Sitno opterećenje - konstantno strujno opterećenje: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Sam sam razvijao benčinsko napajanje i napokon sam došao do tačke u kojoj želim primijeniti opterećenje na njega kako bih vidio njegove performanse. Nakon što sam pogledao odličan video Davea Jonesa i pogledao nekoliko drugih internetskih izvora, došao sam do Tiny Load -a. Ovo je podesivo konstantno strujno opterećenje, koje bi trebalo izdržati oko 10 ampera. Napon i struja ograničeni su nazivima izlaznog tranzistora i veličinom hladnjaka.

Mora se reći, postoje neki zaista pametni dizajni! Tiny Load je zaista osnovni i jednostavan, mala izmjena Daveova dizajna, ali će i dalje rasipati snagu potrebnu za testiranje psu -a, sve dok ne dobije više soka nego što može podnijeti.

Tiny Load nema priključen mjerač struje, ali možete spojiti vanjski ampermetar ili pratiti napon na otporniku povratne sprege.

Malo sam promijenio dizajn nakon što sam ga izgradio, pa ovdje predstavljena verzija ima LED koji vam govori da je uključen i bolji uzorak za sklopku.

Shematski prikaz i izgled PCB -a ovdje su predstavljeni kao PDF datoteke i također kao JPEG slike.

Korak 1: Princip rada

Za one koji nisu dobro upućeni u elektroničke principe, evo objašnjenja kako to kolo radi. Ako vam je sve ovo dobro poznato, slobodno preskočite!

Srce Tiny Loada je dvostruko op-pojačalo LM358, koje uspoređuje struju koja teče u opterećenju sa vrijednošću koju ste postavili. Op-pojačala ne mogu izravno detektirati struju, pa se struja pretvara u napon koji op-pojačalo može otkriti pomoću otpornika R3, poznatog kao otpornik osjetljivog na struju. Za svako pojačalo koje teče u R3 proizvodi se 0,1 volti. To pokazuje Ohmov zakon, V = I*R. Budući da je R3 zaista niska vrijednost, pri 0,1 ohma, ne postaje pretjerano vruć (snaga koju raspršuje daje I²R).

Vrijednost koju postavite je dio referentnog napona - opet, napon se koristi jer op -pojačalo ne može otkriti struju. Referentni napon proizvode 2 diode u nizu. Svaka dioda će razvijati napon na njoj u području od 0,65 volti, kada kroz nju protiče struja. Ovaj napon, koji je obično do 0,1 volta s obje strane ove vrijednosti, inherentno je svojstvo silicijskih p-n spojeva. Dakle, referentni napon je oko 1,3 volta. Budući da ovo nije precizni instrument, ovdje nema potrebe za velikom preciznošću. Diode dobivaju svoju struju preko otpornika. spojen na bateriju. Referentni napon je malo visok za postavljanje opterećenja na najviše 10 ampera, pa je potenciometar koji postavlja izlazni napon serijski povezan s 3k otpornikom koji malo spušta napon.

Budući da su referentni i otpornik osjetljivi na struju povezani zajedno i spojeni na nula voltnu vezu op-pojačala, op-pojačalo može otkriti razliku između dvije vrijednosti i prilagoditi svoj izlaz tako da se razlika smanji na gotovo nulu. Opšte pravilo koje se ovdje koristi je da će op-pojačalo uvijek pokušati prilagoditi svoj izlaz tako da dva ulaza budu pod istim naponom.

Na bateriju je priključen elektrolitički kondenzator kako bi se riješili bilo kakve buke koja nađe put do napajanja op-pojačala. Postoji još jedan kondenzator spojen preko dioda kako bi prigušio buku koju stvaraju.

Poslovni kraj Tiny Load -a čini MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field tranzistor). Odabrao sam ovaj jer je bio u mojoj kutiji za smeće i imao je odgovarajuće ocjene napona i struje u tu svrhu, međutim ako kupujete novi, pronaći ćete mnogo prikladnijih uređaja.

MOSFET se ponaša kao promjenjivi otpornik, gdje je odvod spojen na + stranu napajanja koje želite testirati, izvor je spojen na R3, a preko toga na - izlaz napajanja koje želite testirati, a kapija je spojena na izlaz op-pojačala. Kada na vratima nema napona, mosfet se ponaša kao otvoreni krug između odvoda i izvora, međutim, kada se napon primijeni iznad određene vrijednosti (napon "praga"), počinje se provoditi. Dovoljno povisite napon kapije i njen otpor će postati vrlo nizak.

