Регулировка тока нагрузки. Нагрузка электронная своими руками: схема
Регулируемая по мощности нагрузка является частью испытательного оборудования, необходимого при налаживании различных электронных проектов. Например, при построении лабораторного источника питания, оно может "симулировать" подключенный потребитель тока, чтобы увидеть, насколько хорошо ваша схема работает не только на холостом ходу, но и на нагрузку. Добавление силовых резисторов для выхода можно делать только в крайнем случае, но не у каждого они есть да и долго их не продержать — сильно греются. В этой статье будет показано, как можно построить блок регулируемой электронной нагрузки с помощью недорогих компонентов, доступных для радиолюбителей.
Схема электронной нагрузки на транзисторах
В этой конструкции максимальный ток должен быть примерно 7 ампер и он ограничен 5W резистором, который был использован, и относительно слабым полевым транзистором. Ещё большие нагрузочные токи могут быть достигнуты с помощью резистора на 10 или 20 Вт. Входное напряжение, не должно превышать 60 вольт (максимум на эти полевые транзисторы). Основой служит ОУ LM324 и 4 полевых транзистора.
Два "запасных" операционных усилителя микросхемы LM324 используются для защиты и управления вентилятором охлаждения. U2C образует простой компаратор между напряжением, установленным термистором и делителем напряжения R5, R6. Гистерезис контролируется положительной обратной связью, полученной R4. Термистор помещается в непосредственный контакт с транзисторами на радиаторах и его сопротивление уменьшается с ростом температуры. Когда температура превышает установленный порог, выход U2C будет высокий. Вы можете заменить R5 и R6 с регулируемым переменником и вручную подбирать порог срабатывания. При настройке убедитесь, что защита срабатывает, когда температура транзисторов MOSFET чуть ниже предельно-допустимой, указанной в даташите. Светодиод D2 сигнализирует, когда активируется функция защиты от перегрузки — он установлен на передней панели.
В элементе U2B операционного усилителя также есть гистерезис компаратора напряжений и используется он для управления вентилятором 12 В (можно использовать от старых PC). Диод 1N4001 защищает MOSFET BS170 от индуктивный бросков напряжения. Нижний температурный порог для активации вентилятора, контролируется резистором RV2.
Сборка устройства
Была использована для корпуса старая алюминиевая коробка от коммутатора с большим количеством внутреннего пространства для компонентов. В электронной нагрузке использовал старые AC/DC адаптеры для питания 12 В для главной цепи и 9 В для приборной панели — она имеет цифровой амперметр, чтоб сразу видеть ток потребления. Мощность вы уже рассчитаете и сами по известной формуле.
Вот фотография тестовой установки. Лабораторный блок питания настроен на 5 В. Нагрузку показывает 0.49A. Так же подключен мультиметр на нагрузке, так что ток нагрузки и напряжение контролируются одновременно. Вы сами можете убедится в чёткой работе всего модуля.
Eugene.A : Мало того - ещё и бессмысленная. Современные электросчётчики не крутятся в обратную сторону.
Зато греться почти нечему.
Eugene.A : Насчёт трансформации - какой-то ректальный способ. Для любителей извращений. На пенсии. Вместо просмотра порно.
...
Надо просто побольше нихрома, константана, манганина и переключатель - для регулировки тока, если есть такая нужда.
А может я извращенец? Правда не напенсии, но и она не за горами... Нет, порно смотреть нельзя, отбивает охоту самому этим заниматься - научно доказанный факт!
А теперь давайте сравним способы, предложенный Вами и мой.
Вы предлагаете по старинке: по-больше нихрома, константана, манганина и переключатель - это довольно громоздко, не технологично и не очень точно. Я уже молчу, если требуется мелкий шаг регулировки тока нагрузки.
Я же предлагаю использовать один кусок нихрома, константана или манганина и вообще без переключателей.
Мало того, не нужны и эти куски. Можно просто взять утюг, электронагреватель, электроплитку... что будет под рукой, и воткнуть её родной вилкой в блок с названием "элкктронная нагрузка". На блоке стоит регулятор тока нагрузки в виде переменного сопротивления, энкодера или кнопок с клавиатурой - по вкусу и возможностям, и дисплей с показаниями текущих значений напряжения, тока и мощности...
