Sarcină mică - Sarcină curentă constantă: 4 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Mi-am dezvoltat un alimentator de bancă și, în cele din urmă, am ajuns la punctul în care vreau să îi aplic o sarcină pentru a vedea cum funcționează. După ce am vizionat videoclipul excelent al lui Dave Jones și am analizat câteva alte resurse de internet, am venit cu Tiny Load. Aceasta este o sarcină de curent constant reglabilă, care ar trebui să poată gestiona aproximativ 10 amperi. Tensiunea și curentul sunt limitate de valorile tranzistorului de ieșire și de dimensiunea radiatorului.

Trebuie spus că există câteva modele cu adevărat inteligente! Tiny Load este cu adevărat de bază și simplu, o ușoară modificare a designului lui Dave, dar va disipa în continuare puterea necesară pentru a testa un psu, atâta timp cât nu obține mai mult suc decât poate suporta.

Tiny Load nu are atașat un contor de curent, dar puteți conecta un ampermetru extern sau puteți monitoriza tensiunea pe rezistorul de feedback.

Am modificat ușor designul după ce l-am construit, astfel încât versiunea prezentată aici are un LED pentru a vă spune că este pornit și un model de PCB mai bun pentru comutator.

Schema și aspectul PCB sunt prezentate aici ca fișiere PDF și, de asemenea, ca imagini JPEG.

Pasul 1: Principiul de funcționare

Pentru cei care nu sunt bine versați în principiile electronice, iată o explicație a modului în care funcționează circuitul. Dacă toate acestea vă sunt bine cunoscute, nu ezitați să treceți înainte!

Inima Tiny Load este un amplificator dual LM358, care compară curentul care curge în sarcină cu valoarea pe care ați setat-o. Amplificatoarele operaționale nu pot detecta curentul direct, astfel încât curentul este transformat într-o tensiune, pe care amplificatorul operațional o poate detecta, prin rezistor, R3, cunoscut sub numele de rezistor de detectare a curentului. Pentru fiecare amplificator care curge în R3, se produc 0,1 volți. Acest lucru este demonstrat de legea lui Ohm, V = I * R. Deoarece R3 are o valoare foarte mică, la 0,1 ohmi, nu se încălzește excesiv (puterea pe care o disipează este dată de I²R).

Valoarea pe care o setați este o fracțiune din tensiunea de referință - din nou, tensiunea este utilizată deoarece amplificatorul opțional nu poate detecta curentul. Tensiunea de referință este produsă de 2 diode în serie. Fiecare diodă va dezvolta o tensiune peste ea în regiunea de 0,65 volți, atunci când un curent curge prin ea. Această tensiune, care este de obicei de până la 0,1 volți de fiecare parte a acestei valori, este o proprietate inerentă a joncțiunilor silicon p-n. Deci, tensiunea de referință este în jur de 1,3 volți. Deoarece nu este un instrument de precizie, nu este nevoie de o acuratețe mare aici. Diodele își obțin curentul printr-un rezistor. conectat la baterie. Tensiunea de referință este puțin ridicată pentru setarea sarcinii la maximum 10 amperi, astfel încât potențiometrul care setează tensiunea de ieșire este conectat în serie cu un rezistor de 3k care scade puțin tensiunea.

Deoarece referința și rezistența de detectare a curentului sunt conectate împreună și conectate la conexiunea zero volți a amplificatorului, amplificatorul poate detecta diferența dintre cele două valori și poate regla ieșirea astfel încât diferența să fie redusă la aproape zero. Regula generală utilizată aici este că un amplificator operațional va încerca întotdeauna să-și regleze ieșirea astfel încât cele două intrări să fie la aceeași tensiune.

Există un condensator electrolitic conectat la baterie pentru a scăpa de orice zgomot care se află în alimentarea amplificatorului. Există un alt condensator conectat de-a lungul diodelor pentru a diminua zgomotul pe care îl generează.

Sfârșitul de activitate al Tiny Load este format dintr-un MOSFET (tranzistor cu efect de câmp semiconductor de oxid de metal). Am ales-o pe aceasta pentru că era în cutia mea de gunoi și avea tensiuni și curente adecvate pentru acest scop, totuși, dacă cumpărați una nouă, există dispozitive mult mai potrivite.

Mosfetul acționează ca un rezistor variabil, unde scurgerea este conectată la partea + a sursei pe care doriți să o testați, sursa este conectată la R3 și, prin aceasta, la - conductorul sursei pe care doriți să o testați, iar poarta este conectată la ieșirea amplificatorului op. Când nu există tensiune pe poartă, mosfetul acționează ca un circuit deschis între drenaj și sursă, cu toate acestea, atunci când tensiunea este aplicată peste o anumită valoare (tensiunea „prag”), începe să conducă. Ridicați suficient tensiunea porții și rezistența acesteia va deveni foarte mică.

