Электронная нагрузка своими руками на кт827а
Данное устройство позволяет тестировать источники питания в диапазоне от 3 вольт и до 25.
Отсутствие дополнительного питания позволяет не заботиться об электрической развязке по питанию с испытуемым БП.
Устройство не требует дополнительного питания и запитывается непосредственно от испытуемого БП. При этом минимальная нагрузка составляет около 1,5 ватт (вентилятор, показометр, схема управления). И до примерно 40 ватт. Вероятно можно и больше по этой схемотехнике, но это потребует применения полевого транзистора в корпусе не ТО220.
По крайней мере мой экземпляр нагрузку в 20 ватт практически не замечает, просто немного теплый радиатор. Нагрузку в 40 ватт держит уверенно и рука температуру радиатора терпит.
Отличием данной электронной нагрузки является наличие преобразователя по топологии SEPIC (повышающего и понижающего), от которого запитан вентилятор и показометр DSN-VC288 (просто был в наличии и его было не жалко в силу его невысокой точности). Наличие ампервольтметра позволяет использовать его внутренний шунт и для регулирования тока нагрузки и не заморачиваться поисками мощных СМД резисторов либо изготовлением самодельного шунта.
Кроме того, непосредственно от преобразователя запитывается и ОУ, что позволяет открывать полевой транзистор уже при малых напряжениях питания устройства. Да и показометр работает сразу, хотя ему требуется обычно 5 вольт.
В схеме применены самые распространенные элементы. ОУ – LM358 и преобразователь на MC34063.
Я настроил преобразователь на выходное напряжение около 11 вольт. Что позволяет нормально охлаждать радиатор силового транзистора и при этом не сильно шуметь.
Минимальный ток, потребляемой нагрузкой зависит от напряжения. Если при 3 вольтах он составляет в районе полампера, то при 25 вольтах около 80 мА. Сама же электронная нагрузка собрана по схеме стабилизатора тока. Т.е. изменения тока потребления при изменении напряжения на входе будут только за счет изменения потребления преобразователя.
Верхнее значение напряжения питания 25 вольт определяется только допустимыми напряжениями примененных конденсаторов и может быть изменено в ту или другую сторону.
Основой для данного устройства послужила "Нагрузка USB" Ака Касьяна и статья по преобразователю с сайта "9ZIP.ru".
Мой вариант схемы конечного устройства:
Печатная плата моего варианта в приложении.
Подготовка самого показометра DSN-VC288 для установки в плату совсем не сложна и сводится к удалению пластиковых элементов с разьемов показометра и удлинению (заменой) контактов дополнительного питания (кроме тонкого черного провода, который подключать не надо).
Минимальную потребляемую мощность (не ток, именно мощность) можно видеть на фото.
Ток может быть и таким:
Но позже я его ограничил. Пока в районе 5,6 А. Мне большие токи не нужны, а сильно широкий предел делает более грубой настройку переменным резистором.
Настройка верхнего предела устанавливаемого тока осуществляется подбором резистора R3.
Силовой транзистор установлен вот так:
Сама плата выглядит так:
Ну и пример работы:
Немного об особенностях реализации.
На всех схемах SEPIC конденсатор С5 обычно нарисован неполярным.
Смотрел осциллографом - там всегда одна полярность в устройстве, во всем диапазоне рабочих напряжений.
И с емкостью С5 не все так просто.
Поставил сначала керамику 10х25 вольт. При некоторых напряжениях кондер сильно пел. Именно кондер, не индуктивности, как можно было ожидать. Допаял еще один параллельно - просто сместился диапазон.
Помогла установка танталового 15х35 вольт. Возможно дело в экземпляре конденсаторов.
При приближении к верхнему значению пределов входного напряжения, КПД преобразователя снижается и микросхема начинает ощутимо греться. Полигон под ней я нарисовал не просто так. Советую напаивать на этот полигон небольшой буртик припоя и мазать брюхо МС34063 термопастой перед установкой на плату.
В полностью собранном виде устройство стало напоминать маленького робота. Уже подумываю, а не назвать ли мне его ВАЛЛИ
Печатная плата и вид работы устройства. Проверка повербанка из Фикс-прайс.
После установки нижней защитной панели устройство можно ставить вертикально.
Пока пробовал гонял его на токе порядка 100 мА. Только с вентилятором. Позже подключил показометр, но снизил напругу с 12 до 11 вольт. Но ток уже не замерял.
