе показать пока не могу, так как его еще нет в наличии, он будет подбираться исходя из общих размеров всего комплекта. Кроме того я буду использовать с более продвинутым ампервольтметром, где будет контроль нижнего/верхнего напряжения и т.п.
Видеоверсия обзора

С описанием вроде все, постарался ничего не забыть и теперь можно подвести итоги.
Как по мне, то вариант весьма неплохой, цена небольшая, собирается легко и самое главное, после сборки работает 🙂
Не обошлось и без нюансов, например поврежденный конденсатор или не очень удобное расположение отверстий для крепления радиатора.
В описании заявлено 150 Ватт, на мой взгляд это максимальная мощность, я бы рекомендовал не нагружать больше 120 Ватт длительно без замены транзисторов на какие нибудь в корпусе TO-247 и обязательно использовать хорошее охлаждение.

Если планируется применять при напряжениях до 30-40 Вольт, то вполне можно покупать в комплекте с транзисторами. Но если планируете тестировать источники с большим напряжением, то я бы купил все кроме транзисторов, а вместо родных поставил что-то более высоковольтное.
Как вариант, можно просто купить печатную плату, компоненты применены не дефицитные и при желании можно найти их и дома.
Один комплект заказывать наверное будет не очень выгодно, лучше купить сразу несколько, тогда общая цена будет выгоднее.

Покупал через посредника yoybuy.com, стоимость с доставкой по Китаю около 6.8 доллара, общая стоимость доставки зависит от страны. Точную стоимость услуг посчитать не могу, так как в посылке было 4 товара от четырех продавцов.
Этот же набор на Алиэкспресс — ссылка

На этом все, буду рад вопросам, комментариям и советам.

Регулируемая электронная нагрузка для проверки блока питания. Схема

Эта простая схема электронной нагрузки может быть использована для тестирования различных видов блоков питания. Система ведет себя как резистивная нагрузка с возможностью регулирования.

С помощью потенциометра мы можем зафиксировать любую нагрузку от 10мА до 20А, и такое значение будет поддерживаться независимо от падения напряжения. Величина тока непрерывно отображается на встроенном амперметре — поэтому нет необходимости для этой цели использовать сторонний мультиметр.

Схема регулируемой электронной нагрузки

Схема настолько проста, что практически любой желающий может собрать ее, и думаю, она будет незаменима в мастерской каждого радиолюбителя.

Операционный усилитель LM358 делает так, чтобы падение напряжения на R5 было равно значению напряжения заданного с помощью потенциометров R1 и R2. Потенциометр R2 предназначен для грубой подстройки, а R1 для точной.

Резистор R5 и транзистор VT3 (при необходимости и VT4) необходимо подобрать соответствующими максимальной мощности, которой мы хотим нагрузить наш блок питания.

Подбор транзистора

В принципе подойдет любой N-канальный MOSFET транзистор. От его характеристики будет зависеть рабочее напряжение нашей электронной нагрузки. Параметры, которые должны заинтересовать нас — большой I_k (ток коллектора) и P_tot (рассеиваемая мощность). Ток коллектора — это максимальный ток, который может пустить через себя транзистор, а рассеиваемая мощность — это мощность, которую транзистор может отвести в виде тепла.

В нашем случае транзистор IRF3205 теоретически выдерживает ток до 110А, однако его максимальная мощность рассеивания около 200 Вт. Как нетрудно подсчитать, максимальный ток 20А мы можем задать при напряжении до 10В.

Для того чтобы улучшить эти параметры, в данном случае используем два транзистора, что позволит рассеивать 400 Вт. Плюс ко всему нам будет нужен мощный радиатор с принудительным охлаждением, если мы действительно собираемся выжать максимум.

Держатель для платы

Материал: АБС + металл, размер зажима печатной платы (max): 20X14 см…

Транзисторы BC327 и BC337 — повторители для MOSFET транзисторов, предназначены для обеспечения быстрой перезарядки затвора. Конденсатор С1 предназначен для подавления возбуждений (при тестировании импульсных БП).

Подбор резистора

При нагрузке 20А, резистор R5 должен иметь мощность 40 Вт и хорошо охлажден (20 A * 0,1 Ом = 2 В; 2 В * 20 A = 40 Вт). Лучше использовать резистор в металлическом корпусе с возможностью установки на радиатор. Можно также соединить параллельно несколько резисторов так, чтобы получить соответствующую мощность и сопротивление.

