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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

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

Mora se reći, postoje neki doista 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 prikazana verzija ima LED koji vam govori da je uključen i bolji uzorak za sklopku.

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

Korak 1: Načelo rada

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

Srce Tiny Load-a je dvostruko op-amp LM358, koje uspoređuje struju koja teče u opterećenju s 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 osjetnika struje. Za svako pojačalo koje teče u R3 proizvodi se 0,1 volti. To pokazuje Ohmov zakon, V = I*R. Budući da je R3 stvarno 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 -amp ne može detektirati 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 točnošću. 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. Opće 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 spojen 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 Effect Transistor). Odabrao sam ovaj jer se nalazio u mojoj kutiji za smeće i imao je odgovarajuće ocjene napona i struje u tu svrhu, no ako kupujete novi, pronaći ćete mnogo prikladnijih uređaja.

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

Tako op-amp 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.

Budući da se MOSFET ponaša kao otpornik, na njemu postoji napon i struja koja prolazi kroz njega, što uzrokuje njegovo rasipanje 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, a kroz hladnjak do zraka, zbrojite ih zajedno za ukupni toplinski otpor. To je dato u ° C/W, pa će za svaki vati koji se raspršuje temperatura porasti za taj broj stupnjeva. Dodajte ovo temperaturi 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 izrađen 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 pakiranja od 10 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. Upotrijebite više ako želite učitati više struje.
• MOSFET tranzistor, koristio sam BUK453 jer je to ono što sam 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 namijenjenu 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 s istim razmakom između igara široko su dostupni, ali nisam siguran u pogledu pričvrsnih ušica. Možda ćete za to morati promijeniti izgled ploče.
• Gumb 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, svaka vrsta opskrbe, tračnica-željeznica, trebala bi obaviti posao.
• 22k otpornik
• 1k otpornik
• 100nF kondenzator. Ovo bi stvarno trebalo biti keramika, iako sam koristio film
• 100uF kondenzator. Mora biti ocijenjeno na najmanje 10V
• Otpor 0,1 ohma, minimalna snaga 10W. Ona koju sam koristio je prevelike veličine, opet je cijena bila presudni faktor. Metalni otpornik od 25 W 0,1 ohm 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.
• Smjesa toplinskog 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 dobivate puno!
• Mali komad aluminija za nosač
• Mali vijci i matice
• mali klizni prekidač

Korak 3: Izgradnja

Napravio sam sićušni teret od kutije za smeće 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 temelju 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 termalnom smjesom MX4 i pričvrstio pričvrsni vijak izravno u otvor s navojem. Ako nemate mogućnosti za rupiranje, samo ga malo izbušite i upotrijebite maticu.

Prvotno sam mislio da će to 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 to bi bilo još veće.

Nema stvarne potrebe pričvrstiti trenutni osjetnički otpornik 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 mrtve igračke. Pogrešno sam shvatio razmak rupa na mojoj tiskanoj ploči, ali razmak na rasporedu tiskane ploče koji je ovdje naveden trebao bi odgovarati ako imate istu vrstu minijaturnog SPDT prekidača. Nisam uključio LED u originalni dizajn, kako bih pokazao da je Tiny Load uključio, međutim shvatio da je to glup propust pa sam ga dodao.

Debele staze dok stoje nisu stvarno dovoljno debele za 10 ampera s korištenom bakrenom pločom od 1oz, pa su nabijene bakrenom žicom. Svaka od tračnica ima komad bakrene žice od 0,5 mm postavljen oko sebe i lemljen lemljenjem u intervalima, osim kratkog rastezanja koje je spojeno na tlo, budući da ravnina uzemljenja dodaje veliku količinu. Uvjerite se da dodana žica ide ravno na pinove MOSFET -a i otpornika.

