Эквивалент нагрузки с цифровой индикацией. Активная нагрузка схемы. Эквивалент нагрузки для проверки источников питания Схемы электронных нагрузок для проверки ип

Источники питания

И. НЕЧАЕВ, г. Курск
Радио, 2002 год, № 2

Известно, что при налаживании и испытании блоков питания постоянного и переменного тока необходима активная нагрузка. Обычно это набор переменных или постоянных резисторов, сопротивление которых должно быть в пределах от единиц до десятков ом, а мощность рассеяния достигать 100 Вт и более. Применив транзисторы, можно изготовить универсальный эквивалент нагрузки (см., например, мартовский номер журнала "Радио" за 1986 г .). Вниманию читателей предлагаем более совершенное устройство, основа которого - мощный полевой транзистор. С помощью этого прибора можно проверять стабилизированные блоки питания, нестабилизированные выпрямители, трансформаторы, аккумуляторы и т. д. как в статическом, так и в динамическом режимах.

Схема устройства показана на рис. 1 .

Функцию эквивалента нагрузки выполняет мощный полевой транзистор VT3 с допустимым током стока 25 А, напряжением сток-исток 400 В и рассеиваемой мощностью 100 Вт. На логической микросхеме DD1 и транзисторах VT1, VT2 собран узел управления полевым транзистором, а на микросхеме DA1 - стабилизатор напряжения. Для проверки источников переменного напряжения эквивалент нагрузки следует дополнить выпрямительным мостом VD4.

Работает устройство так. В динамическом режиме (рис. 1) работает генератор прямоугольных импульсов, собранный на элементах DD1.1, D1.2. Его частоту можно изменять переключателем SA2: 1 кГц или 0,1 Гц.

На выходах элементов DD1.3 и DD1.4 формируются противофазные сигналы прямоугольной формы со стабильной амплитудой, которые поступают на базы транзисторов VT2 и VT1 соответственно. В эмиттерные цепи транзисторов включены переменные резисторы R3, R2 и светодиоды HL1, HL2. Через диоды VD1 и VD2 напряжение с движков переменных резисторов поступает на затвор полевого транзистора. Он начинает открываться уже при напряжении на затворе примерно 4...5 В, а при 10...11 В сопротивление его канала уменьшается до нескольких ом. Резисторами R2 и R3 можно устанавливать требуемое напряжение на затворе в течение четных и нечетных полупериодов импульсной последовательности. Светодиоды будут также поочередно включаться, сигнализируя о том, на какой из переменных резисторов поступает напряжение.

Таким образом, у транзистора периодически с частотой генератора будет меняться сопротивление канала, значение которого можно регулировать этими резисторами. Следовательно, будет изменяться и ток, протекающий через него. Переменным резистором R3 устанавливают максимальное значение тока, a R2 - минимальное. Такой режим можно использовать для проверки блоков питания, аккумуляторов и т. д.

В статическом режиме на входе логического элемента DD1.1 - низкий логический уровень, и генератор перестает работать. При этом напряжение поступает на переменный резистор R3 и светится светодиод HL2. В этом случае управление полевым транзистором осуществляется только с помощью переменного резистора R3. Проверяемый источник постоянного напряжения подключают с соблюдением полярности к гнездам XS2. Источник с большим напряжением, как постоянного, так и переменного тока, можно подключать к гнездам XS1 без соблюдения полярности.

Для питания эквивалента нагрузки можно использовать любой, в том числе и нестабилизированный блок с напряжением от 16 до 25 В и током до 50 мА. Диод VD3 защищает устройство от неправильной полярности питающего напряжения.

Большинство деталей размещают на печатной плате из односторонне фоль-гированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2 .

Плату устанавливают на верхней крышке корпуса из изоляционного материала. Через отверстия в плате переменные резисторы, переключатели и светодиоды крепят на верхней крышке корпуса. Гнезда закрепляют на одной из боковых стенок. Полевой транзистор размещают на теплоотводе соответствующей площади. К нему прикрепляют корпус с платой.

В устройстве можно применить любые транзисторы из серий КТ315, КТ312 (VT1, VT2), КП707Б, КП707А2 или другие аналогичные (VT3). От параметров транзистора VT3 зависят все параметры эквивалента нагрузки: максимальный ток, напряжение и мощность. Диоды КД522Б (VD1 - VD3) заменимы любыми из серий КД521, КД522, КД103, КД102. Диодный мост VD4 должен быть рассчитан на максимальный ток полевого транзистора. Допустимо использовать отдельные диоды, которые можно также разместить на теплоотводе. Светодиоды - серий АЛ307, АЛ341 или аналогичные, желательно с различным цветом свечения. Конденсаторы - КМ-6, К73-17(С1), КЛС, К10-17, КД(С2), резисторы R2 и R3 - СПО, СП4, остальные - МЛТ, С2-33. Переключатели - МТ-1 или аналогичные, а также любые малогабаритные. Монтаж сильноточных цепей эквивалента нагрузки следует выполнить проводниками большого диаметра.