Т.е. сотня мА плюс-минус.
Ну я в своем устройстве другой цели и не ставил. Я же не делал именно мощный преобразуй.
Есть китайские с Али SEPIC преобразователи. Там токи побольше. Есть такой и у меня, но он крупноват для использования в таком устройстве.
Это вряд ли .
Там сам разъем (металлическая оболочка) припаян к пластине и она прикручена винтами М3 к стелотекстолиту. На 6 сверху фото это видно.
Сейчас продолжал доводку устройства. Поскольку был значительный нагрев МС34063 при высоких входных напряжениях (градусов до 70).
Уменьшил емкость С4 по схеме с моих 350 пик, до примерно 170 (два кондера по 350 пик последовательно, благо место на плате предусмотрел именно для этого).
Нагрев значительно уменьшился, следы писка появляются только где-то в районе 21 вольта. Но частота преобразователя при малых напряжениях возросла до 127 кГц, что несколько больше даташитовской.
Ну и ладно
Минимальные токи нагрузки (токи собственного потребления) составляют:
при 3,01 вольтах - 0,456 А
при 5,02 - 0,311 А
при 22,03 - 0,100 А
Индуктивности мотал ровно на 100 мкГн.
Так что советую, если будете повторять прибор, поэкспериментировать с С4.
В литературе не часто можно встретить описания стабилизаторов тока на 100. 200 А, однако в некоторых процессах (гальваника, сварка и др.) они необходимы. На первый взгляд, для стабилизации таких токов необходимы и соответствующие мощные транзисторы.
Вашему вниманию предлагается стабилизатор тока на 150 А (с плавной регулировкой от нуля до максимума), выполненный на обычных, широко распространенных транзисторах серии КТ827. Примененное схемотехническое решение позволяет легко увеличить или уменьшить максимальный стабилизируемый ток.
Принципиальная схема
Принципиальная схема предлагаемого стабилизатора тока изображена на рис. 1. Как видно, нагрузка включена несколько необычно — в разрыв провода, соединяющего отрицательный вывод диодного моста VD5. VD8 с общим проводом устройства.
Рис. 1. Принципиальная схема мощного стабилизатора тока 150А на транзисторах.
Все мощные транзисторы VT1. VT16 включены по схеме с общим коллектором, но каждый из них нагружен на свой уравнивающий резистор (R4. R19), также соединенный с общим проводом.
Таким образом, через подключенную к розетке XS1 нагрузку стабилизатора протекает суммарный ток всех 16 транзисторов. Ток через каждый из транзисторов VT1. VT16 выбран около 9 А, что значительно меньше предельно допустимого значения для транзисторов КТ827А. КТ827В. При падении напряжения на транзисторе 10. 11 В рассеиваемая мощность достигает 100 Вт.
Разброс параметров транзисторов и сопротивлений резисторов R4. RI9 не имеет значения, так как каждый транзистор управляется своим операционным усилителем.
Выходы ОУ DA1.1. DA8.2 через транзисторы VT17. VT32 соединены с базами транзисторов VT1. VT16, а напряжения обратных связей поданы на инвертирующие входы с эмиттеров соответствующих транзисторов. ОУ поддерживают на инвертирующих входах (и, соответственно, на эмиттерах транзисторов VT1. VT16) такие же напряжения, какие имеются у них на неинвертирующих входах.
На неинвертирующие входы всех ОУ подано стабильное управляющее напряжение с резистивного делителя R2, R3, подключенного к выходу интегрального стабилизатора DA11. При изменении управляющего напряжения изменяется ток через каждый из резисторов R4. R19 и, соответственно, через общую нагрузку, подключенную к розетке XS1. Питаются ОУ от стабилизатора, выполненного на микросхемах DA9, DA10 и транзисторе VT33.
Детали и конструкция
Вместо составных транзисторов КТ827А в стабилизаторе тока можно применить транзисторы этой серии с индексами Б, В, Г или комбинации из двух транзисторов соответствующей мощности (например, КТ315 + КТ819 с любыми буквенными индексами).
Сдвоенные ОУ КР140УД20 заменимы на К157УД2 или на одинарные ОУ КР140УД6, К140УД7, К140УД14 и им подобные, стабилизатор 78L05 - на КР142ЕН5А, КР142ЕН5В или 78М05, транзисторы КТ315Е — на КТ3102, КТ603, диоды Д200 - на Д160. Вместо трансформатора ТПП232 (Т1) допустимо применение ТПП234, ТПП253 или любого другого с двумя вторичными обмотками на напряжение 16. 20 В.