Deci, amplificatorul operațional menține tensiunea porții la un nivel în care curentul care trece prin R3 determină dezvoltarea unei tensiuni care este aproape egală cu fracțiunea tensiunii de referință setate prin rotirea potențiometrului.

Deoarece mosfetul acționează ca un rezistor, are tensiune peste el și curent care curge prin el, ceea ce îl face să disipeze puterea, sub formă de căldură. Această căldură trebuie să meargă undeva sau altfel ar distruge tranzistorul foarte repede, deci din acest motiv este înșurubat la un radiator. Calculele pentru calcularea dimensiunii radiatorului sunt simple, dar și puțin întunecate și misterioase, dar se bazează pe diferitele rezistențe termice care împiedică fluxul de căldură prin fiecare parte de la joncțiunea semiconductoare către aerul exterior și creșterea acceptabilă a temperaturii. Deci, aveți rezistența termică de la joncțiune la carcasa tranzistorului, de la carcasă la radiator și, prin radiator, la aer, adăugați-le împreună pentru rezistența termică totală. Acest lucru este dat în ° C / W, astfel încât pentru fiecare watt care este disipat, temperatura va crește cu acel număr de grade. Adăugați acest lucru la temperatura ambiantă și veți obține temperatura la care va funcționa joncțiunea semiconductoare.

Pasul 2: Piese și instrumente

Am construit Tiny Load folosind mai ales piese de cutie de gunoi, deci este puțin arbitrar!

PCB-ul este fabricat din SRBP (FR2) pe care, întâmplător, îl am pentru că a fost ieftin. Este acoperit cu cupru de 1 oz. Diodele, condensatoarele și MOSFET sunt vechi, iar op-amp-ul este unul dintr-un pachet de 10 pe care l-am primit acum ceva vreme pentru că erau ieftine. Costul este singurul motiv pentru care se folosește un dispozitiv smd pentru acest lucru - 10 dispozitive smd mă costă la fel ca 1 orificiu de trecere pe care l-ați avea.

• 2 diode 1N4148. Folosiți mai mult dacă doriți să puteți încărca mai mult curent.
• Tranzistor MOSFET, am folosit un BUK453 pentru că așa am avut, dar alegeți ce vă place, atâta timp cât curentul nominal este peste 10A, tensiunea pragului este sub aproximativ 5v și Vds-ul este mai mare decât maximul pe care îl așteptați folosiți-l la, ar trebui să fie bine. Încercați să alegeți una concepută pentru aplicații liniare, mai degrabă decât pentru comutare.
• Potențiometru de 10k. Am ales această valoare pentru că este ceea ce am întâmplat să am, care este una pe care am demontat-o dintr-un televizor vechi. Cele cu aceeași distanță între pini sunt disponibile pe scară largă, dar nu sunt sigur de urechile de montare. Este posibil să fie necesar să modificați aspectul plăcii pentru aceasta.
• Buton pentru a potrivi potențiometrul
• Rezistor 3k. 3.3k ar trebui să funcționeze la fel de bine. Folosiți o valoare mai mică dacă doriți să puteți încărca mai mult curent cu referința cu 2 diode afișată.
• LM358 op-amp. Într-adevăr, orice tip de aprovizionare, feroviar-feroviar, ar trebui să facă treaba.
• Rezistor de 22k
• 1k rezistor
• Condensator 100nF. Aceasta ar trebui să fie într-adevăr ceramică, deși am folosit una de film
• Condensator 100uF. Trebuie evaluat la cel puțin 10V
• Rezistor de 0,1 ohm, putere minimă de 10W. Cel pe care l-am folosit este supradimensionat, iar costul a fost factorul copleșitor aici. Un rezistor de 0,1 ohm de 25W cu carcasă metalică a fost mai ieftin decât tipurile cu o clasificare mai adecvată. Ciudat dar adevarat.
• Radiator - un radiator vechi CPU funcționează bine și are avantajul că este proiectat pentru a avea atașat un ventilator dacă aveți nevoie de unul.
• Compus termic pentru radiator. Am aflat că compușii pe bază de ceramică funcționează mai bine decât cei pe bază de metal. Am folosit Arctic Cooling MX4 pe care întâmplător îl aveam. Funcționează bine, este ieftin și primești o mulțime!
• Bucată mică de aluminiu pentru suport
• Șuruburi mici și piulițe
• mic comutator glisant

Pasul 3: Construcție

Am construit încărcătura mică din cutie de gunoi sau piese foarte ieftine

Radiatorul este un vechi radiator CPU de epocă pentium. Nu știu ce este rezistența termică, dar cred că este de aproximativ 1 sau 2 ° C / W pe baza imaginilor din partea de jos a acestui ghid: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc … deși experiența ar sugera acum că este mai bine decât asta.