PCB sam napravio metodom prijenosa tonera. Na internetu postoji ogromna količina literature o tome pa neću ulaziti u to, ali osnovni princip je da laserskim pisačem ispisujete dizajn na neki sjajni papir, zatim ga ispeglate na ploču, a zatim jenete to. Koristim neki jeftini papir za prijenos žutog tonera iz Kine i glačalo za odjeću postavljeno na malo ispod 100 ° C. Za čišćenje tonera koristim aceton. Samo nastavite brisati krpe svježim acetonom dok ne očiste. Napravio sam mnogo fotografija za ilustraciju procesa. Za posao ima mnogo boljih materijala, ali malo iznad mog proračuna! Obično moram svoje transfere popravljati olovkom.

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 eksperimentalni stroj za bušenje koji je pomalo nesavršen. Kad ispravno radi, napravit ću Instructable na njemu, obećavam!)

Prvo montirajte op-pojačalo. Ako prije niste radili sa smd -ovima, nemojte se zastrašiti, to je prilično jednostavno. Prvo izvadite jedan od jastučića na ploči sa stvarno malom količinom lema. Pažljivo postavite čip i zalijepite odgovarajuću iglu do podloge koju ste konzervirali. U redu, sada se čip neće pomicati, možete lemiti sve ostale pinove. Ako imate malo tekućine, nanošenjem ovog razmaza postupak postaje lakši.

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 jastučića, što je radilo izuzetno dobro! Spojen je pomoću standardnog pp3 konektora, međutim ploča je dizajnirana da primi značajniji tip držača koji pričvršćuje cijelu bateriju. Imao sam nekih problema s popravljanjem držača baterije jer su potrebni 2,5 mm vijci, kojih nemam dovoljno i nema matica za ugradnju. Izbušio sam rupe u isječku do 3,2 mm i probušio ih do 5,5 mm (nije pravi protuvrtač, samo sam upotrijebio bušilicu!), No 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 debelim vodovima. Mora imati neku vrstu razmaka između njega i ploče kako se ne bi pregrijalo op-pojačalo. Koristio sam matice, ali bi bolje bile metalne čahure ili hrpe podložaka zalijepljenih na ploču.

Jedan od vijaka koji učvršćuje držač baterije također prolazi kroz jedan od otpora otpornika. Pokazalo se da je ovo loša ideja.

Korak 4: Stavljanje u upotrebu, poboljšanja, neka razmišljanja

Upotreba: Tiny Load je dizajniran za crpljenje 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 gumb dolje na nulu i uključite Tiny Load. Trebali biste vidjeti malu količinu struje, do oko 50mA.

Polako namještajte gumb dok ne istekne struja koju želite testirati, napravite 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. Smanjite Tiny Load
3. Pokrenite ga u kratkim intervalima s dovoljno vremena za hlađenje između
4. Postavite ventilator na hladnjak

U redu, to su četiri mogućnosti:)

Ne postoji nikakva ulazna zaštita, stoga budite vrlo oprezni da su ulazi pravilno spojeni. Učinite nešto pogrešno i unutarnja dioda MOSFET -a provest će svu struju koja je dostupna i vjerojatno 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 postaviti ampermetar u niz s pozitivnim ili negativnim ulazom.
2. Najtočnija opcija je spojiti voltmetar preko osjetnog otpornika, kalibriranog na taj otpornik, tako da prikazani napon pokazuje struju.
3. Najjeftinija opcija je napraviti papirnu vagu koja stoji iza upravljačkog gumba i na njoj označiti kalibriranu ljestvicu.

Potencijalno bi nedostatak obrnute zaštite mogao biti veliki problem. Unutarnja dioda MOSFET -a proverava hoće li Tiny Load biti uključen ili nije. Opet postoji niz mogućnosti za rješavanje ovog problema:

1. Najjednostavnija i najjeftinija metoda bila 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 najjednostavnija metoda.
3. Najsloženija opcija je spojiti drugi MOSFET u anti-seriji s prvim, što provodi samo ako je polaritet ispravan.

Shvatio sam da je ponekad zaista potreban podesivi otpor koji može rasipati veliku snagu. Za to je moguće upotrijebiti modifikaciju ovog kruga, mnogo jeftinije od kupnje velikog reostata. Stoga 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 završio, te radi vrlo dobro. Međutim, imao sam nekih problema pri izgradnji, a kasnije sam shvatio da bi mjerač i indikator "uključeno" bili vrijedna poboljšanja.