Резистор R1 может быть любого типа, R2 желательно применить высокостабильный, например, С2-29. Для регулирования тока нагрузки был использован переменный резистор СП5-35А (с высокой разрешающей способностью), но можно, конечно, применить и любой другой, обеспечивающий требуемую точность установки тока.
Конденсатор СЗ набран из десяти конденсаторов К50-32А, С4, С6 — К50-35, остальные — любого типа. Использовать в качестве СЗ один конденсатор большой емкости нельзя, так как он будет сильно перегреваться из-за того, что его выводы не рассчитаны на такие большие токи (недостаточное сечение провода).
Сдвоенные ОУ DA1. DA8, транзисторы VT17. VT32, интегральный стабилизатор напряжения DA11, резисторы R2, R3 и конденсаторы С4. С7 монтируют на печатной плате, изготовленной по чертежу, показанному на рисунке 2.
Рис. 2. Печатная плата для мощного стабилизатора тока.
Транзисторы VT1-VT16 закрепляют на теплоотводах, способных рассеять не менее 100 Вт каждый. Все 16 теплоотводов собраны в батарею, для их охлаждения применены четыре вентилятора, что позволило включать стабилизатор тока на долговременную постоянную нагрузку. Если нагрузка будет кратковременной или импульсной, можно обойтись и теплоотводами меньших размеров.
Резисторы R4. R19 изготавливают из высокоомного (манганинового или константанового) провода диаметром 1. 2 мм и закрепляют на теплоотводах соответствующих им транзисторов Для охлаждения диодов VD5. VD8 используют стандартные теплоотводы, рассчитанные на установку диодов Д200 (обдув их вентилятором не требуется).
Микросхему DA9 и транзистор VT33 размещают на небольших пластинчатых теплоотводах. При монтаже стабилизатора тока нужно учитывать, что через некоторые цепи будет течь ток 150 А, поэтому их необходимо выполнить проводом соответствующего сечения.
Вторичная обмотка трансформатора Т2 должна обеспечивать напряжение около 14 В при токе нагрузки 150 А (хорошо подходит сварочный трансформатор). Падение напряжения на сопротивлении нагрузки стабилизатора должно быть не более 10 В (остальное напряжение падает на транзисторах VT1. VT16 и резисторах R4. R19).
При большем падении напряжения на нагрузке придется повысить напряжение вторичной обмотки трансформатора Т2, однако в этом случае необходимо проследить, чтобы мощность рассеяния каждого из транзисторов не превысила максимально допустимую.
Налаживание
Налаживание собранного из исправных деталей устройства сводится к установке максимального стабилизируемого тока подбором резистора R2. Это удобно сделать временно заменив последний включенным реостатом подстроечным резистором сопротивлением 1,5 - 2 кОм.
Установив его движок в положение максимального сопротивления а движок резистора R3 в верхнее (по схеме) положение и включив последовательно с нагрузкой амперметр на ток 150-200А (или просто подсоединив его к гнездам розетки XS1) включают стабилизатор в сеть и, уменьшая сопротивление подстроенного резистора, добиваются отклонения стрелки амперметра до соответствующей отметки шкалы. Затем измеряют сопротивление введенной части подстроенного резистора и заменяют его постоянным ближайшего номинала.
При максимальном токе 150А напряжение на эмиттерах транзисторов VT1 - VT16 должно быть около 1,88В. Поэтому налаживание можно проводить и по напряжению на эмиттере какого-либо из этих транзисторов, хотя точность установки тока при этом будет небольшой из-за разброса сопротивлений резисторов R4-R19.
Если необходимо увеличить или уменьшить отдаваемый в нагрузку максимальный ток можно соответственно увеличить или уменьшить число транзисторов и ОУ.
Таким образом, на основе описанного стабилизатора можно создать значительно более мощный источник тока. Подключая нагрузку к стабилизатору тока, следует помнить, что на "земляном" проводе будет плюсовой выход стабилизатора.
Все, кто хоть как-то сталкивался с изготовлением, ремонтом блоков питания задавался вопросом – где взять подходящую нагрузку, чтобы в полной мере оценить характеристики конструкции?