Am forat o gaură în mijlocul radiatorului, l-am bătut și am montat tranzistorul pe acesta cu compus termic MX4 și am înșurubat șurubul de montare direct în gaura filetată. Dacă nu aveți mijloacele necesare pentru a atinge găurile, forați-o puțin mai mare și folosiți o piuliță.

Am crezut inițial că acest lucru se va limita la o disipare de aproximativ 20W, totuși l-am funcționat la 75W sau mai mult, unde a devenit destul de fierbinte, dar încă nu prea fierbinte pentru utilizare. Cu un ventilator de răcire atașat, acest lucru ar fi încă mai mare.

Nu există nici o nevoie reală de a fixa rezistorul de simțire curent la bord, dar ce rost are să ai găuri de șuruburi dacă nu le poți fixa ceva? Am folosit bucăți mici de sârmă groasă rămase de la unele lucrări electrice, pentru a conecta rezistorul la placă.

Comutatorul de alimentare a venit de la o jucărie defuncțională. Am greșit distanțarea găurilor pe PCB-ul meu, dar spațiul de pe aspectul PCB-ului dat aici ar trebui să se potrivească dacă aveți același tip de comutator SPDT miniatural. Nu am inclus un LED în designul original, pentru a arăta că Tiny Load este pornit, oricum mi-am dat seama că este o omisiune prostească, așa că l-am adăugat în.

Urmele groase așa cum stau nu sunt cu adevărat suficient de groase pentru 10 amperi, cu placa de 1 oz din cupru folosită, așa că este împachetată cu niște sârmă de cupru. Fiecare dintre șine are o bucată de sârmă de cupru de 0,5 mm așezată în jurul său și lipită la intervale de timp, cu excepția întinderii scurte care este conectată la sol, deoarece planul de sol adaugă o mulțime de volum. Asigurați-vă că firul adăugat merge direct la pinii rezistenței și mosfetului.

Am făcut PCB folosind metoda de transfer a tonerului. Există o cantitate imensă de literatură pe net despre acest lucru, așa că nu voi intra în el, dar principiul de bază este că utilizați o imprimantă laser pentru a imprima designul pe niște hârtie lucioasă, apoi îl călcați pe tablă, apoi gravați aceasta. Folosesc niște hârtie ieftină de transfer de toner galben din China și un fier de călcat pentru haine setat la puțin sub 100 ° C. Folosesc acetonă pentru a curăța tonerul. Continuați să ștergeți cu cârpe cu acetonă proaspătă până când acestea vin curate. Am făcut multe fotografii pentru a ilustra procesul. Există materiale mult mai bune disponibile pentru job, dar puțin peste bugetul meu! De obicei, trebuie să îmi ating transferurile cu un stilou.

Găuriți găurile folosind metoda preferată, apoi adăugați firul de cupru pe șenile largi. Dacă priviți cu atenție, puteți vedea că mi-am încurcat puțin forajul (pentru că am folosit o mașină de găurit experimental care este oarecum imperfectă. Când va funcționa corect, voi face un instructable pe el, vă promit!)

Mai întâi montați op-amp. Dacă nu ați mai lucrat cu smd-uri, nu vă lăsați intimidați, este destul de ușor. Mai întâi stanjați unul dintre tampoanele de pe tablă cu o cantitate foarte mică de lipit. Poziționați cipul cu multă atenție și lipiți știftul corespunzător în jos pe tamponul pe care l-ați conservat. Ok, acum cipul nu se va mișca, puteți lipi toate celelalte pini. Dacă aveți un flux de lichid, aplicarea unui frotiu de acest lucru face procesul mai ușor.

Montați restul componentelor, cel mai mic mai întâi, ceea ce este cel mai probabil diodele. Asigurați-vă că le obțineți în modul corect. Am făcut lucrurile ușor înapoi montând mai întâi tranzistorul pe radiator, pentru că l-am folosit inițial cu experimentul.