В отличие от вашего способа, я смогу регулировать ток нагрузки не дискретно
а пла-а-а-вненько, да ещё и стабилизировать выставленное значение.
И точность будет не впример лучше Вашего способа.
Ток нагрузки равен I=k*kтр*Rн, где:
k - коэффициент заполнения импульсов ШИМ,
kтр - коэффициент трансформации используемого трансформатора,
Rн - сопротивление утюга, электронагревателя или электроплитки.
Достаточно точно замерить сопротивление утюга...
Собственно, а зачем?! Достаточно ввести режим калибровки при работе с прибором - при подключенном утюге, электронагревателе или электроплитке подать (внутри прибора) на его вход калиброванное напряжение и калибровочным подстроечником выставить максимальное значение тока при максимальном коэффициенте заполнения. Можно даже эту операцию автоматизировать, если МК стоит.
Всё.
Регулировка получается линейная, по этому, привязав калибровкой максимальное значение тока нагрузки 20А к коэффициенту заполнения 0.9, при коэффициенте 0,1 получим ток 2.2А.
Для расширения пределов можно поставить переключатель или реле и коммутировать отводы трансформатора преобразователя. Получим несколько согласованных поддиапазонов регулировки тока (сопротивления) нагрузки.
Забыл сказать - трансформатор лучше по причине более лёгкого согласования с калиброванными нагрузками типа утюг, электронагреватель или электроплитка.
Трансформатор подходит от компового БП (силовой). У него и отводов много...
А теперь, Eugene.A , объясните, пожалуйста, мне - извращенцу и почти пенисонеру - почему Ваш способ не ректальный, а мой - ректальный, несмотря на то, что он лучше, технологичнее, универсальнее, точнее и выполняет такую же задачу?
С целью проверки блоков питания существует электронная нагрузка. Данное устройство работает по принципу генерации сигнала. К основным параметрам модификаций стоит относить пороговое напряжение, допустимую перегрузку, а также коэффициент рассеивания. Существует несколько типов устройств. Для того чтобы разобраться в нагрузках, в первую очередь рекомендуется ознакомиться со схемой прибора.
Схема модификации
Стандартная схема нагрузки включается в себя резисторы, выпрямитель и порты модулятора. Если рассматривать устройства небольшой частоты, то у них используются трансиверы. Данные элементы работают на открытых контактах. Для передачи сигнала используются компараторы. В последнее время популярными считаются нагрузки на стабилизаторах. В первую очередь их разрешается применять в сети постоянного тока. У них быстро происходит процесс преобразования. Также стоит отметить, что неотъемлемым элементом любой нагрузки считается усилитель и регулятор. Данные устройства замыкаются на обкладке. У них довольно высокая проводимость. За процесс генерации у моделей отвечает именно модулятор.
Типы модификаций
Различают импульсные и программируемые устройства. В отдельную категорию выделены лабораторные, которые подходят для мощных блоков питания. Также модификации отличаются по частоте, с которой они работают. Низкочастотные нагрузки оснащаются транзисторами с канальным переходником. Они используются в сети переменного тока. Модели высокочастотного типа изготавливаются на базе открытого тиристора.
Импульсные устройства
Как делается импульсная электронная нагрузка? В первую очередь для сборки эксперты рекомендуют подобрать хороший тиристор. При этом модулятор подходит только на две фазы. Специалисты говорят о том, что расширитель должен работать попеременно. Рабочая частота у него обязана составлять примерно 4000 кГц. Трансивер в нагрузку устанавливается через модулятор. После пайки конденсаторов стоит заняться усилителем.
Для стабильной работы нагрузки потребуется три фильтра канальной направленности. Для проверки прибора применяется тестер. Сопротивление должно составлять примерно 55 Ом. При средней загруженности нагрузка выдает в районе 200 Вт. Для поднятия чувствительности применяются компараторы. При замыканиях системы стоит проверять цепь от конденсатора. Если сопротивление на контактах занижено, значит, трансивер нужно менять на емкостный аналог. Многие специалисты указывают на возможность использования волновых фильтров, у которых хорошая проводимость. Регуляторы для этих целей применяются на триоде.