Dakle, op-pojačalo održava napon vrata na razini na kojoj struja koja teče kroz R3 uzrokuje razvoj napona koji je gotovo jednak udjelu referentnog napona koji ste postavili okretanjem potenciometra.

Pošto se MOSFET ponaša kao otpornik, na njemu postoji napon i struja koja prolazi kroz njega, što dovodi do rasipanja energije u obliku topline. Ova toplina mora negdje otići, inače bi vrlo brzo uništila tranzistor, pa je iz tog razloga pričvršćen vijcima na hladnjak. Matematika za izračunavanje veličine hladnjaka je jednostavna, ali i pomalo mračna i tajanstvena, ali se temelji na različitim toplinskim otporima koji ometaju protok topline kroz svaki dio od spoja poluvodiča do vanjskog zraka i prihvatljivo povećanje temperature. Dakle, imate toplinski otpor od spoja do kućišta tranzistora, od kućišta do hladnjaka, pa kroz hladnjak do zraka, dodajte ih zajedno za ukupni toplinski otpor. Ovo je dato u ° C/W, pa će za svaki vati koji se rasipa temperatura porasti za taj broj stepeni. Dodajte ovo na temperaturu okoline i dobit ćete temperaturu na kojoj će raditi vaš poluvodički spoj.

Korak 2: Dijelovi i alati

Napravio sam Tiny Load uglavnom koristeći dijelove bezvrijedne kutije, pa je to malo proizvoljno!

PCB je napravljen od SRBP -a (FR2) koji slučajno imam jer je bio jeftin. Prevučen je bakrom od 1 oz. Diode i kondenzatori i mosfet su stari, a op-pojačalo je jedno od 10 pakiranja koje sam maloprije nabavio jer su bili jeftini. Cijena je jedini razlog korištenja smd uređaja za ovo - 10 smd uređaja koštaju me isto koliko i jedna rupa koju bismo imali.

• 2 x 1N4148 diode. Koristite više ako želite učitati više struje.
• MOSFET tranzistor, koristio sam BUK453 jer je to ono što sam slučajno imao, ali odaberite ono što vam se sviđa, sve dok je trenutna vrijednost veća od 10A, prag napona je ispod oko 5 V, a Vds veći od maksimuma koji očekujete upotrijebite ga na, trebalo bi biti u redu. Pokušajte odabrati onu dizajniranu za linearne primjene, a ne za prebacivanje.
• 10k potenciometar. Odabrao sam ovu vrijednost jer je to ono što sam slučajno imao, a koju sam demontirao sa starog televizora. Oni sa istim razmakom između igara su široko dostupni, ali nisam siguran u pogledu pričvrsnih ušica. Možda ćete za to morati promijeniti izgled ploče.
• Dugme za postavljanje potenciometra
• 3k otpornik. 3.3k bi trebao raditi jednako dobro. Koristite nižu vrijednost ako želite prikazati 2-diodnu referencu kako biste mogli učitati više struje.
• Optičko pojačalo LM358. Zaista, svaki pojedinačni tip opskrbe, željeznica-šina, trebao bi obaviti posao.
• 22k otpornik
• 1k otpornik
• 100nF kondenzator. Ovo bi zaista trebalo biti keramika, iako sam koristio film
• 100uF kondenzator. Mora biti ocijenjeno na najmanje 10V
• Otpor 0,1 ohma, minimalna snaga 10W. Ovaj koji sam koristio je prevelike veličine, opet je cijena bila presudni faktor. Otpornik od 25 W sa metalnim kućištem od 0,1 ohma bio je jeftiniji od prikladnijih tipova. Čudno, ali istinito.
• Hladnjak - stari hladnjak CPU -a radi dobro i ima prednost što je dizajniran tako da ima ventilator ako vam zatreba.
• Sastav toplotnog hladnjaka. Naučio sam da spojevi na bazi keramike djeluju bolje od onih na bazi metala. Koristio sam Arctic Cooling MX4 koji sam slučajno imao. Radi dobro, jeftino je i dobijate mnogo!
• Mali komad aluminijuma za držač
• Mali vijci i matice
• mali klizni prekidač

Korak 3: Konstrukcija

Napravio sam sićušni teret od kutije za otpad ili vrlo jeftinih dijelova

Hladnjak je stari CPU hladnjak iz doba pentiuma. Ne znam koji je to toplinski otpor, ali pretpostavljam da je oko 1 ili 2 ° C/W na osnovu slika na dnu ovog vodiča: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc … iako bi iskustvo sada pokazalo da je bolje od ovoga.