O vreme bateria a fost montată pe placă folosind tampoane lipicioase, care au funcționat remarcabil de bine! A fost conectat folosind un conector PP3 standard, însă placa este concepută pentru a avea un tip de suport mai substanțial care se fixează în întreaga baterie. Am avut câteva probleme la fixarea suportului bateriei, deoarece este nevoie de șuruburi de 2,5 mm, pe care le am în lipsă și nu au piulițe pentru a se potrivi. Am găurit găurile din clemă la 3,2 mm și le-am contracarat la 5,5 mm (nu este contracarare reală, am folosit doar un burghiu!), Totuși, am găsit că burghiul mai mare prinde plasticul foarte brusc și am trecut direct printr-una dintre găuri. Bineînțeles că ați putea folosi tampoane lipicioase pentru a-l repara, ceea ce, în retrospectivă, poate fi mai bun.

Tăiați firele clemei bateriei, astfel încât să aveți aproximativ un centimetru de sârmă, tăiați capetele, filetați-le prin găurile din tablă și lipiți capetele înapoi prin tablă.

Dacă utilizați un rezistor cu carcasă metalică, ca cel prezentat, montați-l cu cabluri groase. Trebuie să aibă un fel de distanțieri între acesta și placă, astfel încât să nu supraîncălzească amplificatorul op. Am folosit nuci, dar mânecile metalice sau teancurile de șaibe lipite de tablă ar fi fost mai bune.

Unul dintre șuruburile care fixează clema bateriei trece, de asemenea, prin unul dintre urechile rezistorului. Aceasta s-a dovedit a fi o idee proastă.

Pasul 4: punerea în funcțiune, îmbunătățiri, câteva gânduri

Utilizare: Tiny Load este conceput pentru a trage un curent constant dintr-o sursă de alimentare, indiferent de tensiune, deci nu este nevoie să conectați altceva la acesta, cu excepția unui ampermetru, pe care ar trebui să îl plasați în serie cu una dintre intrări.

Rotiți butonul în jos la zero și porniți Tiny Load. Ar trebui să vedeți o cantitate mică de curent, până la aproximativ 50mA.

Reglați încet butonul până când curge curentul la care doriți să testați, faceți orice teste trebuie să faceți. Verificați că radiatorul nu este prea fierbinte - regula generală este că, dacă vă arde degetele, este prea fierbinte. Aveți trei opțiuni în acest caz:

1. Reduceți tensiunea de alimentare
2. Reduceți Tiny Load
3. Rulați-l pentru intervale scurte, cu mult timp să vă răcoriți între ele
4. Montați un ventilator pe radiator

OK, bine, sunt patru opțiuni:)

Nu există nicio protecție de intrare, așa că aveți mare grijă ca intrările să fie conectate corect. Înțelegeți greșit și dioda intrinsecă a mosfetului va conduce tot curentul disponibil și probabil va distruge mosfetul în acest proces.

Îmbunătățiri: a devenit rapid evident că Tiny Load trebuie să aibă propriile mijloace de măsurare a curentului pe care îl atrage. Există trei moduri în acest sens.

1. Cea mai simplă opțiune este de a monta un ampermetru în serie cu intrarea pozitivă sau negativă.
2. Cea mai precisă opțiune este să conectați un voltmetru peste rezistența de sens, calibrată la acel rezistor, astfel încât tensiunea indicată să indice curentul.
3. Cea mai ieftină opțiune este să faceți o scală de hârtie care să se potrivească în spatele butonului de control și să marcați o scală calibrată pe ea.

Potențial, lipsa de protecție inversă ar putea fi o mare problemă. Dioda intrinsecă a mosfetului va conduce indiferent dacă Tiny Load este pornită sau nu. Din nou, există o serie de opțiuni pentru a rezolva acest lucru:

1. Cea mai simplă și mai ieftină metodă ar fi conectarea unei diode (sau a unor diode în paralel) în serie cu intrarea.
2. O opțiune mai scumpă este utilizarea unui mosfet care are o protecție inversă. OK, deci aceasta este și cea mai simplă metodă.
3. Cea mai complexă opțiune este să conectați un al doilea mosfet în anti-serie cu primul, care se desfășoară numai dacă polaritatea este corectă.

Mi-am dat seama că uneori ceea ce este cu adevărat necesar este o rezistență reglabilă care poate disipa o mulțime de putere. Este posibil să utilizați o modificare a acestui circuit pentru a face acest lucru, mult mai ieftin decât cumpărarea unui reostat mare. Așadar, căutați Tiny Load MK2, care va putea fi trecut în modul rezistiv!

Gânduri finale Tiny Load s-a dovedit a fi util chiar înainte de a fi terminat și funcționează foarte bine. Cu toate acestea, am avut câteva probleme la construirea acestuia și mi-am dat seama după aceea că un indicator și indicatorul „pornit” ar fi îmbunătățiri valoroase.