Программируемые модели
Электронная программируемая нагрузка собирается довольно просто. С этой целью применяется расширительный трансивер на 230 В. Для передачи сигнала используется три контактора, которые отходят от транзистора. Для контроля процессом преобразования применяются регуляторы. Наиболее часто используются именно линейные аналоги. Триод применяется с изолятором. В данном случае потребуется паяльная лампа. Непосредственно резистор фиксируется на трансивере.
Для модели однозначно не подойдут обычные компараторы, у которых низкий коэффициент рассеивания. Также стоит отметить, что многие допускают ошибку, когда устанавливают один фильтр. Для нормальной работы приора используются только емкостные аналоги. Номинальное напряжение на выходе должно составлять примерно 200 В при сопротивлении на уровне 40 Ом. Если собирать устройства на однопереходном расширителе, то линейные модели не подходят.
В первую очередь прибор не будет работать из-за большой перегрузки тиристора. Также стоит отметить, что для модели потребуется строчный модулятор с низкой чувствительностью. Некоторые специалисты при сборке используют стабилизаторы. Если рассматривать простую модификацию, то подойдет регулируемый тип. Однако чаще всего используют именно инвертирующие элементы.
Лабораторные модификации
Собирается лабораторная электронная нагрузка своими руками с мощным тиристором. Резисторы применяются с емкостью от 40 пФ. Специалисты говорят о том, что конденсаторы можно применять только расширительного типа. Особое внимание при сборке стоит обращать на модулятор. Если использовать проводной аналог, то для нагрузки потребуется три фильтра. Простая электронная нагрузка имеет модулятор фазового типа с проводимостью от 30 мк. Сопротивление составляет примерно 55 Ом. Также стоит отметить, что нагрузки часто складываются на базе коммутируемого трансивера. Основная особенность таких устройств кроется в высокой пульсации. При этом проводимость обеспечивается на отметке 30 мк.
Устройство на полевом транзисторе
Электронная нагрузка на делается только на базе компаратора, а тиристор используется регулируемого типа. При сборке в первую очередь стоит подобрать конденсаторный блок, который играет роль Всего для модификации потребуется три фильтра. Резистор устанавливается за обкладками. Специалисты говорят о том, что электронная нагрузка на полевом транзисторе выдает сопротивление 40 Ом.
Если проводимость сильно повышается, значит, устанавливается емкостный конденсатор. Непосредственно трансивер рекомендуется использовать на два контакта. Реле устанавливается стандартно с регулятором. Номинальное напряжение у нагрузок данного типа составляет не более 400 Вт. Специалисты утверждают, что обкладка должна фиксироваться за резистором. Если рассматривать высокочастотную модель для блоков питания на 300 В, то модулятор потребуется волнового типа. При этом за тиристором устанавливается тетрод.
Модель с плавной регулировкой тока
Схема электронной нагрузки с плавной включает в себя один тиристор. Конденсаторы для модели потребуются расширительного типа с низкой проводимостью. Также стоит отметить, что в нагрузку ставится один усилитель. Наиболее часто применяются волновые аналоги, у которых имеется фазовый переходник. Непосредственно регулятор устанавливается за модулятором, а номинальное напряжение должно составлять около 300 Вт.
Простая электронная нагрузка с плавной регулировкой тока имеет два контактора для подключения. Тиристоры иногда могут использоваться на обкладках. Компараторы в устройствах устанавливаются со стабилизаторами и без них. В данном случае многое зависит от рабочей частоты. Если этот параметр превышает 300 кГц, то лучше не устанавливать стабилизатор. В противном случае значительно повысится коэффициент рассевания.
Устройство на базе TL494
Электронная нагрузка на базе TL494 собирается довольно просто. Резисторы для модификаций подбираются строчного типа. Как правило, у них высокая емкость. И они способны работать в сети постоянного тока. При сборке модели тиристор применяется на две обкладки. Электронная импульсная нагрузка на базе TL494 работает с расширителем фазового либо импульсного типа.