Напряжение питания схемы – нестабилизированное 15В, хотя оно зависит от параметра Vgs (напряжение затвора) нашего транзистора, при котором он полностью откроется. Как правило, не нужно больше 10В. Поскольку при более высоком напряжении стабилизатора DA1 должен быть оснащен радиатором.

Можно использовать транзисторы (VT3 и VT4)  с логическим уровнем управления, то есть такой, который управляется напряжением TTL. Тогда напряжение питания в 7В будет достаточно. На этом заканчивается описание основной части электронной нагрузки.

При желании в схему можно добавить амперметр, но это не обязательно. Тем не менее, дополнив схему амперметром мы освободим свой мультиметр, который будет необходим для настройки. Измерительный блок выполнен на популярной микросхеме ICL7107 и четырех 7-сегментных светодиодных индикаторов по классической схеме.

Настройка

Перед использованием нужно откалибровать показания нашего амперметра. Для этого подключаем электронную нагрузку к блоку питания и в разрыв цепи включаем мультиметр (диапазон 10А). После прогрева схемы, потенциометром R9 устанавливаем такое же показание, как на мультиметре.

Другие области применения устройства

Регулируемая электронная нагрузка подойдет не только для тестирования блоков питания. Устройство также может быть использовано для тестирования батарей, аккумуляторов. С помощью его удобно измерять и рассчитывать емкость за счет стабилизации тока, который всегда будет поддерживаться на заданном уровне.

Источник

Схема регулируемой электронной нагрузки на операционном усилителе с ООС, вольтметром и амперметром.

Предлагаю для рассмотрения весьма достойную схему относительно простой электронной (электрической, для постоянного тока) нагрузки с плавной регулировкой своего внутреннего сопротивления и силы тока, что проходит через нее. В первую очередь эта, так сказать искусственная электронагрузка будет полезна для тех, кто занимается сборкой и ремонтом различных блоков питания. Ведь для тестирования реальных характеристик мощности, номинальной и максимальной силы тока и падения напряжения достаточно воспользоваться этой схемой. Мы подключаем проверяемый блок питания к выводам этой нагрузки и постепенно уменьшить внутреннее сопротивление, что увеличивает ток, протекающий через нагрузку, тем самым на цифровом индикаторе действительные знания тока и возникающее при этом падение напряжения.

Ну, а теперь о самой этой электрической схеме регулируемой электронной нагрузки. Итак, основными и главными элементами схемы являются силовые биполярные транзисторы большой мощности. Для схемы я использовал КТ8229, поскольку они просто у меня были под рукой, хотя вместо них можно поставить любые другие, с похожими характеристиками. Мощность этого транзистора 125 Вт. Максимальная сила тока, которую он может пропустить через свой эмиттер-коллекторный переход равна до 25 ампер. В схеме, как мы видим стоит два таких транзистора, соединенных относительно друг друга параллельно. Тем самым мы увеличиваем общую мощность электрической схемы регулируемой электронной нагрузки (устройства для проверки блоков питания на максимальный ток) в два раза. Если нам этого мало, то можно добавить еще несколько каскадов таким же способом.

Дело в том, что у подобных биполярных транзисторов (имеющие большую мощность) есть один нюанс, а именно они обладают малым коэффициентом усиления. Допустим у нашего КТ8229 он равен от 15 до 25 всего лишь. То есть, он способен при своей большой мощности усилить входной сигнал только где-то в 20 раз. По справочным данным известно, что для того чтобы получить на выходе транзистора максимальный его ток (25 ампер), нужно через база-эмиттерный переход пропустить аж 5 ампер. Микросхема операционного усилителя не способна обеспечить мощному транзистору такой большой ток. Для решения этой проблемы перед силовыми транзисторными каскадами поставлен еще один, менее мощный биполярный транзистор типа КТ817.

У КТ817 коэффициент усиления больше, чем у КТ8229, хотя он менее мощный. И тот небольшой сигнал, который мы имеем с выхода микросхемы ОУ КТ817 усиливает до единиц ампера, а КТ8229 уже до десятков ампера. Естественно, для более мощных схем (с большим количеством каскадов мощных транзисторов) нужно поставить вместо КТ817 более мощнее или даже сделать составной транзистор.

Это что касалось силовой части схемы самодельной электронной нагрузки, собираемой своими руками, теперь поговорим про управляющие цепи. Силовыми транзисторами управляет микросхема операционного усилителя, имеющая отрицательную обратную связь по току. Зачем это нужно? Дело в том, что если пойти по самому простому пути и на базу первого транзистора для управления поставить простой делитель напряжения в виде переменного резистора, то схема работать также будет. Но в этом случае она будет крайне не стабильна в регулируемой, выходном токе. Ведь при скачках и плавании напряжения, изменении температуры транзисторов сила тока также будет постоянно меняться. Для нормального проведения тестирования блока питания это не годится. Нужна стабильность.