Izbušio sam rupu u sredini hladnjaka, lupkao je i na nju montirao tranzistor s termičkom smjesom MX4 i pričvrstio pričvrsni vijak direktno u otvor s navojem. Ako nemate mogućnosti za rupiranje, samo ga malo izbušite i upotrijebite maticu.

Prvotno sam mislio da će ovo biti ograničeno na oko 20 W rasipanja, međutim imao sam rad na 75 W ili više, gdje je postalo prilično vruće, ali još uvijek nije prevruće za upotrebu. S priključenim ventilatorom za hlađenje ovo bi bilo još veće.

Nema stvarne potrebe da se trenutni osjetnički otpornik pričvrsti na ploču, ali koja je svrha imati rupe za vijke ako na njih ne možete pričvrstiti nešto? Koristio sam male komade debele žice preostale od nekih električnih radova, za spajanje otpornika na ploču.

Prekidač za napajanje došao je iz neispravne igračke. Pogrešno sam shvatio razmak rupa na mojoj štampanoj ploči, ali razmak na rasporedu PCB -a koji je ovdje naveden trebao bi odgovarati ako imate istu vrstu minijaturnog SPDT prekidača. Nisam uključio LED u originalnom dizajnu, kako bih pokazao da je Tiny Load uključio, međutim shvatio da je ovo glup propust, pa sam ga dodao.

Debele tračnice na svom mjestu nisu dovoljno debele za 10 ampera s korištenom bakrenom pločom od 1 oz, pa su nabijene bakrenom žicom. Svaka od staza ima komad bakrene žice od 0,5 mm postavljen oko sebe i lemljen lemljenjem u intervalima, osim kratkog rastezanja koje je spojeno na uzemljenje, jer ravnina uzemljenja dodaje dosta nasipa. Uvjerite se da dodana žica ide pravo na MOSFET i igle otpornika.

Napravio sam PCB pomoću metode prenosa tonera. Na internetu postoji ogromna literatura o tome pa neću ulaziti u to, ali osnovni princip je da koristite laserski pisač za ispis dizajna na neki sjajni papir, pa ga ispeglajte na ploču, a zatim iscrtajte to. Koristim neki jeftini papir za prijenos žutog tonera iz Kine i peglu za odjeću postavljenu na malo ispod 100 ° C. Za čišćenje tonera koristim aceton. Samo nastavite brisati krpama svježim acetonom dok se ne očiste. Napravio sam mnogo fotografija za ilustraciju procesa. Za posao ima mnogo boljih materijala, ali malo iznad mog budžeta! Obično moram preslikati svoje transfere markerom.

Izbušite rupe omiljenom metodom, a zatim dodajte bakrenu žicu širokim tračnicama. Ako bolje pogledate, možete vidjeti da sam malo pobrkao svoje bušenje (jer sam koristio eksperimentalnu bušilicu koja je pomalo nesavršena. Kad ispravno radi, napravit ću instrukciju na njoj, obećavam!)

Prvo montirajte op-pojačalo. Ako prije niste radili sa smd -ovima, nemojte se plašiti, to je prilično jednostavno. Prvo isecite jedan od jastučića na ploči sa zaista malom količinom lema. Pažljivo postavite čip i zalijepite odgovarajuću iglu do podloge koju ste konzervirali. U redu, sada se čip neće kretati, možete lemiti sve ostale pinove. Ako imate malo tekućine, nanošenje ovog razmaza olakšava proces.

Ugradite ostale komponente, najprije najmanje, a to su najvjerojatnije diode. Pobrinite se da ih nabavite na pravi način. Učinio sam stvari malo unatrag postavljajući tranzistor prvo na hladnjak, jer sam ga u početku eksperimentirao.

