Эквивалент нагрузки для проверки источников питания

Эквивалент нагрузки для проверки источников питания

Материалы этой статьи были опубликованы в журнале Радиоаматор — 2014, № 10

В статье рассмотрена конструкция эквивалента нагрузки на полевых транзисторах, имеющая несколько режимов работы. Она позволяет нагружать источники постоянного тока как стабильным током, так и постоянным эквивалентным сопротивлением. Основные комплектующие взяты из вышедших из строя или не используемых электронных приборов, поэтому для создания такой конструкции не потребуется больших материальных затрат.

Во время конструирования и ремонта источников питания, усилителей и других источников тока различной мощности часто возникает задача тестирования их нагрузкой. При этом следует правильно выбрать тип нагрузки, которую будет обеспечивать эквивалент. Ведь для тестирования источников питания предпочтительнее использовать нагрузку стабильным током, а при тестировании усилителей мощности нагрузку лучше производить эквивалентным сопротивлением. Рассмотрев схемы подобных устройств, приведенных в перечне использованной литературы, автор решил сконструировать многофункциональный эквивалент нагрузки, обеспечивающий работу в нескольких режимах, а именно: — эквивалентное сопротивление, регулируемое в пределах от 1 до 11 Ом; — нагрузка стабильным током, регулируемым в двух диапазонах: от 0 до 1 А и от 0 до 10 А. Кроме того конструкция снабжена аналоговым амперметром для измерение тока нагрузки и имеет независимое сетевое питание. Максимально допустимое входное напряжение зависит от типа используемых полевых транзисторов и в предложенном варианте составляет 15В, что достаточно для тестирования компьютерных блоков питания и автомобильных УМЗЧ.

Описание схемы устройства

Принципиальная электрическая схема устройства представлена на рисунке. Подробно работа схемы, представляющей собой источник тока, управляемый напряжением, описана в статьях И. Нечаева «Универсальный эквивалент нагрузки» (Радио-2005, № 1) и «Эквивалент нагрузки» (Радио-2007, № 3).

С помощью переключателя SA2 к неинвертирующим входам ОУ подключается либо «плюс» питающего напряжения 12 В и схема работает в режиме нагрузки стабильным током, либо «плюс» напряжения проверяемого источника и схема работает в режиме постоянного эквивалентного сопротивления. С помощью переключателя SA1 выбирается диапазон регулирования тока нагрузки. Питание устройства осуществляется от преобразователя напряжения UZ1. Измерение силы тока, протекающего в нагрузке, осуществляется с помощью микроамперметра PA1. Для исключения коммутации больших токов входы «1А» и «10А» разделены и подключаются непосредственно к «своим» измерительным шунтам Rш1 и Rш2.

Конструкция и детали

Изюминкой данной конструкции является ее максимальное удешевление путем использования деталей, выпаянных из неисправных конструкций. Так, транзисторы VT1, VT2 взяты из неисправной компьютерной материнской платы. Подобные транзисторы используются для осуществления низковольтного питания центрального процессора. Неудобством является то, что на платах установлены транзисторы в корпусе для поверхностного монтажа (D2-PAK), поэтому их подключение к схеме эквивалента нагрузки лучше всего производить навесным монтажом.

Для охлаждения нагрузочных транзисторов использован радиатор с вентилятором охлаждения от процессора, взятый с той же материнской платы. Транзисторы «посажены» на пасту прижаты к радиатору прочной металлической пластиной с помощью болтов или саморезов, что будет зависеть от конструкции радиатора. К радиатору удобно также прикрепить и плату с основными элементами схемы.

Операционный усилитель DA1 можно выпаять из неисправного китайского цифрового мультиметра. В качестве датчиков тока R7, R9 использованы отрезки латунного шунта из неисправного комбинированного измерительного прибора типа Ц4352. Преобразователь напряжения изготовлен на основе простого зарядного устройства для мобильных телефонов. Для увеличения его выходного напряжения до 12 В на катушку трансформатора домотано несколько витков провода, которые добавлены к вторичной обмотке. Количество витков подбирается экспериментально, таким образом, чтобы вентилятор охлаждения M1, который составляет основную нагрузку преобразователя, работал в нормальном режиме.