Схема операционного усилителя с ООС снимает часть тока с эмиттера силовых транзисторов, сравнивает его со своим опорным значением и вводит нужную коррекцию на своем выходе. В результате мы имеем достаточно точную и стабильную регулировку тока, который протекает через мощные биполярные транзисторы. В схема на операционном усилителе переменными резисторами (которых два, соединенных последовательно, один для грубой регуляции тока, второй для более точной) изменяется величина внутреннего сопротивления мощных транзисторов. Подстроечным резистором, что стоит между минусом питания и третьим выводом микросхемы ОУ, можно управлять границей полного открытия силовых транзисторов.

Микросхема ОУ для своей нормальной работы нуждается в стабильном питающим напряжении. Для этого в схеме использован простой и качественный стабилизатор напряжения, собранный на LM317. Напряжение на выходе стабилизатора равно 12 вольтам. Перед стабилизатором стоит обычный трансформаторный блок питания, состоящий из трансформатора, диодного моста и фильтрующего конденсатора электролита. На выходе БП постоянное напряжение величиной 15 вольт. Схема ОУ может питаться от 9-15 вольт. Мощность блока питания, питающего схемы, небольшая, около 4 Вт (схема потребляет ток до 30 мА, плюс еще ток охлаждающего вентилятора где-то 150 мА).

В схеме стоит цифровой вольтметр и амперметр. Это обычный Китайский модуль, измеряющий и показывающий величину силы постоянного тока и напряжения. То есть, при тестировании блока питания мы сразу будем видеть на цифровом индикаторе, какой именно ток протекает через электронную нагрузку. Ну и будем видеть имеющееся падение напряжения, что позволит нам судить о мощности БП.

Поскольку через силовые транзисторы будет протекать достаточно большой ток, который будет рассеиваться в виде тепла, то естественно эти транзисторы нужно установить на охлаждающем радиаторе. Более того, блоки питания порой приходится проверять на длительный максимальный ток, что будет перегревать даже радиатор. Для таких режимов тестирования нужно в схеме предусмотреть еще и охлаждающий вентилятор, что должен быть поставлен на радиатор. Для схем регулируемой электронной нагрузки, сделанной своими руками, с токами тестирования до 10 ампер, можно для охлаждения транзисторов взять обычный радиатор с вентилятором от компьютера, тот что обычно устанавливается на процессор.

Видео по этой теме:

P.S. Эта схема самодельной регулируемой электрической нагрузки для проверки блоков питания с постоянным током полностью работоспособна. Была мной собрана и опробована. В изначальную схему были добавлены более подходящие компоненты. В итоге схема нормально стала работать. Она имеет хорошие характеристики, высокую стабильность регулируемого тока, большую точность измеряемого тока и напряжения. Так что, если вам нужна такая вот схема, то советую ее собрать.

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

Простая электронная нагрузка постоянного тока — Codrey Electronics

Существует ряд решений для создания простой электронной загрузки — вам нужно только поискать в Интернете, 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 полевым 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 текущий уровень на постоянном уровне.

За сборкой

Мне нужна была переменная нагрузка для тестирования небольших источников питания постоянного тока, и я пробовал много 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.

Схема электронной 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 эту 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.

Совет

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 следует 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 для измерения тока, потребляемого от источника.

Компоненты питания нагрузки постоянного тока

Признание

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 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 что-то, что может хорошо справляться с напряжениями между Rail-Rail и иметь низкое напряжение смещения для точной работы (знаменитый MCP6002 также оказывается хорошим выбором) . Аналогичным образом 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 DC 50A 75 мВ

Пересмотренная проектная идея для нагрузки постоянного тока

Четыре совета по использованию электронных нагрузок

Электронные нагрузки начинались как специализированный продукт для тестирования источников питания постоянного тока; электронные нагрузки показывают реакцию источника питания на различные условия нагрузки.Использование переключателей на полевых транзисторах и нереактивных компонентов, обычных для электронных нагрузок, позволяет избежать резонансов и нестабильности. Популярность электронных нагрузок постоянного тока растет по мере того, как все больше электронных устройств преобразуют и хранят энергию. Они используются для тестирования большинства источников постоянного тока, включая батареи, солнечные панели, драйверы светодиодов, преобразователи постоянного тока в постоянный и топливные элементы.

