Електронен товар с непрекъснато регулируем ток. Направи си сам електронен товар: диаграма. Домашно електронно натоварване на транзистор с полеви ефекти. Характеристики на устройствата от серията Sorensen

Това проста схема електронен товарможе да се използва за тестване различни видовезахранвания. Системата се държи като резистивен товар, който може да се регулира.

С помощта на потенциометър можем да фиксираме всякакъв товар от 10mA до 20A и тази стойност ще се запази независимо от спада на напрежението. Текущата стойност се показва непрекъснато на вградения амперметър - така че не е необходимо да използвате мултицет на трета страна за тази цел.

Регулируема електронна верига за натоварване

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

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

Резисторът R5 и транзисторът VT3 (ако е необходимо VT4) трябва да бъдат избрани в съответствие с максималната мощност, с която искаме да заредим захранването.

Избор на транзистор

По принцип всеки N-канален MOSFET транзистор ще свърши работа. Това ще зависи от неговите характеристики работно напрежениенашето електронно натоварване. Параметрите, които трябва да ни интересуват, са големи I k (колекторен ток) и P tot (разсейвана мощност). Токът на колектора е максималният ток, който транзисторът може да пропусне през себе си, а разсейването на мощността е мощността, която транзисторът може да разсее като топлина.

В нашия случай транзисторът IRF3205 теоретично може да издържи ток до 110A, но максималната му мощност на разсейване е около 200 W. Както е лесно да се изчисли, можем да зададем максимален ток от 20A при напрежение до 10V.

За да се подобрят тези параметри, в в такъв случайИзползваме два транзистора, което ще ни позволи да разсеем 400 W. Освен това ще ни трябва мощен радиатор с принудително охлаждане, ако наистина ще изкараме максимума.

С течение на времето натрупах известен брой различни китайски AC-DC преобразуватели за зареждане на батерии мобилни телефони, фенери, таблети, както и малки импулсни захранвания за електроника и самите батерии. Случаите често показват електрически параметриустройства, но тъй като най-често трябва да се справяте с китайски продукти, където надуването на индикаторите е свещено, не би било лоша идея да проверите реалните параметри на устройството, преди да го използвате за занаяти. Освен това е възможно да се използват захранвания без корпус, които не винаги съдържат информация за техните параметри.

Затова сглобих електронен товар за себе си, използвайки операционен усилвател LM358 и композитен транзистор KT827B, тествайки захранващи устройства с напрежение от 3 V до 35 V. В това устройство токът през товарния елемент е стабилизиран, така че практически не е подложен на температурен дрейф и не зависи от напрежението на изпитвания източник, което е много удобно при вземане на характеристики на натоварване и провеждане на други тестове, особено дълги -срочни.

инструменти:
- поялник, спойка, флюс;
- електрическа бормашина;
- прободен трион;
- пробивна машина;
- М3 кран.

Инструкции за сглобяване на устройството:

Принцип на работа.Принципът на работа на устройството е източник на ток с управление на напрежението. Мощен композитен биполярен транзистор KT 827B с колекторен ток Ik = 20A, коефициент на усилване h21e над 750 и максимална разсейвана мощност от 125 W е еквивалентен на товара. Резистор R1 с мощност 5W е датчик за ток. Резистор R5 променя тока през резистора R2 или R3 в зависимост от позицията на превключвателя и съответно напрежението върху него. Усилвател с отрицателна обратна връзка от емитера на транзистора към инвертиращия вход на операционния усилвател се сглобява с помощта на операционния усилвател LM358 и транзистора KT 827B. Действието на OOS се проявява във факта, че напрежението на изхода на операционния усилвател предизвиква такъв ток през транзистора VT1, че напрежението на резистора R1 е равно на напрежението на резистора R2 (R3). Следователно резисторът R5 регулира напрежението на резистора R2 (R3) и съответно тока през товара (транзистор VT1). Докато операционният усилвател е в линеен режим, посочената стойност на тока през транзистора VT1 не зависи нито от напрежението на неговия колектор, нито от дрейфа на параметрите на транзистора при загряване. Схемата R4C4 потиска самовъзбуждането на транзистора и осигурява неговата стабилна работа в линеен режим. За захранване на устройството е необходимо напрежение от 9 V до 12 V, което трябва да е стабилно, тъй като стабилността на тока на натоварване зависи от него. Устройството консумира не повече от 10 mA.