Наиболее часто встречается первый вариант. Номинальное напряжение у нагрузок стартует от 220 Вт. Фильтры используются полного типа, а проводимость равняется не более 4 мк. При установке регулятора важно оценить выходное сопротивление. Если данный параметр не является постоянным, то для модели используется усилитель. Контакторы устанавливаются с переходниками и без них. Выходное напряжение в цепи составляет у нагрузок примерно 300 Вт. При включении приборов часто повышается ток. Происходит это за счет нагрева модулятора. Избежать данной проблемы пользователь способен за счет понижения чувствительности.
Модели на 100 Вт
Электронная нагрузка (схема показана ниже) на 100 Вт предполагает применение двух канальных тиристоров. Транзистор у моделей довольно часто используется на расширительной основе. У него проводимость составляет около 5 мк. Также стоит отметить, что существуют нагрузки на реле. Они больше всего подходят для мощных блоков питания. Для самостоятельной сборки дополнительно применяются волновые компараторы. Самодельные устройства выдают напряжение не более 300 В, а рабочая частота стартует от 120 кГц.
Устройства на 200 Вт
Нагрузка электронная на 200 Вт включает в себя две пары тиристоров, которые соединяются попарно. У многих моделей используются проводные компараторы низкой частоты. Также стоит отметить, что для сборки модификации потребуется модулятор. Для ускорения процесса используются усилители. Данные элементы способны работать только от проводных фильтров.
Трансивер стоит устанавливать за обкладками. В данном случае напряжение нагрузки равняется примерно 400 В. Специалист говорят о том, что плохо работают устройства на проводниковых трансиверах. У них низкая проводимость, есть проблемы и с перегревом. Если наблюдаются скачки напряжения, стоит поменять компаратор. Еще проблема может заключаться в резисторе.
Как сделать устройство на 300 Вт?
Нагрузка электронная на 300 Вт предполагает применение двух тиристоров фазового типа. Номинальное напряжение устройств равняется примерно 230 Вт. Показатель перегрузки в данном случае зависит от проводимости компаратора. При самостоятельной сборке этого устройства потребуется модулятор канального типа. Для установки элемента применяется паяльная лампа.
Регуляторы часто используются с переходником. Реле устанавливается низкоомного типа. Коэффициент рассеивания у самодельной модификации составляет примерно 80%. Также стоит отметить, что контакторы используются низкой чувствительности. Как проверить нагрузку перед включением? Сделать это можно при помощи тестера. Выходное напряжение у самодельных устройств, как правило, равняется 50 Ом. Если рассматривать модели с одним компаратором, то у них этот параметр может быть занижен.
Модели для блоков на 10 А
Нагрузка электронная для блока питания на 10 А собирается при помощи расширительного тиристора. Транзисторы довольно часто применяются на 5 пФ, у которых низкая проводимость. Также стоит отметить, что специалисты не советуют использовать линейные аналоги. У них малая чувствительность. Они сильно повышают коэффициент рассеивания. Для подключения к блоку применяются контакторы. Модуляторы довольно часто используются с переходниками.
Если рассматривать схему на конденсаторном блоке, то у них частота в среднем равняется 400 кГц. При этом чувствительность может меняться. Контакторы довольно часто фиксируются за модулятором. Стабилизаторы следует использовать на две обкладки. Также стоит отметить, что для сборки модификации потребуется полюсный резистор. Он сильно помогает увеличивать скорость генерации импульса.
Устройства для блоков на 15 А
Наиболее распространенными считаются нагрузки для блоков на 15 А. У них используются открытые резисторы. При этом трансиверы применяются разной полярности. Кроме того, они отличаются по чувствительности. В среднем напряжение приборов равняется 320 В. Модели между собой отличаются по проводимости. С целью самостоятельной сборки применяются компараторы на регуляторах. Перед началом их установки крепятся стабилизаторы.
Специалисты говорят о том, что расширители можно устанавливать только через обкладку. Проводимость на входе обязана составлять не более 6 мк. При установке регулятора тщательно зачищается компаратор. Если собирать простую модель, то модулятор можно использовать инверторного типа. При этом сильно повысится коэффициент рассеивания. Пороговое напряжение в среднем равняется 200 В. Допустимый параметр мощности составляет не более 240 Вт. Также стоит отметить, что для нагрузки применяются фильтры разных типов. В данном случае многое зависит от проводимости компаратора.