Для индикации тока нагрузки, а также в качестве корпуса конструкции, использован комбинированный измерительный прибор типа ЭВ2234. Шунты Rш1 и Rш2 и добавочные резисторы Rд1, Rд2 использованы штатные.

Чертеж печатной платы не приводится, так как схема довольно проста и ее легко можно собрать навесным монтажом.

Сборка и наладка

Правильно собранное устройство в наладке не нуждается. Для упрощения конструкции транзистор VT2 с обвязкой можно не устанавливать. Для увеличения диапазона входных напряжений нужно использовать более высоковольтные транзисторы, о чем подробно можно прочесть в оригинальной статье И. Нечаева.

Для испытания усилителей мощности их подключают к эквиваленту нагрузки через выпрямительный мост достаточной мощности.

Следует отметить, что неправильная полярность подключения проверяемого источника может привести к выходу устройства из строя.

Для проверки и налаживания блоков питания, особенно мощных, требуется низкоомная регулируемая нагрузка с допустимой рассеиваемой мощностью до 100 Вт и даже более.

Применение для этой цели переменных резисторов не всегда возможно, в основном из-за ограниченной мощности рассеяния. Эквивалент нагрузки на ток несколько десятков ампер можно изготовить на основе стабилизатора тока на мощном полевом переключательном транзисторе [1—3]. Но эти эквиваленты не всегда удобны для применения, поскольку для них требуется отдельный источник питания.

Читайте также:  Бензопила макита еа 3202s40b цена

Схема эквивалента нагрузки

Его схема показана на рис. 1 (нажмите для увеличения). На ОУ DA1.2 и полевом транзисторе VT2 собран стабилизатор тока. Ток через полевой транзистор (IVT2) зависит от сопротивления датчика тока RI (резисторов R11—R18) и напряжения на движке переменного резистора R8 (UR8), которым регулируют ток: IVT2 = UR8/RI. Конденсатор С4 подавляет высокочастотные помехи, а С5 и С6 в цепи обратной связи ОУ DA1.2 и полевого транзистора соответственно повышают устойчивость работы стабилизатора.

Питается ОУ от повышающего стабилизированного преобразователя напряжения с выходным напряжением 5 В, собранного на микросхеме DA2. Это же напряжение через резистор R7 поступает на регулятор тока. Благодаря преобразователю напряжения устройство можно питать от испытываемого источника питания. При этом минимальное входное напряжение — 0,8…1 В, что позволяет применять предлагаемый эквивалент для проверки и измерения параметров Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов типоразмера АА или ААА.

На ОУ DA1.1 и транзисторе VT1 собран ограничитель напряжения питания преобразователя. При входном напряжении менее 3,8 В на выходе ОУ DA1.1 присутствует напряжение около 4 В, транзистор VT1 открыт полностью и питающее напряжение поступает на преобразователь. Когда входное напряжение превышает 3,8 В, напряжение на выходе ОУ DA1.1 снижается, поэтому рост напряжения на эмиттере транзистора VT1 прекращается и оно остаётся стабильным. Ограничитель напряжения необходим, поскольку предельное значение питающего напряжения микросхемы преобразователя (DA2) 6 В.

Конструкция и детали эквивалента нагрузки

Применены постоянные резисторы для датчика тока серии RC (типоразмер 2512, максимальная рассеиваемая мощность 1 Вт), остальные — РН1-12 типоразмера 1206 или 0805, переменный — СП4-1, СПО. Все конденсаторы для поверхностного монтажа, оксидные — танталовые типоразмера В или С, остальные — керамические, причём конденсатор С6 монтируют непосредственно на выводах транзистора. Разъём Х1 — винтовой клеммник, рассчитанный на требуемый ток. Транзистор ВС846 можно заменить транзистором серии КТ3130, a IRL2910 — транзистором 1RL3705N, IRL1404Z или другим мощным полевым переключательным с пороговым напряжением не более 2,5 В. Дроссель — для поверхностного монтажа SDR0703 или с проволочными выводами ЕС24.