Може би проблемът може да бъде решен чрез паралелно инсталиране на 1-2 едни и същи транзистора, но на практика не съм проверил - същите тези транзистори IRF3205 не са налични в необходимото количество.

Корпусът за електронния товар е използван от дефектно автомобилно радио. Има дръжка за носене на уреда. Поставих гумени крачета на дъното, за да предотвратя подхлъзване. Използвах капачки за лекарства като крака.

За проверка и настройка на захранващи устройства, особено мощни, е необходим регулиран товар с нисък импеданс с допустимо разсейване на мощност до 100 W или дори повече.

Използването на променливи резистори за тази цел не винаги е възможно, главно поради ограниченото разсейване на мощността. за ток от няколко десетки ампера може да се направи на базата на токов стабилизатор, базиран на мощен превключващ транзистор с полеви ефекти. Но тези еквиваленти не винаги са удобни за използване, тъй като изискват отделен източник на захранване.

Диаграмата му е показана на фиг. 1 (щракнете за уголемяване). Стабилизатор на ток е сглобен на операционен усилвател DA1.2 и полеви транзистор VT2. Токът през транзистора с полеви ефекти (I VT2) зависи от съпротивлението на токовия датчик R I (резистори R11-R18) и напрежението на двигателя на променливия резистор R8 (U R8), който регулира тока: I VT2 = U R8 /R I. Кондензаторът C4 потиска високочестотните смущения, а C5 и C6 във веригата обратна връзка Op-amp DA1.2 и полеви транзистор съответно повишават стабилността на стабилизатора.

Операционният усилвател се захранва от повишаващ стабилизиран преобразувател на напрежение с изходно напрежение 5 V, монтиран на чипа DA2. Същото напрежение се подава към регулатора на ток през резистор R7. Благодарение на преобразувателя на напрежение, устройството може да се захранва от тествания източник на захранване. В този случай минималното входно напрежение е 0,8…1 V, което позволява предложеният еквивалент да се използва за тестване и измерване на параметрите на Ni-Cd и Ni-MH батерии с размер AA или AAA.

Ограничител на захранващото напрежение на преобразувателя е монтиран на операционен усилвател DA1.1 и транзистор VT1. Когато входното напрежение е по-малко от 3,8 V, на изхода на операционния усилвател DA1.1 има напрежение от около 4 V, транзисторът VT1 е напълно отворен и захранващото напрежение се подава към преобразувателя. Когато входното напрежение надвиши 3,8 V, напрежението на изхода на операционния усилвател DA1.1 намалява, така че увеличаването на напрежението на емитера на транзистора VT1 спира и той остава стабилен. Необходим е ограничител на напрежението, тъй като максималното захранващо напрежение на преобразувателния чип (DA2) е 6 V.

Дизайн и подробности за еквивалентния товар

Използвани са постоянни резистори за токовия сензор от серията RC (размер 2512, максимална разсейвана мощност 1 W), останалите - RN1-12 със стандартен размер 1206 или 0805, променливи - SP4-1, SPO. Всички кондензатори са повърхностни, оксидни - танталови, типоразмер В или С, останалите са керамични, а кондензатор С6 е монтиран директно на изводите на транзистора. Конектор X1 е винтова клема, предназначена за необходимия ток. Транзистор BC846 може да бъде заменен с транзистор от серията KT3130, а IRL2910 с транзистор 1RL3705N, IRL1404Z или друг мощен комутационен поле с прагово напрежение не повече от 2,5 V. Индукторът е за повърхностен монтаж SDR0703 или с проводници EC24.

Всички елементи, с изключение на променливия резистор, полеви транзистор, конектор, вентилатор и кондензатор C6, са монтирани върху едностранна печатна платка, изработена от фибростъкло с дебелина 1... 1,5 mm, чертежът й е показан в Фиг. 2. Използва се радиатор с вентилатор за напрежение 12 V от процесора персонален компютър. Транзисторът и конекторът са прикрепени към радиатора с винтове, а платката е залепена. Използването на термопроводима паста за транзистора е задължително. Електродвигателят на вентилатора започва да се върти при входно напрежение 3...4 V и при 8...10 V обдухва доста ефективно радиатора. За тази конструктивна опция се използва датчик за ток с общо съпротивление 0,05 Ohm и разсейвана мощност 8 W, така че максималният еквивалентен ток е 12...13 A, а максималната разсейвана мощност не надвишава 100 W. Чрез използването на по-големи съпротивления за отчитане на ток и по-ефективен радиатор, разсейването на тока и мощността може съответно да се увеличи. Максималното входно напрежение в този случай зависи от допустимото захранващо напрежение на вентилатора.

Устройството се поставя в кутия с подходящ размер (подходяща е кутия от захранване на персонален компютър), на предния панел са монтирани входни жакове, свързани към конектор X1 и променлив резистор, който може да бъде оборудван с градуирана скала. . Радиаторът трябва да бъде изолиран от металния корпус, тъй като има галванична връзка с изтичането на полевия транзистор.

Максималната стойност на тока се задава чрез избор на резистор R7, докато плъзгачът на променливия резистор R8 трябва да е в горната позиция във веригата. Тъй като моторът на вентилатора е свързан директно към входния конектор, токът, консумиран от него, се добавя към тока на стабилизатора, така че когато входното напрежение се промени, общият ток също се променя. За да бъде този ток стабилен, долната клема на електродвигателя във веригата е свързана не към отрицателната захранваща линия, а към източника на полевия транзистор, както е показано на фиг.1 с пунктирана линия.

Може да се използва за тестване на захранвания променлив токчестота 50 Hz, например понижаващи трансформатори. В този случай устройството е свързано (запазвайки полярността) към изхода на токоизправителния мост, в който е препоръчително да се използват диоди на Шотки. Между положителния извод на кондензатора C1 и точката на свързване между резистора R3 и колектора на транзистора VT1 е монтиран диод от същия тип като VD1, а капацитетът на кондензатора C2 трябва да се увеличи до 100 μF. В диоден мост диодите трябва да бъдат номинални за еквивалентен ток. Трябва да се има предвид, че в този случай минималното и максимално допустимото напрежение ще се увеличи с размера на спада на напрежението върху мостовите диоди и допълнителния диод.

ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Еквивалентен товар. – Радио, 2007, бр.3, с. 34.
2. Нечаев И. Универсален еквивалент на натоварване. - Радио, 2005, бр.1, с. 35.
3. Нечаев И. Универсален еквивалент на натоварване. – Радио, 2002, бр.2, с. 40, 41.

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

Общо описание на схемата

Фигура 1 - Основни електрическа схемаелектронен товар.

Диаграмата, показана на фигура 1, ви позволява плавно да регулирате натоварването на тестваното захранване. Мощните полеви транзистори T1-T6, свързани паралелно, се използват като еквивалентно съпротивление на натоварване. За точно настройване и стабилизиране на тока на натоварване веригата използва прецизен операционен усилвател op-amp1 като компаратор. Референтното напрежение от делителя R16, R17, R21, R22 се подава към неинвертиращия вход на op-amp1, а напрежението за сравнение от резистора за измерване на ток R1 се подава към инвертиращия вход. Усилената грешка от изхода на op-amp1 засяга портите на транзисторите с полеви ефекти, като по този начин стабилизира определения ток. Променливите резистори R17 и R22 са разположени на предния панел на устройството с градуирана скала. R17 задава тока на натоварване в диапазона от 0 до 20A, R22 в диапазона от 0 до 570 mA.

Измервателната част на схемата е базирана на ICL7107 ADC с LED цифрови индикатори. Референтното напрежение за чипа е 1V. За съпоставяне на изходното напрежение на датчика за измерване на ток с входа на ADC се използва неинвертиращ усилвател с регулируем коефициент на усилване 10-12, монтиран на прецизен операционен усилвател OU2. Резисторът R1 се използва като датчик за ток, както в стабилизационната верига. Панелът на дисплея показва или тока на натоварване, или напрежението на източника на захранване, който се тества. Превключването между режимите става с бутона S1.