Совет 1. Проверка батареи — режим постоянного тока (CC)

Текущий приоритетный режим — самый популярный из режимов тестирования электронной нагрузки.В основном этот параметр используется для измерения общей энергии, хранящейся в батарее. По мере того как батарея подает ток, ее напряжение падает. Используя эту характеристику (профиль напряжения), мы можем предсказать емкость батареи с точки зрения времени.

Таблица 1: Таблица технических характеристик литий-ионного аккумулятора 18650A при 25 ºC

В качестве примера испытания на постоянный ток мы используем литий-ионный аккумулятор 18650. Емкость (C), измеренная в мАч, используется для расчета тока зарядки и разрядки. При зарядке ток ограничен до 0.Зарядка 5C (в нашем примере 1250 мА) должна быть остановлена ​​до того, как напряжение батареи достигнет 4,2 В. См. Таблицу 1.

Разрядка использует аналогичный процесс постоянного тока. Значительное потребление тока не рекомендуется, так как это сокращает срок службы батареи. Кроме того, очень важно прекратить потребление энергии в точке, где батарея достигает предельного низкого напряжения (2,5 В), чтобы предотвратить дальнейшее возможное повреждение. Графики разряда на Рисунке 2 иллюстрируют время работы батареи.

Аккумулятор поддерживает разрядку с максимальной скоростью.Однако литий-ионные аккумуляторы дают более высокую емкость, если разряжены на долю от этого значения. Низкие температуры могут влиять как на напряжение, так и на емкость.

Многие другие характеристики батареи определяются с использованием электронных нагрузок постоянного тока, емкости, внутреннего импеданса, долговременных характеристик заряда / разряда, поведения при низких температурах и экстремальных значений. Емкость является наиболее распространенной, так как она дает время работы от батареи. Например, тесты с использованием переменного тока потребления для имитации устройства, когда оно выходит из спящего режима в активное состояние, могут нарисовать картину того, как батарея выдерживает различные скорости разряда.Показано ниже на рисунке 1.

Рисунок 1: Аккумулятор 18650 разряжается с разной скоростью Литий-ионные аккумуляторы

прослужат долго при работе в узком диапазоне. Избегание высокого напряжения заряда (> 4,1 В) и низкого напряжения разряда (<2,6 В) снижает нагрузку на аккумулятор. При вычислении емкости аккумулятора ток разряда 500 мА умножается на время работы, 4,5 часа или 2250 мАч. Измеренная мощность немного ниже указанной из-за узкого рабочего диапазона от 2,6 до 4,1 В

Таблица 2: Настройка модуля нагрузки на канале 1 для получения постоянного тока

В таблице 2 показаны стандартные команды для программируемых приборов (SCPI) для настройки нагрузки для текущего приоритета

.

Совет 2.Тестирование переходной характеристики источника питания

В большинстве источников питания используется схема регулирования напряжения для обеспечения постоянного напряжения. Однако в определенных условиях нагрузка может превышать способность схемы поддерживать постоянное напряжение, и в результате могут проявляться всплески переходного напряжения.

Чтобы количественно оценить переходную характеристику, установите нагрузку так, чтобы источник питания выдавал полное выходное напряжение с током, который вдвое меньше максимального значения.Затем внезапно увеличьте нагрузку, чтобы заставить источник питания обеспечивать максимальный ток, а затем уменьшите нагрузку, чтобы восстановить источник питания до половины мощности.

Время, необходимое источнику питания для восстановления после значительного изменения нагрузки, известно как время его переходного процесса. См. Рисунок 2.

Рисунок 2: Переходное время отклика отображается как время, необходимое источнику питания для восстановления в пределах диапазонов установления

Поставка считается восстановленной после стабилизации в пределах диапазона стабилизации.Например, Keysight E36312A указывает менее 50 мкс для восстановления в пределах диапазона установления 15 мВ. Это следует за изменением нагрузки от 50% до 100% максимального выходного тока.

Измерение времени отклика с помощью нагрузочных резисторов и переключателей может стать проблемой. Силовые резисторы, часто намотанные компоненты, обладают индуктивностью, которая может взаимодействовать с переходными процессами от источника питания. Использование электронных нагрузок постоянного тока позволяет избежать этого дополнительного взаимодействия.

Электронная нагрузка постоянного тока может быть настроена либо в режиме сопротивления, либо в режиме постоянного тока для выполнения этих измерений.В первом случае потребуется рассчитать значение сопротивления, необходимое для генерации желаемого тока (50% или 100%). Последнее просто требует, чтобы нагрузка была установлена ​​на желаемые значения тока.