Содержание / Contents
Обычно для этого используется первое, что попадется под руку – мощные лампы, обрезки высокоомного провода и т.д. Но не все имеющиеся нагрузки подходят по сопротивлению и по мощности. Как назло каждый раз один из этих параметров нам не подходит . Как только не приходиться исхитряться: применять последовательное и параллельное соединение резисторов, топить нагрузку в стакане с водой (для увеличения рассеиваемой мощности).
Когда запасы мощных нагрузок превращаются в залежи, приходит время поменять их на одну универсальную.
↑ Схема и её работа
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Собственно роль нагрузки выполняют переходы КЭ двух мощных транзисторов, представляющих собой управляемый ключ. При этом сопротивление переходов транзисторов имитируют активную нагрузку, подобно мощному резистору. Система подключается параллельно источнику напряжения и работает практически в режиме КЗ, поэтому вольность в обращении с регуляторами тока недопустима.
Выпрямитель VDS1 с конденсатором С1 служат для прогрузки источников переменного напряжения (об этом позже). Диод VD1 предназначен для развязки между конденсатором С1 и цепями постоянного тока электронной нагрузки, чтобы последний не влиял на выходную характеристику испытуемого БП. Мощные резисторы R1, R2 выравнивают токи через переходы транзисторов VT2, VT3.
R9, R10 – добавочные резисторы для измерительной головки указателя напряжения, R10 и R11 – токоизмерительные шунты амперметра. Переключатели S1 и S2 позволяют расширить пределы измерения вольтметра и амперметра.
Резистор R8 исключает сквозные токи через переходы БЭ мощных транзисторов. Для увеличения крутизны характеристики (больший ток при меньшем напряжении) следует уменьшать сопротивление резистора R8, а лучше перераспределять его между коллектором и эмиттером VT1. В идеале диоды VD1 и VDS1 - Шотки.
Для более эффективного теплоотвода устройство снабжено кулером. Стабилизатор VR1 ограничивает рабочее напряжение кулера на уровне 12В, на участке входных напряжений 12. 30В. Двигатель кулера начинает работать уже при 6В на входе нагрузки, причем потребляемый кулером ток тоже включен в общий бюджет нагрузки и отображается амперметром.
↑ Основные технические характеристики:
↑ Теперь о конструкции
Главное в электронной нагрузке что? Правильно, радиаторы и транзисторы! Они трудятся в поте лица, т.к. их главная задача перевести всю подводимую мощность в тепло (КПД наоборот :cool: ).
Радиаторы у меня оказались такие (мало точно не покажется).
Мощные транзисторы выбираем в соответствии с нашими хотелками поставленными задачами. Это могут быть КТ837, КТ818, КТ8102 и подобные, подходящие по току, напряжению и мощности.
В качестве корпуса используем старый добрый БП АТХ.
Шкала у них нелинейная, поэтому при градуировке используется 75-80% рабочей шкалы. Несмотря на всю примитивность, удалось достигнуть точности измерения не хуже 1,5%. Передняя панель выпиливается из текстолита и крепится при помощи длинных винтов к корпусу.
Как еще можно использовать электронную нагрузку? Например, для регулировки тока в цепях переменного и постоянного напряжения. Достаточно включить электронную нагрузку последовательно с объектом регулирования и все это подключить к источнику напряжения (при зарядке аккумуляторов, управлении двигателем, нагревателем и пр.).
↑ Еще одно применение – тестирование низковольтных трансформаторов
У меня долгое время лежало несколько силовых трансформаторов с известными выходными напряжениями и неизвестными нагрузочными характеристиками. Определить диаметры проводов вторичных обмоток без вскрытия не представлялось возможным. И я проделал такой эксперимент: с помощью электронной нагрузки нагружал номинальным (паспортным) током вторичные обмотки трансформаторов известных марок ТА и ТС.
Выяснилось, что под нагрузкой напряжения на вторичных обмотках уменьшаются на 10-15 % по отношению к напряжению холостого хода. Потом тоже самое проделал с неизвестными трансформаторами и методом от обратного вычислил допустимый ток вторичных обмоток.
↑ Порядок работы с нагрузкой
При эксплуатации нагрузки необходимо помнить о максимальной рассеиваемой мощности, которая вычисляется по известной формуле P=U 2 /R.
Приветствую. Для проверке блоков питания все время приходиться изобретать какую то нагрузку, то лампы, то нихромовая спираль, то еще какие то приборы подключаю. И что бы не тратить время решил собрать электронную нагрузку
Уже давно присматривал схему электронной нагрузки. Все как один похожи, компараторы, полевые транзисторы и ИОН. В итоге заинтересовала эта
Схема электронной нагрузки
— В этой схеме электронной нагрузки понравилась опция использовать нагрузку как резистор с постоянным сопротивлением.