Предложената схема изпълнява три вида защита: защита от свръхток, термична защита и защита срещу обратна полярност.

Максималната токова защита осигурява възможност за настройка на тока на прекъсване. Веригата MTZ се състои от компаратор на OU3 и превключвател, който превключва веригата на натоварване. Като ключ се използва полевият транзистор T7 с ниско съпротивление на отворен канал. Референтното напрежение (еквивалентно на тока на прекъсване) се подава от делителя R24-R26 към инвертиращия вход на op-amp3. Променливият резистор R26 е разположен на предния панел на устройството с градуирана скала. Тримерният резистор R25 задава минималния работен ток на защитата. Сигналът за сравнение идва от изхода на измервателния op-amp2 към неинвертиращия вход на op-amp3. Ако токът на натоварване надвиши определената стойност, на изхода на op-amp3 се появява напрежение, близко до захранващото напрежение, като по този начин се включва динисторното реле MOC3023, което от своя страна включва транзистор T7 и захранва LED1, което сигнализира за работа на текущата защита. Нулирането става след пълно изключванеустройство от мрежата и рестартирайте.

Термичната защита се осъществява на компаратора OU4, температурния датчик RK1 и изпълнителното реле RES55A. Като температурен датчик се използва термистор с отрицателен TCR. Прагът на реакция се задава чрез подстригващ резистор R33. Тримерният резистор R38 задава стойността на хистерезиса. Температурният сензор е монтиран върху алуминиева плоча, която е основата за монтаж на радиаторите (Фигура 2). Ако температурата на радиаторите надвиши определената стойност, релето RES55A със своите контакти затваря неинвертиращия вход на OU1 към земята, в резултат на което транзисторите T1-T6 се изключват и токът на натоварване клони към нула, докато LED2 сигнализира активиране на термична защита. След като устройството се охлади, товарният ток се възобновява.

Защитата срещу обръщане на полярността се осъществява с помощта на двоен диод на Шотки D1.

Веригата се захранва от отделен мрежов трансформатор TP1. Операционните усилватели OU1, OU2 и ADC чипът са свързани от биполярно захранване, сглобено с помощта на стабилизатори L7810, L7805 и инвертор ICL7660.

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

Настройка на схемата

Веригата е конфигурирана в следния ред.
Референтен милиамперметър се свързва към входа на електронния товар последователно с тестваното захранване, например мултицет в режим на измерване на ток с минимален диапазон (mA), а референтен волтметър се свързва паралелно. Дръжките на променливите резистори R17, R22 са усукани до крайно ляво положение, съответстващо на нулев ток на натоварване. Устройството получава захранване. След това настройващият резистор R12 настройва напрежението на отклонение на op-amp1 така, че показанията на еталонния милиамперметър стават нула.

Следващата стъпка е да конфигурирате измервателната част на устройството (индикация). Бутон S1 се премества в текущата позиция на измерване, а точката на панела на дисплея трябва да се премести в позиция стотни. Използвайки подстригващ резистор R18, е необходимо да се гарантира, че всички сегменти на индикатора, с изключение на най-левия (трябва да е неактивен), показват нули. След това еталонният милиамперметър преминава в режим на максимален обхват на измерване (A). След това регулаторите на предния панел на устройството задават тока на натоварване и с помощта на подстригващия резистор R15 постигаме същите показания като референтния амперметър. След калибриране на текущия измервателен канал, бутонът S1 преминава в позиция за индикация на напрежението, точката на дисплея трябва да се премести на позиция десета. След това, използвайки подстригващия резистор R28, постигаме същите показания като референтния волтметър.

Настройката на MTZ не е необходима, ако всички рейтинги са изпълнени.

Термичната защита се настройва експериментално, работната температура на силовите транзистори не трябва да надвишава регулирания диапазон. Освен това нагряването на отделен транзистор може да не е същото. Прагът на реакция се регулира чрез подрязване на резистор R33, когато температурата на най-горещия транзистор се доближи до максималната документирана стойност.

Елементна база

MOSFET N-канални транзистори с напрежение дрейн-сорс най-малко 150 V, мощност на разсейване най-малко 150 W и ток на източване най-малко 5 A могат да се използват като силови транзистори T1-T6 (IRFP450). Полевият транзистор T7 (IRFP90N20D) работи в режим на превключване и се избира въз основа на минимална стойностсъпротивлението на канала в отворено състояние, докато напрежението drain-source трябва да бъде най-малко 150V, а непрекъснатият ток на транзистора трябва да бъде най-малко 20A. Всички подобни операционни усилватели с биполярно 15V захранване и възможност за регулиране на преднапрежението могат да се използват като прецизни операционни усилватели op-amp 1.2 (OP177G). Като операционни усилватели op-amp 3.4 се използва доста често срещана микросхема LM358.

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

Тримерните резистори R12, R15, R18, R25, R28, R33, R38 са многооборотни от BOURNS, тип 3296. Променливите резистори R17, R22 и R26 са битови еднооборотни, тип SP2-2, SP4-1. Като резистор за измерване на ток R1 се използва шунт, запоен от неработещ мултиметър със съпротивление 0,01 Ohm и номинален за ток 20A. Постоянни резистори R2-R11, R13, R14, R16, R19-R21, R23, R24, R27, R29, R31, R32, R36, R37 тип MLT-0,25, R42 - MLT-0,125.

Внесеният аналогово-цифров преобразувател ICL7107 може да бъде заменен с вътрешен аналог KR572PV2. Вместо LED индикатори BS-A51DRD може да се използва с всякакви единични или двойни седемсегментни индикатори с общ анод без динамично управление.

Веригата за термична защита използва домашно слаботоково реле RES55A(0102) с един превключващ контакт. Релето е избрано, като се вземе предвид работното напрежение от 5V и съпротивлението на намотката от 390 ома.

За захранване на веригата може да се използва малък трансформатор 220V с мощност 5-10W и напрежение на вторичната намотка 12V. Почти всеки диоден мост с ток на натоварване най-малко 0,1A и напрежение най-малко 24V може да се използва като токоизправителен диоден мост D2. Чипът за стабилизатор на ток L7805 е инсталиран на малък радиатор, приблизителната разсейвана мощност на чипа е 0,7 W.

Характеристики на дизайна

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

Фигура 2 - Основа.

Общата площ на радиатора, сглобен по този начин (Фигура 3), е около 4000 cm2. Приблизителната оценка на разсейването на мощността се взема при скорост от 10 cm2 на 1 W. Като се вземе предвид използването на принудително охлаждане с помощта на 120 мм вентилатор с капацитет 1,7 м3/час, устройството е в състояние непрекъснато да разсейва до 600 W.

Фигура 3 - Монтаж на радиатора.

Мощни транзистори T1-T6 и двоен диод на Шотки D1, чиято основа е общ катод, са прикрепени директно към радиаторите без изолиращо уплътнение с помощта на термопаста. Токовият защитен транзистор T7 е прикрепен към радиатора чрез топлопроводим диелектричен субстрат (Фигура 4).

Фигура 4 - Закрепване на транзистори към радиатора.

Монтажът на силовата част на веригата се извършва с термоустойчив проводник RKGM, превключването на слаботокова и сигнална част се извършва с обикновен проводник в PVC изолация с помощта на термоустойчива оплетка и термосвиваеми тръби. Печатните платки се произвеждат по метода LUT върху фолио PCB с дебелина 1,5 мм. Оформлението вътре в устройството е показано на фигури 5-8.

Фигура 5 - Общо оформление.

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

Фигура 7 - Изглед на монтаж без корпус.

Фигура 8 - Изглед отгоре на модула без корпуса.

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

Фигура 9 - Основа на предния панел.

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

Фигура 10 - Външен видготово устройство.

Фигура 11 - Схема на свързване.

Архив за статията

Ако имате въпроси относно дизайна на електронния товар, попитайте ги във форума, ще се опитам да помогна и да отговоря.