Схема устройств для блоков на 20 А
Электронная нагрузка (схема показана ниже) для блоков на 20 А производится на базе двоичных резисторов. У них поддерживается стабильная высокая проводимость. Чувствительность при этом равняется примерно 6 мВ. Некоторые модификации выделяются высоким параметром перегрузки. Реле у моделей используются на волновых транзисторах. Для решения проблем с преобразованием используются компараторы. Расширители часто встречаются фазового типа. И у них может быть несколько переходников. При необходимости устройство можно собрать самостоятельно. Для этого применяется конденсаторный блок.
Номинальное напряжение у самодельных нагрузок стартует от 300 Вт, а частота в среднем составляет 400 кГц. Специалисты не советуют применять переходные компараторы. Регуляторы используются с обкладками. Для установки компаратора потребуется изолятор. Если рассматривать нагрузки на двух тиристорах, то там используются фильтры. В среднем емкость модуля равняется 3 пФ. Показатель рассеивания у самодельных моделей стартует от 50%. При сборке устройства особое внимание стоит уделять переходнику для подключения к блоку питания. Контакторы побираются полюсного типа. Они должны выдерживать большие перегрузки и не перегреваться.
Устройства компании AMETEK
Нагрузки данной торговой марки выделяются низкой проводимостью. Они замечательно подходят для блоков питания на 15 А. Среди моделей данной фирмы имеется множество импульсных модификаций. Продельная перегрузка у них не высокая, но обеспечивается высокая скорость генерации импульса. Специалисты в первую очередь отмечают хорошую защищенность элементов. У них используется несколько фильтров. Они справляются с фазовыми помехами, которые искажают сигналы.
Если рассматривать модели высокой частоты, то у них имеется несколько тиристоров. Также стоит отметить, что на рынке представлены модификации на проводных компараторах. На базе обычной нагрузки данной торговой марки можно собрать отличный прибор для разных блоков питания. У моделей отличные стабилизаторы и очень чувствительные транзисторы.
Особенности устройств серии Sorensen
Стандартная нагрузка электронная данной серии включает в себя тиристор и линейный компаратор. Многие модели производятся с полюсными фильтрами, которые способны работать при высокой частоте. Также стоит отметить, что на рынке представлены лабораторные модификации. У них достаточно низкий коэффициент рассеивания. Модели довольно часто применяются коммутируемого типа. Показатель перегрузки в среднем равняется 20 А. Системы защиты используются разных классов. На прилавках магазинов есть импульсные модели. Они хорошо подходят для тестирования компьютерных блоков питания. Расширители в устройствах применяются с обкладками.
Модели серии ITECH
Нагрузки данной серии выделяются высокой проводимостью. У них хорошая защищенность. В этом случае используется несколько трансиверов. Электронная нагрузка для блока питания в среднем работает при частоте 200 кГц. Перегрузка при этом равняется 4 А. Усилители в устройствах применяются с контактными переходниками. Тиристоры используются фазового либо кодового типа. Среди моделей данной серии встречаются программируемые модификации. Они хорошо подходят для тестирования компьютерных блоков питания. Трансиверы можно встреть с расширителями и без них.
Нагрузки на базе IRGS4062DPBF
Делается электронная нагрузка своими руками на базе этого транзистора довольно просто. Стандартная схема модели включает в себя два конденсаторных блока и один расширитель. Сразу стоит отметить, что модели этого класса хорошо подойдут для блоков питания на 10 А. Параметр напряжение у нагрузок равняется 200 Вт. Фильтры для устройств подбираются низкой частоты. Они способны работать при больших нагрузках.
В первую очередь при сборке устанавливается тиристор, а компаратор можно использовать разного типа. Непосредственно транзистор устанавливается при помощи паяльника. Если проводимость у него превышает 5 мк, то стоит устанавливать дипольный фильтр вначале цепи. Специалисты говорят о том, что электронная нагрузка на транзисторе IRGS4062DPBF может делаться с переходными компараторами. Однако у них высокий коэффициент рассеивания.