Какого-либо налаживания устройство не требует, поскольку частота генератора не критична. Для контроля тока, протекающего через эквивалент нагрузки, его подключают к исследуемому блоку питания через амперметр.

Следует учесть, что при небольшом напряжении контролируемого блока питания (до 10...12 В) большого тока через полевой транзистор не получить из-за того, что его сопротивление в открытом состоянии составляет несколько ом. Поэтому, если необходим значительно больший ток, придется включить параллельно несколько таких транзисторов, в цепь истока каждого из которых нужно будет подключить резистор сопротивлением 0,1...0,2 Ом, или применить другой транзистор на больший ток (чаще всего они низковольтные), у которого сопротивление канала меньше, например, IRF520.

Время от времени у радиолюбителей возникает необходимость в электронной нагрузке. Что такое электронная нагрузка? Ну, если по простому, это такой прибор, который позволяет нагрузить блок питания (или другой источник) стабильным током, который естественно регулируется. О подобном уже писал уважаемый Kirich, я же решил попробовать в деле устройство «фирменное», запихнув его в какой-нибудь корпус и прицепив к нему приборчик для индикации. Как видим, они отлично сочетаются по заявленным параметрам.

Итак, нагрузка.платка размером 59х55мм, в комплекте пара клемм 6.5мм (весьма тугие, да еще и с защелкой - просто так не снять, нужно нажимать специальный язычок. отличные клеммы), 3-проводной шлейф с разъемом для подключения потенциометра, двухпроводной кабелёк с разъемом для подключения питания, винтик М3 для прикручивания транзистора к радиатору.

Платка красивая, края фрезерованы, пайка ровная, флюс отмыт.

На плате есть два силовых разъема для подключения собственно нагрузки, разъемы для подключения потенциометра (3-контактный), питания (2-контактный), вентилятора (3-контактный) и три контакта для подключения прибора. Тут я хочу обратить ваше внимание, что как правило черный тонкий провод от измерительного прибора использоваться не будет! В частности, в моём случае, с вышеописанным прибором (см. ссылку на обзор) - подключать тонкий черный провод НЕ НУЖНО, потому что питание и нагрузки и прибора идет от одного БП.

Силовой элемент - транзистор (200V, 30A)

Ну а из микросхем на плате присутствуют компаратор LM393, операционник LM258 и регулируемый стабилитрон TL431.

На просторах интернета была найдена :

Скажу честно - всю схему досконально не перепроверял, но беглое схемы с платой сравнение показало что вроде как всё сходится.

Собственно, больше о самой нагрузке рассказывать-то и нечего. Схема довольно простая и не работать вообще говоря не может. Да и интерес в данном случае представляет скорее её работа под нагрузкой в составе готового устройства, в частности - температура радиатора.

Долго думал из чего сделать корпус. была мысль согнуть из нержавейки, склеить из пластика… А потом подумал - так вот же оно, максимально доступное и повторяемое решение - «кнопочный пост» КП-102, на две кнопки. Радиатор нашел в ящике, вентилятор там же, клеммы и выключатель купил в оффлайне, а бананы и сетевой разъем выколупал из чего-то старого на чердаке;)

Забегая вперед скажу, что я лоханулся, и тот трансформатор который я использовал (в комплекте с выпрямительным мостиком, конечно) - не потянул данный девайс по причине высокого потребляемого вентилятором тока. Увы. Буду заказывать , должен как раз вписаться по габаритам. Как вариант - можно использовать и внешний 12В блок питания, коих тоже полно и на бэнге и в арсенале любого радиолюбителя. Питать нагрузку от исследуемого блока питания крайне нежелательно, не говоря уже о диапазоне напряжений.

Кроме того нам понадобится потенциометр на 10кОм для регулировки тока. Я рекомендую ставить многооборотистые потенциометры, например или . И там и там есть нюансы. первый тип - на 10 оборотов, второй на 5. у второго типа вал очень тонкий, около 4мм, кажется, и стандартные ручки не подходят - я натягивал два слоя термоусадки. у первого типа вал потолще, но ИМХО тоже не дотягивает до стандартных размеров, поэтому возможны проблемы - впрочем, их я в руках не держал, так что утверждать на 100% не могу. Ну и диаметр/длина как видим заметно отличаются, так что нужно прикидывать по месту. У меня были в наличии потенцы второго типа, так что я не запаривался по этому поводу, хотя надо бы и первых прикупить для коллекции. Для потенциометра нужна ручка - для эстетики и удобства. Вроде как для потенциометров первого типа должны подойти ручки, во всяком случае они с фиксирующим винтом и будут нормально держаться на гладком валу. Я же использовал то что было в наличии, натянув пару слоёв термоусадки и капнув суперклеем для фиксации термоусадки на валу. Метод проверенный - я его использовать еще для блока питания, пока всё работает, уж пару лет.