После настройки нагрузки следующим шагом будет создание формы волны (шага или импульса) для загрузки источника питания таким образом, чтобы генерировать переходные процессы. Серия Keysight N6700 имеет ряд встроенных форм сигналов, которые способствуют этому. Создание динамической нагрузки создается описанием всего нескольких моментов.Пошаговый сигнал генерирует один переходный процесс, когда значение тока изменяется от 50% до 100%, импульс генерирует два переходных процесса, по одному для каждого фронта. См. Рисунок 3.

Рисунок 3: Выбран импульсный сигнал для создания динамического тока.

Совет 3. Проверка способности источника питания ограничивать ток

На случай отказа источники питания включают схему защиты с ограничением тока. Для защиты самого источника питания и подключенного оборудования. При использовании источника питания оригинального оборудования (OEM).Важно знать, что производительность в этом отношении соответствует предполагаемому применению.

Обычно существует 3 типа ограничений по току

1. Обычное ограничение тока
2. Источники питания, которые могут переключаться между постоянным напряжением (CV) и постоянным током (CC)
3. Источники питания с обратным ограничением тока

Первые два очень похожи по функциям, различаются только степенью регулирования в области постоянного тока — см. Рисунок 4 — эта область регулируется в случае возможности питания CV / CC.

Рисунок 4: Зависимость напряжения от тока для трех типов ограничивающих схем.

Проверка возможности ограничения тока

Испытание начинается с электронной нагрузки постоянного тока, сконфигурированной так, чтобы потреблять минимальный ток от источника питания. Сопротивление нагрузки постепенно снижается при одновременном контроле выходного напряжения и тока. Выходное напряжение остается постоянным по мере увеличения тока до достижения предельного значения тока, затем напряжение падает.

Это падение известно как область кроссовера.По мере дальнейшего уменьшения сопротивления нагрузки схема ограничения тока источника питания становится активной. Происходит резкий переход в эту область постоянного тока при качественном питании.

Совет 4 Тестирование преобразователей постоянного тока в постоянный Преобразователи постоянного тока

в пределах своего рабочего диапазона могут принимать широкий диапазон входных напряжений и обеспечивать изолированное стабильное выходное напряжение. Их использование в электронике — обычное дело. Машины экстренных служб могут использовать повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный для питания компьютеров и их периферийных устройств.

Многим компьютерам требуется напряжение питания постоянного тока в диапазоне 14-19 В, использование преобразователя постоянного тока для питания этих устройств непосредственно от автомобильной аккумуляторной батареи на 12 В намного эффективнее, чем использование сетевого инвертора переменного тока для питания каждого из устройств через его источник питания AC-DC.

Преобразователи постоянного тока

имеют КПД, обычно выше 96%, и представляют собой устройства с постоянной мощностью (CP). При постоянной нагрузке они потребляют постоянную мощность за счет увеличения входного тока при падении напряжения питания.См. Рисунок 5.

Рисунок 5: Кривая постоянной мощности в широком диапазоне напряжений питания

Защита преобразователя

По своей природе преобразователь требует более одного ограничения тока. Преобразователю требуется больший ток при более низких напряжениях питания и меньший ток при более высоких напряжениях. Единый предел, установленный для обработки большого тока, необходимого при низком напряжении, не защитит преобразователь при более высоком напряжении питания. При более высоком напряжении преобразователь выдержит слишком большую мощность до срабатывания токовой защиты.Ключевым моментом является выбор источника питания с защитой от превышения мощности (OPP) или возможностью вывода LIST.

Вторая предохранительная защита от перегрузки по току (OCP) может отключить выход, когда состояние перегрузки по току сохраняется. При предельном токе источник питания поддерживает постоянный ток (CC), но позволяет выходному напряжению падать. Потенциально напряжение может упасть ниже рабочего напряжения преобразователя, что приведет к его переходу в нестабильное состояние. Защита от перегрузки по току предотвращает это, отключая выход источника питания.

Третьей защитой является блокировка пониженного напряжения, установленная на электронной нагрузке постоянного тока. Во время испытания электронная нагрузка постоянного тока защищает преобразователь, контролируя его выходное напряжение, и потребляет ток только при номинальном напряжении. Функция запрета отключает нагрузку до тех пор, пока преобразователь не восстановит надлежащее выходное напряжение.