Также стоит отметить, что модели этой серии подходят только для цепей постоянного тока. Допустимый параметр перегрузки приборов равняется 5 А. Если рассматривать устройства на импульсных компараторах, то у них имеется масса преимуществ. В первую очередь в глаза бросается высокая частота. При этом сопротивление приборы показывают на уровне 50 Ом.
У них нет проблем с проводимостью и резкими скачками напряжения. Стабилизаторы разрешается применять разных типов. Однако они должны работать в цепи постоянного тока. Еще на рынке представлены модификации без конденсаторов. Коэффициент рассеивания у них равняется примерно 55%. Для устройств данного класса это очень мало.
Устройства на базе KTC8550
Нагрузки на базе данных транзисторов очень ценятся среди профессионалов. Модели замечательно подходят для тестирования блоков небольшой мощности. Показатель допустимой перегрузки, как правило, равняется 5 А. У моделей могут использоваться разные системы защиты. При сборке модификации разрешается применять двоичные модуляторы с проводимостью 4 мк. Таким образом, устройства будут выдавать большую частоту на уровне 300 кГц.
Если говорить про недостатки, то стоит отметить, что модификации не способны работать с блоками питания на 10 А. В первую очередь возникают проблемы с импульсными скачками. Перегрев конденсатора также даст о себе знать. Чтобы решить данную проблему, на нагрузки устанавливаются расширители. Триоды, как правило, применяются с двумя обкладками и изолятором.
Недавно потребовалось протестировать различные очень мощные аккумуляторные батареи напряжением от 24 до 55 В. Так как для столь больших токов резисторы подобрать нереально — пришлось построить что-то полностью электронное. В качестве базы послужила конструкция искусственной нагрузки, . Поскольку мощность её была слишком мала, она несколько усилилась.
Схема электрическая принципиальная ЭН
В качестве силового элемента используется 8 резисторов по 0,68 Ом, подключенных к силовому транзистору IGBT. Почему именно IGBT? Во время испытаний вылетело несколько обычных МОП-транзисторов, а IGBT оказались заметно более устойчивы. Резисторы установлены на радиаторах по 4 шт. В зависимости от потребностей включены последовательно для более высоких напряжений нагрузки или параллельно — для более слабых. Радиаторы прикручены на расстоянии 1 см от дна корпуса, под радиаторами просверлены отверстия, расход охлаждающего воздуха значительный.
Силовой транзистор установлен на радиаторе от процессора ПК, охлаждается двумя вентиляторами.
В качестве измерительного элемента и эталона для операционного усилителя, используется резистор 0,01 Ом, а в качестве измерителей счетчики на микросхемах ICL7107 — точность тока 0,1 А, напряжения — 0,1 В.
Электрическое питание для счетчиков и вентиляторов — снято с какого-то импульсного устройства с параметрами + 5 В на 5 А (индикаторы), +/- 12 В на 2 А (вентиляторы и ОУ). В наличии был классный металлический корпус от какого-то старого прибора, его и решено было использовать. Передняя панель сделана из куска 3-мм ПВХ пластины. В задней части вырезаны отверстия для вентиляторов.
Испытание работы нагрузки
- Схема проверена при напряжениях 28 В на 20 А — мощность рассеивается на резисторах и транзисторах IGBT 560 Вт — с охлаждением и под нагрузкой в течение одного часа — температура 40 градусов.
- Еще один тест искусственной нагрузки проводился с батареей 55 В на 11 А/ч — здесь нагрузка составила 15 — 20 А, значит мощность достигла 1 кВт — радиаторы стали горячие, особенно те, на которых установлены силовые резисторы. Резисторы нагрелись до около 110 градусов, транзистор IGBT до температуры 90 градусов, в принципе приемлемо.
- Естественно можно легко протестировать автомобильные аккумуляторы с режимом 12 В на 20 А — при этом была температура 80 градусов, что нормально.
Пути усовершенствования прибора
В перспективе дальнейшее улучшение этой самодельной электронной нагрузки за счет добавления измерителя мощности и контроллера режимов на Arduino (с Aliexpress).
Строительство прибора обошлось в основном расходами на силовые резисторы — остальное валялось от разборки всяких вещей.
Также добавится несколько гнезд, чтобы иметь несколько диапазонов напряжения для тестирования без переключения мощных резисторов.