Далее были муки компоновки, которые показали что фактически единственно возможным решением является то, что я приведу ниже. К сожалению, данное решение требует подрезания корпуса, ибо из-за ребер жесткости не входит плата, а выключатель и регулятор не входят из-за того что я их старался разместить в центре выемок на корпусе, а они в итоге упёрлись в толстую стенку внутри. знал бы - перевернул бы переднюю панель.

Итак, размечаемся и делаем отверстия под сетевой разъем, транзистор и радиатор на задней стенке:

Теперь передняя панель. Отверстие под прибор это просто (правда, как я писал в предыдущем обзоре, защелки у него дурацкие, и я от греха подальше предпочел вначале защелкнуть в корпус устройства корпус прибора, а потом уже вщелкнуть в него внутренности прибора). Отверстия под выключатель и регулятор - тоже относительно просто, хотя и пришлось на фрезерном станке выбрать пазы на стенках. А вот как расположить гнёзда, чтобы «обойти» отверстие на передней панель - задача. Но я приклеил кусочек черного пластика и просверлил отверстия прямо в нем. Получилось и красиво и аккуратно.

Теперь нюансик. в приборе у нас есть термодатчик. Но зачем измерять температуру в корпусе, если можно прислонить его к радиатору? Это гораздо более полезная информация! А раз уж прибор всё равно разобран - ничто не мешает выпаять термодатчик и удлинить провода.

Для прижима датчика к радиатору я приклеил кусочек пластика к корпусу таким образом, чтобы отпустив винты крепления радиатора можно было подсунуть под пластик термодатчик, а затянув эти винты - надежно его там зафиксировать. Отверстие вокруг транзистора заблаговременно сделал на несколько мм больше.

Ну и упихиваем весь этот «взрыв на макаронной фабрике» в корпус:

Результат:

Проверка температуры радиатора:

Как видим на примерно 55Вт через 20 минут температура радиатора в непосредственной близости от силового транзистора стабилизировалась на 58 градусах.

Вот такая температура самого радиатора снаружи:

Тут, повторюсь, есть нюансики: на момент проверки устройство работало от хилого трансформатора и мало того что под нагрузкой напряжение просаживалось до 9 вольт (то есть при нормальном питании охлаждение будет ЗНАЧИТЕЛЬНО лучше), так еще и из-за некачественного питания ток стабилизировать толком не удавалось, поэтому на разных фото он немного разный.

При питании от кроны и соответственно с выключенным вентилятором имеем вот что:

Провода от БП у меня тонкие, поэтому падение напряжения тут довольно значительное получилось, ну и при желании можно еще уменьшить количество переходных сопротивлений, припаявшись везде где можно и убрав клеммы. меня же такая точность вполне устраивает - впрочем, о точности говорили в прошлом обзоре. ;)

Выводы: вполне рабочая штука, позволяющая сэкономить время на разработку собственного решения. В качестве «серьёзной» и «профессиональной» нагрузки воспринимать её, пожалуй, не стоит, но ИМХО отличная штука для начинающих, ну или когда нужно редко.

Из плюсов могу отметить хорошее качество изготовления, а минус, пожалуй, один - отсутствие потенциометра и радиатора в комплекте, и это нужно обязательно иметь в виду - устройство придется доукомплектовывать, чтобы оно начало работать. Второй минус - отсутствие термоконтроля вентилятора. При том что «ненужная» половинка компаратора как раз есть. Но это нужно было вносить на этапе разработки и изготовления платы, потому как если навешивать терморегулятор «сверху» - то его разумнее на отдельной плате собрать;)

По моей готовой конструйне - тоже есть нюансы, в частности, нужно будет поменять блок питания, ну и вообще говоря было бы неплохо и предохранитель какой-то поставить. Но предохранитель это лишние контакты и лишние сопротивления в цепи, так что тут я пока не уверен совершенно. Можно также переставить на плату шунт из прибора и задействовать его и для прибора и для электроники нагрузки, убрав «лишний» шунт из цепи.

Несомненно, существуют и «более другие» электронные нагрузки, которые стоят сопоставимо. Например . Отличие обозреваемой - в заявленном входном напряжении, до 100В, тогда как в основном нагрузки рассчитаны на работу до 30В. Ну и в данном случае у нас модульная конструкция, что лично меня весьма устраивает. Надоел прибор? Поставили поточнее или покрупнее, или еще чего. Не устраивает мощность? Поменяли транзистор или радиатор и т.д.

Одним словом - я вполне доволен результатом (ну только вот блок питания другой прикрутить - но это я сам дурак, а вы предупреждены), и вполне рекомендую к приобретению.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.