Проверка преобразователя питания

Модульная система питания серии N6700 представляет собой базовый блок с четырьмя слотами, который может удерживать электронную нагрузку постоянного тока N6790A вместе с модулем питания в одном шасси.Модуль питания, программируемый для различных напряжений, может легко моделировать изменяющееся напряжение автомобиля, в то время как нагрузка, настраиваемая на потребление постоянной мощности, потребляет 85 Вт от источника питания. Нагрузка 85 Вт представляет собой портативный компьютер и несколько периферийных устройств, подключенных к преобразователю.

КПД преобразователя, рассчитанный для каждого напряжения, представляет собой выходную мощность преобразователя, деленную на входную мощность. Первые производятся и измеряются подачей, вторые — по нагрузке.

Результаты

Первоначально на преобразователь подается 18 В, пока он питает нагрузку 85 Вт.Тест продолжается путем понижения напряжения с шагом 500 мВ, измерения входного напряжения и тока на каждом уровне. Этот процесс продолжается до тех пор, пока входное напряжение не достигнет нижнего предела преобразователя; в данном случае 9В. См. Рис. 6. На этом этапе нагрузка снимается с преобразователя с помощью схемы запрета пониженного напряжения, что упрощает восстановление преобразователя после повторной подачи допустимого входного напряжения.

Результаты показывают эффективность в диапазоне 97-98%.

Рисунок 6: График входного напряжения и тока для преобразователя мощностью 85 Вт

Билл Гриффит в настоящее время является менеджером по энергетическим продуктам в компании Keysight Technologies.Он более 25 лет проработал в сфере энергетики и энергетики в компании Keysight (ранее Agilent Technologies и Hewlett-Packard). Билл окончил Государственный университет Колорадо со степенью бакалавра гуманитарных наук.

IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте

IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических дисциплин, для выпуска 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

---

IRJET Vol-8 Issue 7, Июль 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

---

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

---

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

---

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

---

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

---

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

---

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

---

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.

---

Универсальный инструмент для тестирования источников питания

Программируемые электронные нагрузки

постоянного тока: что это такое и как они используются?

Электронная нагрузка — это тип прибора, который прикладывает напряжение и потребляет ток.Эти электронные нагрузки переменного или постоянного тока, также известные как программируемая нагрузка постоянного тока, используются производителями источников питания, батарей, солнечной энергии, ветра или другими производителями, которые хотят тщательно протестировать свои источники питания. Производители этих продуктов должны динамически тестировать свои расходные материалы, быстро увеличивая и уменьшая нагрузку с постоянной повторяемостью, чтобы продемонстрировать соответствие стандартам качества и безопасности. Программируемые электронные нагрузки делают этот тип тестирования намного проще, чем конфигурирование резисторов или резистивных элементов для каждого теста.Устройства необходимо тестировать на предмет их различных состояний работы. Батареи также часто необходимо испытывать в течение сотен или тысяч циклов, чтобы гарантировать долговечность и определить ожидаемый срок службы. Электронные нагрузки используются производителями автомобильных аккумуляторов, производителями топливных элементов, производителями двигателей, производителями сотовых телефонов, производителями солнечных панелей, нефтегазовой отраслью и в других отраслях, где необходимо проверять мощность, и они полезны для определения характеристик и проведения испытаний на разряд. данные для инженеров.Электронные системы нагрузки также полезны для аэрокосмической, коммерческой электроники, обороны и коммунальных служб, где требуются особые режимы работы и их нужно тестировать.

Рис. 1. Программируемая нагрузка постоянного тока ITECH, изображенная выше, предлагает возможности высокого напряжения и возможности удаленного программирования. Купить все испытательное оборудование ITECH.

Большинство доступных электронных нагрузок постоянного тока используют транзисторы / полевые транзисторы или массив параллельно соединенных транзисторов / полевых транзисторов или IGBT в качестве переменного резистора.Обычно они устанавливаются на радиатор и охлаждаются вентиляторами. Электронная нагрузка, показанная выше на изображении, и другие, доступные от специалистов по схемам, предлагают возможность программирования и режимы постоянной мощности, постоянного тока и постоянного напряжения для большей гибкости тестирования. Они также могут управляться удаленно через RS232 и экспортировать данные для регистрации. Специалисты по схемам предлагают программируемые электронные нагрузки постоянного тока от 100 Вт до кВт для мощных испытательных приложений.

Нагрузки

постоянного тока могут использоваться для моделирования другого типа нагрузки, например, двигателя постоянного тока.Они могут иметь очень частые импульсы, имитирующие включение и выключение двигателя постоянного тока или другой нагрузки постоянного тока. Их также можно использовать для получения небольшого количества энергии, чтобы имитировать медленный разряд батареи от некоторой внешней нагрузки.