Neko vrijeme baterija je bila pričvršćena na ploču pomoću ljepljivih podloga, što je radilo izuzetno dobro! Povezana je pomoću standardnog pp3 konektora, međutim ploča je dizajnirana da primi značajniji tip držača koji pričvršćuje cijelu bateriju. Imao sam problema s pričvršćivanjem držača baterije jer su potrebni 2,5 mm vijci, kojih nemam dovoljno i nemaju matice za pričvršćivanje. Izbušio sam rupe na kopči do 3,2 mm i izbušio ih do 5,5 mm (nije pravi prodor, samo sam upotrijebio burgiju!), Međutim otkrio sam da veća burgija hvata plastiku vrlo oštro i prošla je kroz jednu od rupa. Naravno da biste mogli popraviti ljepljive jastučiće, što bi unatrag moglo biti bolje.

Odrežite žice kopče za bateriju tako da imate oko 1 cm žice, kosite krajeve, provucite ih kroz rupe na ploči i lemite krajeve natrag kroz ploču.

Ako koristite otpornik s metalnim kućištem poput prikazanog, postavite ga s debelim vodovima. Mora imati neku vrstu odstojnika između njega i ploče kako se ne bi pregrijalo op-pojačalo. Koristio sam matice, ali bi bolje bile metalne čaure ili hrpe podložaka zalijepljenih na ploču.

Jedan od vijaka koji učvršćuje kopču za bateriju također prolazi kroz jedan od otpora otpornika. Ispostavilo se da je ovo loša ideja.

Korak 4: Stavljanje u upotrebu, poboljšanja, neke misli

Upotreba: Tiny Load je dizajniran za izvlačenje konstantne struje iz napajanja, bez obzira na napon, tako da na njega ne morate priključivati ništa drugo, osim ampermetra, koji trebate postaviti u nizu s jednim od ulaza.

Okrenite dugme dole na nulu i uključite Tiny Load. Trebali biste vidjeti mali protok struje, do oko 50mA.

Polako namještajte gumb dok ne istekne struja koju želite testirati, obavite sve testove koje trebate napraviti. Provjerite nije li hladnjak pretjerano vruć - opće pravilo ovdje je da ako vam opeče prste, prevruće je. U ovom slučaju imate tri mogućnosti:

1. Smanjite napon napajanja
2. Smanji Tiny Load
3. Pokrenite ga u kratkim intervalima s dovoljno vremena da se ohladi između
4. Postavite ventilator na hladnjak

U redu, to su četiri opcije:)

Nema nikakve ulazne zaštite, stoga budite vrlo oprezni da su ulazi pravilno spojeni. Učinite nešto pogrešno i unutarnja dioda MOSFET -a će provoditi svu struju koja je dostupna i vjerovatno će pritom uništiti MOSFET.

Poboljšanja: Brzo je postalo očito da Tiny Load mora imati vlastita sredstva za mjerenje struje koju vuče. Postoje tri načina za to.

1. Najjednostavnija opcija je da ampermetar postavite serijski s pozitivnim ili negativnim ulazom.
2. Najtačnija opcija je spojiti voltmetar preko osjetnog otpornika, kalibriranog na taj otpornik, tako da prikazani napon pokazuje struju.
3. Najjeftinija opcija je da napravite papirnu vagu koja stane iza kontrolne tipke i na njoj označite kalibriranu vagu.

Potencijalno nedostatak zaštite od preokreta mogao bi predstavljati veliki problem. Unutarnja dioda MOSFET -a će provjeravati je li Tiny Load uključen ili nije. Opet postoji niz mogućnosti za rješavanje ovog problema:

1. Najjednostavniji i najjeftiniji način bio bi serijsko povezivanje diode (ili nekih dioda paralelno) sa ulazom.
2. Skuplja opcija je korištenje MOSFET -a koji ima ugrađenu zaštitu od obrnutog kretanja. U redu, pa to je i najjednostavniji način.
3. Najkompleksnija opcija je spojiti drugi MOSFET u anti-seriji s prvim, što provodi samo ako je polaritet ispravan.

Shvatio sam da je ponekad zaista potrebno podesivi otpor koji može rasipati veliku snagu. Za to je moguće koristiti modifikaciju ovog kruga, mnogo jeftinije od kupovine velikog reostata. Zato pazite na Tiny Load MK2 koji će se moći prebaciti u otpornički način rada!

Završne misliTiny Load se pokazao korisnim i prije nego što je završen i radi vrlo dobro. Međutim, imao sam nekih problema pri izgradnji, a kasnije sam shvatio da bi mjerač i indikator "uključeno" bili vrijedna poboljšanja.