Все элементы, кроме переменного резистора, полевого транзистора, разъёма, вентилятора и конденсатора С6, монтируют на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1… 1,5 мм, её чертёж показан на рис. 2. Применён теплоотвод с вентилятором на напряжение 12 В от процессора персонального компьютера. Транзистор и разъём крепят к теплоотводу винтами, а плату приклеивают. Применение теплопроводящей пасты для транзистора обязательно. Электродвигатель вентилятора начинает вращение при входном напряжении 3…4 В и при 8…10 В уже достаточно эффективно обдувает теплоотвод. Для данного варианта конструкции применён датчик тока с суммарным сопротивлением 0,05 Ом и рассеиваемой мощностью 8 Вт, поэтому максимальный ток эквивалента — 12…13 А, а максимальная рассеиваемая мощность не превышает 100 Вт. Применив более мощные резисторы в качестве датчика тока и более эффективный теплоотвод, можно соответственно увеличить и ток, и рассеиваемую мощность. Максимальное входное напряжение в данном случае зависит от допустимого напряжения питания вентилятора.

Устройство размещают в корпусе подходящего размера (подойдёт корпус от блока питания персонального компьютера), на передней панели устанавливают входные гнёзда, соединённые с разъёмом Х1, и переменный резистор, который можно снабдить проградуированной шкалой. Теплоотвод следует изолировать от металлического корпуса, поскольку он имеет гальваническую связь со стоком полевого транзистора.

Максимальное значение тока устанавливают подборкой резистора R7, при этом движок переменного резистора R8 должен быть в верхнем по схеме положении. Поскольку электродвигатель вентилятора подключён непосредственно к входному разъёму, ток, потребляемый им, складывается с током стабилизатора, поэтому при изменении входного напряжения суммарный ток также изменяется. Чтобы этот ток был стабильным, нижний по схеме вывод электродвигателя подключают не к минусовой линии питания, а к истоку полевого транзистора, как показано на рис.1 штриховой линией.

Эквивалент нагрузки можно использовать для проверки источников питания переменного тока частотой 50 Гц, например, понижающих трансформаторов. В этом случае устройство подключают (с соблюдением полярности) к выходу выпрямительного моста, в котором желательно применить диоды Шотки. Между плюсовым выводом конденсатора С1 и точкой соединения резистора R3 и коллектора транзистора VT1 устанавливают диод того же типа, что и VD1, а ёмкость конденсатора С2 следует увеличить до 100 мкФ. В диодном мосте диоды должны быть рассчитаны на ток эквивалента. Следует учесть, что в этом случае минимальное и максимально допустимое напряжение возрастёт на величину падения напряжения на диодах моста и дополнительном диоде.

Читайте также:  Фекальные насосы большой мощности

ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Эквивалент нагрузки. — Радио, 2007, № 3, с. 34.
2. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2005, № 1, с. 35.
3. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2002, № 2, с. 40, 41.

Источник: Радио № 8 2013 Автор: И. Нечаев, г. Москва

Домашний мастер.

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

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

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.

Читайте также:  Пропорции рассола для огурцов

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, 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

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.

Ссылка на основную публикацию
Штукатурка старых стен своими руками видео
Отделка кирпичной кладки дома или квартиры штукатуркой самый распространенный вариант. При должном уходе прослужит штукатурка не менее 20 лет. Но...
Что такое герц в электричестве
Почему по сей день в энергетической отрасли для передачи и распределения электроэнергии всюду выбраны и остаются принятыми частоты 50 и...
Что такое дебаркадер на воде
Дебарка́дер (фр. débarcadère , от débarquer — выгружать, высаживать на берег) — элемент транспортной или складской инфраструктуры, предназначенный для непосредственной...
Штукатурка стен по маякам расценка в смете
Вернемся еще раз к сборнику ТЕР(ФЕР)15 "Отделочные работы": Например, нам необходимо выполнить штукатурку стены толщиной 50 мм каким-то раствором. (для...
Adblock detector