Производители, которые используют электронную нагрузку для тестирования своего оборудования перед производством, будут иметь конкурентное преимущество и будут производить оборудование, которое будет более точным и надежным.

Ознакомьтесь с нашим предложением программируемых электронных нагрузок постоянного тока здесь.

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 нагрузочных тестеров 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
• нефтепродукты и газ

—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. У каждого, как можно догадаться, есть 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
• коэффициент амплитуды
• 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 наилучшей 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 модуль за тест или вам нужно будет проверить несколько модулей?
• 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 необходимо 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 — постоянный ток 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 вольт, 30 ампер и 200 ватт. 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 может легко справиться 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

Что такое электронная нагрузка? — Sunpower UK

Что такое электронная нагрузка?

Электронное устройство, предназначенное для обеспечения нагрузки на выходы источника питания, обычно способное к динамической нагрузке и часто программируемое или управляемое компьютером.

Реальные нагрузки сложны и могут отличаться от чисто резистивных, индуктивных или емкостных. Электронная нагрузка имитирует реальную нагрузку, которую источник питания видит в реальном приложении, но в отличие от реальной нагрузки, которая может быть непредсказуемой и случайной по величине, электронная нагрузка обеспечивает организованную, ограниченную и полностью управляемую нагрузку.

Электронные нагрузки помогают разработчикам тестировать электронные силовые изделия и обеспечивать качество, надежность и производительность.

Электронные нагрузки доступны для тестирования источников переменного и постоянного тока.Большинство электронных нагрузок могут имитировать различные режимы, включая режимы динамической, постоянной мощности, постоянного напряжения, постоянного тока, постоянного сопротивления, коэффициента мощности, пик-фактора или режима короткого замыкания. Нагрузки могут быть запрограммированы на динамическое изменение режима для имитации изменяющихся условий нагрузки.

Тип электронных нагрузок

Существует четыре распространенных типа электронных нагрузок:

• Настольный: это недорогие электронные нагрузки начального уровня, но их диапазон и точность ограничены.
Слот
• : измерение одного набора переменных, аналогично настольному
Система
• : для почти непрерывного режима работы, состоит из встроенного генератора переходных процессов, обладает множеством функций и стоит дороже.
• Modular: они состоят из шасси компьютера и предназначены для динамических нагрузок. Они различаются в зависимости от количества нагрузок на шасси. Модульные нагрузки способны тестировать несколько различных источников питания, подключенных параллельно, всего за один проход. (т.е. компьютерный блок питания с несколькими выходами)

Электронные нагрузки различаются по входному напряжению, току, мощности и частоте.Они доступны в различных конфигурациях для обслуживания практически любой нагрузки, будь то большой ток, высокое напряжение или высокая мощность, динамическая или любой тип нагрузки. Для увеличения мощности нагрузки подключаются параллельно, чтобы получить мощность до 120 кВт. Если требуется дополнительное охлаждение, используется принудительное воздушное или водяное охлаждение.

Электронные нагрузки могут включать аналоговый дисплей, интерфейс ПК, такой как USB, RS 232 или GPIB. Они используются для записи данных испытаний и управления параметрами нагрузки постоянного тока.

Семь общих типов измерений включают:

• Напряжение
• Текущий
• Максимальный ток
• Частота
• Крест-фактор
• Коэффициент мощности
• Истинная мощность

Выбор электронной нагрузки основан на желаемом применении и проводимых испытаниях, некоторые из рассматриваемых факторов включают:

• Точки самого высокого и самого низкого напряжения, которые должна считывать электронная нагрузка
• Необходимый вид измерений
• Наибольшая текущая рабочая точка
• Будет ли тестирование проводиться на одном устройстве за тест или на нескольких модулях одновременно
• Является ли нагрузка динамической и легко настраиваемой для соответствия изменяющимся приложениям

Электронные нагрузки имеют различные применения, включая проверку конструкции, тестирование источников питания и преобразователей, модуляцию тока, предохранитель вольтметра, устройства для поиска и устранения неисправностей при ремонте и т. Д.

• Нагрузки постоянного тока используются для тестирования источников питания постоянного тока, топливных элементов, аккумуляторов, зарядных устройств, преобразователей, телекоммуникационных выпрямителей и т. Д.
Нагрузки
• переменного тока используются для тестирования однофазных и трехфазных систем переменного тока, таких как силовые инверторы, системы ИБП, автоматические предохранители и переключатели; и от возобновляемых источников энергии, таких как солнечные батареи и ветряные мельницы.

Сборка Homebrew Load Box

Недавно я отправил прототип схемы для тестирования в сертификационной лаборатории.Через несколько дней я позвонил, чтобы узнать, как идут дела, и обнаружил, что тестирование откладывается. У них не было электронной нагрузки для проведения испытаний. Хотя электронные нагрузки (мы называем их «загрузочными коробками») являются обычным явлением в любой лаборатории, я ни за что не собирался рисковать, отдавая дорогое испытательное оборудование внешней лаборатории, и не хотел платить за сертификацию. лабораторию, чтобы арендовать обычное оборудование.

Коммерческим электронным нагрузкам часто не хватает ключевых функций, поэтому в наших лабораториях имеется множество «самодельных» грузовых ящиков.Я решил доработать созданный мною и отправить его в сертификационную лабораторию. Вот основные характеристики:

• Фиксированная нагрузка с постоянным током 3 А (от положительного напряжения питания)
• Блокировка пониженного напряжения (UVLO) установлена ​​на 6,7 В
• Автономное питание (без батарей или переключателя)

Схема показана ниже. Пропускные устройства Q3 и Q4 несут нагрузку 3А. Операционный усилитель U1b регулирует привод затвора для поддержания постоянного напряжения (3 В) на пакетах резисторов (R8 и R9 усредняют результат).Учитывая, что напряжение на пакетах резисторов постоянно, ток, потребляемый Q3 и Q4, также постоянен, в данном случае около 3,2 А. Пакеты резисторов служат второй цели: они балластируют ток в Q3 и Q4, чтобы помочь им разделить поровну.

Рисунок 1: Схема силовой коробки 3A

Операционный усилитель LT1635 также содержит буфер опорного напряжения 200 мВ (U1a), который усиливается до 3 В. Я уменьшил выходной ток до 3 А, добавив 2 МОм к R6. Если вы хотите сделать полностью регулируемую нагрузочную коробку, добавьте потенциометр с конусом на 1 МОм или 10-витковый потенциометр на 100 кОм между U1a и U1b.

R12 и R13 (10 Ом) абсолютно необходимы для предотвращения паразитных высокочастотных колебаний в полевых МОП-транзисторах. Они расположены на самих полевых МОП-транзисторах, прикрепленных непосредственно к выводам затвора. R10 и R11 (10 кОм) изолируют выход U1b от высокой емкости затвора полевых МОП-транзисторов и от длинных выводов, которые у меня есть между схемой операционного усилителя и моими радиаторами.

Этот грузовой бокс представляет собой устройство с двумя выводами и банановыми гнездами для + и -; нет ничего, что могло бы предотвратить обратное соединение, которое могло бы привести к короткому замыканию внешнего DUT.Для защиты от этого я добавил D3, D4 и D5.

Q1 и Q2 образуют простую схему UVLO. UVLO рекомендуется по двум причинам. Во-первых, у всех нас был опыт работы с грузовой коробкой, которая при отсутствии напряжения заводится и полностью запускает свои проходные устройства. Затем, когда, наконец, подано питание, силовая коробка действует как короткое замыкание в течение нескольких сотен миллисекунд, пока контур пытается исправить свою ошибку. Более сложные блоки нагрузки включают схему UVLO для отключения контура, когда входное напряжение падает ниже определенной точки.Во-вторых, поскольку эта схема имеет автономное питание, доступный привод затвора не лучше, чем входное напряжение, и не всегда возможно протекать 3А при входном напряжении менее 7В. Я установил порог UVLO на 7,2 В, чтобы сразу устранить как проблему с замыканием контура, так и непредсказуемое снижение выходного тока при низких входных напряжениях.

Надо ли мне упоминать, что 12 В × 3 А = 36 Вт, и что 36 Вт, сконцентрированные в двух небольших корпусах полевых МОП-транзисторов, вызывают сильное повышение температуры? Полевые МОП-транзисторы должны быть собраны на радиаторах.Мои радиаторы были слишком малы для 36 Вт (помните, что этот блок нагрузки был изменен), поэтому для постоянного использования в калибровочной лаборатории я направил на них вентилятор для маффинов. Если вы не хотите производить какие-либо вычисления или добавлять вентиляторы, поищите радиатор с ребрами размером примерно 2 × 6 дюймов. Расположите ребра вертикально, чтобы способствовать конвекционным токам, и не закрывайте их бумагами и другим испытательным оборудованием. Не все тепло рассеивается Q3 и Q4; D4 и D5 вместе рассеивают ~ 3 Вт, R14-21 рассеивают всего 8 Вт.Таким образом, в действительности Q3 и Q4 рассеивают около 25 Вт при входном напряжении 12 В.

.