— Так же в исходной схеме предусмотрена возможность автоматического отключения при падении напряжения до определенного порога. Эта функция будет полезна для разрядки аккумуляторов 12-24В
— Еще есть защита от перегрева, но я ее использовать не буду. Доработав схему под свои нужды получилось следующее
Схема электронной нагрузки своими руками
— В этой схеме предусмотрено переключение между режимами Резистор и Постоянный ток
— В режиме Постоянный ток есть выбор между автоматическим отключением и постоянно включенной нагрузкой.
— Защита от переполюсовки переделана и диод не влияет на напряжение на вольтметре
— Вольтметр Амперметр Ваттметр и Емкость метр(не знаю как еще назвать) в одном приборе, купленный за 500 рублей, если интересно подробности тут
— Теперь можно точно выставлять ток, за счет дополнительного резистора Точно
Для схемы была разработана печатная плата электронной нагрузки. Немного не компактно, но рабочий вариант и почти ничего не греется, кроме резисторов 5Вт и транзисторов 🙂
Как изготовить печатную плату своими руками, можно посмотреть в статье Как изготовить печатную плату.
— Диодный мост использовал на 2А, охлаждение для кренки не требуется, но на всякий случай радиатор предусмотрел.
— Защитный диод Шотки 100В
— Транзисторы можно ставить в разных корпусах
Собрал плату электронной нагрузки очень быстро, сложностей не возникало. Сначала собираются все цепи без микросхемы, проверяются все напряжения.
После КРЕНки 12В, на опорном с TL431 8.5В и 0.5В на максимум выкрученном переменном резисторе
Проверка опорных напряжений на электронной нагрузке
Если все напряжения в норме, можно собрать схему до конца и попробовать нагрузить схемку.
— Обязательно транзисторы установить на радиатор. Кстати транзисторы использую 23N50 и они способны рассеять около 315Вт, хотя мне по 150Вт хватит вполне.
— Подключить Ваттметр подав ему дополнительное напряжение с шины 12В, а провода с шунта подсоединить в разрыв минуса, на плате точка А.
Нагружать буду безопасно, на лабораторный блок питания. Блок питания на 2.5А, поэтому ток нагрузки около 2А напряжение.
Тестовая нагрузка на лабораторный блок питания 2А
Вроде все работает хорошо, можно настроить эквивалент резистора. Выставляю на блоке питания 1В и подкрутив подстроечный R23 добиваюсь тока 1А если хочу регулировку от 1Ома и 0,5А если хочу регулировку от 2Ом, а дальше по закону Ома 😉
Настройка эквивалента резистора на электронной нагрузке
Установка напряжения автоматического отключения осуществляется резистором R14. Для настройки к нагрузке подаю 10,8В, устанавливаю небольшой ток допустим 100мА и резистором R14 добиваюсь отключения нагрузки от БП.
Все настройки окончены и можно серьезно испытать. Добавлю хорошую турбинку для охлаждения радиатора и нагружу на более мощный блок питания 12В .
Ток нагрузки на полностью выкрученном резисторе Точно ток до 0,75А и полностью выкрученных резисторах Точно и Грубо ток до 15,5А
Испытания электронной нагрузки на максимальном токе
Погонял значит нагрузку и вроде большего желать нечего, кроме корпуса .
— Для корпуса взял старый корпус от сварочного инвертора.
Вырезал новые отверстия, покрасил и вроде нормально вышло.
— Установил вентилятор 12В
— Убрал с Ваттметра корпус, что бы поместился нормально. Так шунт лучше будет охлаждаться
Сборка электронной нагрузки в корпус
Что сказать в заключение. Хороший прибор получился, думаю послужит на славу.
На данный момент проверенные характеристики 12В 15А- это 180Вт. Со средней нагрузкой 180Вт вентилятор нормально справлялся с отводом тепла от радиатора, дальше страшно. Но думаю можно нагрузить до 450Вт, при должной доработке.Что бы разогнаться до 450Вт надо установить вентилятор на 24В, естественно заменить трансформатор на 24В. И все же добавить термоконтроль, на всякий случай.
Так же думаю добавить переключатель между токами 15А с напряжением 15-30В и 30А для напряжений 0-15В, это расширит функционал нагрузки
Читайте также: