Majhna obremenitev - konstantna trenutna obremenitev: 4 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Sam sem razvijal klopno napajanje in končno prišel do točke, ko želim nanjo naložiti obremenitev, da vidim, kako deluje. Ko sem si ogledal odličen video Dave Jones in si ogledal nekaj drugih internetnih virov, sem prišel do filma Tiny Load. To je nastavljiva obremenitev s konstantnim tokom, ki bi morala prenašati približno 10 amperov. Napetost in tok sta omejena z nazivno vrednostjo izhodnega tranzistorja in velikostjo hladilnika.

Treba je reči, da obstaja nekaj res pametnih modelov! Drobna obremenitev je res osnovna in enostavna, rahla sprememba Davejeve zasnove, vendar bo vseeno razpršila moč, potrebno za testiranje psu, dokler ne dobi več soka, kot ga lahko prenese.

Drobna obremenitev nima priključenega merilnika toka, lahko pa priključite zunanji ampermeter ali spremljate napetost na uporovnem uporu.

Obliko sem rahlo spremenil, zato ima predstavljena različica LED, ki vam pove, da je vklopljen, in boljši vzorec tiskane plošče za stikalo.

Shema in postavitev tiskanega vezja sta tukaj predstavljeni kot datoteke PDF in tudi kot slike JPEG.

1. korak: Načelo delovanja

Za tiste, ki ne poznajo elektronskih načel, je tukaj razlaga, kako deluje vezje. Če vam je vse to dobro znano, lahko preskočite naprej!

Srce Tiny Loada je dvojni op-amp LM358, ki primerja tok, ki teče v bremenu, z vrednostjo, ki ste jo nastavili. Op-ojačevalniki ne morejo neposredno zaznati toka, zato se tok spremeni v napetost, ki jo op-amp lahko zazna, z uporom R3, znanim kot upor za zaznavanje toka. Za vsak ojačevalnik, ki teče v R3, proizvede 0,1 volta. To kaže Ohmov zakon, V = I*R. Ker je R3 res nizka vrednost, pri 0,1 ohma se ne segreje preveč (moč, ki jo razprši, daje I²R).

Vrednost, ki jo nastavite, je del referenčne napetosti - spet se uporablja napetost, ker op -amp ne more zaznati toka. Referenčno napetost proizvajata 2 diodi zaporedno. Vsaka dioda bo razvila napetost na njej v območju 0,65 voltov, ko bo skozi njo tekel tok. Ta napetost, ki je običajno do 0,1 volta na obeh straneh te vrednosti, je lastnost silicijevih p-n stikov. Referenčna napetost je torej okoli 1,3 volta. Ker to ni natančen instrument, tukaj ni potrebe po veliki natančnosti. Diode dobijo svoj tok preko upora. priključen na baterijo. Referenčna napetost je nekoliko visoka za nastavitev obremenitve na največ 10 amperov, zato je potenciometer, ki nastavi izhodno napetost, zaporedno povezan s 3k uporom, ki napetost nekoliko spusti.

Ker sta referenčni in trenutni zaznavni upor povezana skupaj z ničelno voltno povezavo op-ojačevalnika, lahko op-amp zazna razliko med obema vrednostma in prilagodi izhod tako, da se razlika zmanjša na skoraj nič. Splošno pravilo, ki se uporablja tukaj, je, da bo op-amp vedno poskušal prilagoditi svoj izhod tako, da bosta dva vhoda na isti napetosti.

Čez baterijo je priključen elektrolitski kondenzator, da se znebite hrupa, ki se znajde v oskrbi z ojačevalnikom. Na diode je priključen še en kondenzator, ki duši hrup, ki ga ustvarjajo.

Poslovni konec drobne obremenitve tvori MOSFET (polprevodniški tranzistor s polprevodniškim kovinskim oksidom). Za to sem se odločil, ker je bil v moji nepotrebni škatli in je imel v ta namen ustrezne ocene napetosti in toka, če pa kupujete novo, lahko najdete veliko bolj primernih naprav.

MOSFET deluje kot spremenljiv upor, kjer je odtok priključen na + stran napajanja, ki ga želite preizkusiti, vir je priključen na R3, prek tega pa na - vod napajanja, ki ga želite preizkusiti, vrata pa so priključena na izhod op-amp. Kadar na vratih ni napetosti, MOSFET deluje kot odprto vezje med odtokom in izvorom, ko pa napetost deluje nad določeno vrednostjo (napetost "praga"), se začne izvajati. Dovolj dvignite napetost vrat in njen upor bo postal zelo nizek.

Tako op-amp ohranja napetost vrat na ravni, kjer tok, ki teče skozi R3, povzroči razvoj napetosti, ki je skoraj enaka deležu referenčne napetosti, ki ste jo nastavili z obračanjem potenciometra.

Ker mosfet deluje kot upor, ima na njem napetost in tok, ki teče skozi njega, zaradi česar izgublja moč v obliki toplote. Ta toplota mora nekam oditi, sicer bi zelo hitro uničil tranzistor, zato je zaradi tega pritrjen na hladilnik. Matematika za izračun velikosti hladilnika je preprosta, a tudi nekoliko temna in skrivnostna, vendar temelji na različnih toplotnih uporih, ki ovirajo pretok toplote skozi vsak del od polprevodniškega stika do zunanjega zraka, in sprejemljivem povečanju temperature. Tako imate toplotno upornost od stika do ohišja tranzistorja, od ohišja do hladilnika in skozi hladilnik do zraka, jih skupaj dodajte za celotno toplotno upornost. To je podano v ° C/W, zato se bo za vsak razpršeni vat temperatura dvignila za to število stopinj. Če to dodate temperaturi okolice, dobite temperaturo, pri kateri bo deloval vaš polprevodniški spoj.

2. korak: Deli in orodja

Drobno obremenitev sem izdelal predvsem z deli za neželeno embalažo, zato je malo poljubno!

PCB je narejen iz SRBP (FR2), ki ga imam, ker je bil poceni. Prevlečen je z 1oz bakra. Diode in kondenzatorji ter MOSFET so stari že rabljeni, op-amp pa je eden od 10 paketov, ki sem jih dobil pred časom, ker so bili poceni. Edini razlog za uporabo smd naprave za to so stroški - 10 smd naprav me stanejo enako kot 1 skozi luknjo.

• 2 x 1N4148 diode. Uporabite več, če želite naložiti več toka.
• MOSFET tranzistor, uporabil sem BUK453, ker je to tisto, kar sem imel, vendar izberite tisto, kar vam je všeč, če je trenutna ocena večja od 10A, je prag napetosti pod približno 5V in Vds je višji od največjega, kar pričakujete uporabite pri, vse bi moralo biti v redu. Poskusite izbrati tistega, ki je namenjen linearnim aplikacijam in ne preklopu.
• 10k potenciometer. To vrednost sem izbral, ker sem jo slučajno imel in jo razstavil s starega televizorja. Na voljo so tisti z enakim razmikom med zatiči, vendar nisem prepričan glede pritrdilnih nastavkov. Za to boste morda morali spremeniti postavitev plošče.
• Ročaj za namestitev potenciometra
• 3k upor. 3.3k bi moral delovati prav tako dobro. Če želite prikazati 2-diodno referenco, uporabite nižjo vrednost.
• Op-amp LM358. Dejansko bi morala delo opraviti vsaka vrsta dobave, železnica do železnice.
• 22k upor
• 1k upor
• 100nF kondenzator. Res bi morala biti keramika, čeprav sem uporabil film
• 100uF kondenzator. Napetost mora biti najmanj 10 V.
• 0,1 ohmski upor, minimalna moč 10W. Ta, ki sem ga uporabil, je prevelik, spet so bili stroški glavni dejavnik. Kovinski upor 25 W 0,1 ohm je bil cenejši od ustreznejših tipov. Čudno, a resnično.
• Hladilnik - stari hladilnik CPE deluje dobro in ima prednost, da je zasnovan tako, da ima ventilator, če ga potrebujete.
• Mešanica toplotnega hladilnika. Naučil sem se, da spojine na osnovi keramike delujejo bolje kot spojine na osnovi kovine. Uporabil sem Arctic Cooling MX4, ki sem ga slučajno imel. Deluje dobro, poceni je in dobite veliko!
• Majhen kos aluminija za nosilec
• Majhni vijaki in matice
• majhno drsno stikalo

3. korak: Gradnja

Majhen tovor sem zgradil iz škatle za odpadke ali zelo poceni delov

Hladilnik je stari hladilnik CPU iz obdobja pentiuma. Ne vem, kakšna je toplotna odpornost, vendar predvidevam, da je približno 1 ali 2 ° C/W glede na slike na dnu tega priročnika: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc … čeprav izkušnje zdaj kažejo, da je bolje od tega.

Na sredini hladilnika sem izvrtal luknjo, jo dotaknil in nanjo s termično spojino MX4 namestil tranzistor in pritrdil pritrdilni vijak neposredno v luknjano luknjo. Če nimate sredstev za odpiranje lukenj, ga izvrtajte nekoliko večje in uporabite matico.

Sprva sem mislil, da bo to omejeno na približno 20 W razpršitve, vendar sem imel delovanje pri 75 W ali več, kjer se je precej segrelo, vendar še vedno ni preveč vroče za uporabo. S priključenim hladilnim ventilatorjem bi bilo to še višje.

Trenutno ni potrebe, da bi trenutni čutni upor pritrdili na ploščo, toda kakšen je smisel imeti luknje za vijake, če nanje ne morete kaj priviti? Za priključitev upora na ploščo sem uporabil majhne koščke debele žice, ki so ostali od nekaterih električnih del.

Stikalo za vklop je prišlo iz neaktivne igrače. Na svojem tiskanem vezju sem naredil napačen razmik lukenj, toda razmik na postavitvi tiskanega vezja bi moral ustrezati, če imate isto vrsto miniaturnega stikala SPDT. V prvotno zasnovo nisem vključil LED, ki bi pokazal, da je Tiny Load vklopil, vendar spoznal, da je to neumna opustitev, zato sem jo dodal.

Debele steze, ko stojijo, niso dovolj debele za 10 amperov z uporabljeno bakreno ploščo 1oz, zato je napolnjena z nekaj bakrene žice. Vsaka od tirnic ima okrog sebe položen kos 0,5-milimetrske bakrene žice, ki je v določenih časovnih presledkih spajkana, razen kratkega odseka, ki je povezan z zemljo, saj ozemljitvena ravnina doda veliko nasipa. Prepričajte se, da dodana žica gre naravnost na zatiče MOSFET in upor.

PCB sem izdelal po metodi prenosa tonerja. Na internetu je ogromno literature o tem, zato se ne bom spuščal v to, vendar je osnovno načelo, da z laserskim tiskalnikom natisnete dizajn na nekaj sijočega papirja, nato pa ga zlikate na ploščo in nato jedkate to. Uporabljam nekaj poceni papirja za prenos tonerja iz Kitajske in likalnik za oblačila nastavljen na malo pod 100 ° C. Toner očistim z acetonom. Obrišite s krpami s svežim acetonom, dokler niso čisti. Za ponazoritev postopka sem naredil veliko fotografij. Za delo je na voljo veliko boljših materialov, vendar nekoliko presega moj proračun! Ponavadi moram svoje prenose popravljati z markerjem.

Izvrtajte luknje po svoji najljubši metodi, nato dodajte bakreno žico na široke tire. Če pogledate natančno, lahko vidite, da sem malce pokvaril vrtanje (ker sem uporabil poskusni vrtalni stroj, ki je nekoliko nepopoln. Ko bo deloval pravilno, bom na njem naredil navodila, obljubim!)

Najprej namestite op-amp. Če še niste delali s smd -ji, se ne ustrašite, to je precej enostavno. Najprej položite eno od blazinic na ploščo z zelo majhno količino spajkanja. Čip zelo previdno namestite in ustrezni zatič prilepite na blazinico, ki ste jo konzervirali. Ok, zdaj se čip ne premika, lahko spajkate vse ostale zatiče. Če imate nekaj tekočega toka, vam postopek olajša postopek z brisom.

Namestite preostale komponente, najprej najmanjše, najverjetneje diode. Poskrbite, da jih boste dobili na pravi način. Stvari sem naredil nekoliko nazaj, tako da sem tranzistor najprej namestil na hladilnik, ker sem ga sprva eksperimentiral.

Nekaj časa je bila baterija pritrjena na ploščo z lepljivimi blazinicami, kar je delovalo izjemno dobro! Priključen je bil s standardnim priključkom pp3, vendar je plošča zasnovana tako, da sprejme pomembnejši nosilec, ki pritrdi celotno baterijo. Imel sem nekaj težav s pritrditvijo držala za baterijo, saj potrebuje 2,5 -milimetrske vijake, ki mi jih primanjkuje in nimajo matic. Izvrtal sem luknje v zaponki do 3,2 mm in jih odvrgel do 5,5 mm (ni pravo nasprotje, uporabil sem samo sveder!), Vendar sem ugotovil, da večji sveder zelo ostro prijema plastiko in je šel skozi eno od lukenj. Seveda lahko za popravilo uporabite lepljive blazinice, kar je za nazaj morda bolje.

Obrežite žice sponke akumulatorja, tako da boste imeli približno centimeter žice, pokosite konce, jih napeljite skozi luknje na plošči in konce spajkajte nazaj skozi ploščo.

Če uporabljate upor s kovinskim ohišjem, kot je prikazan, ga namestite z debelimi vodili. Med njim in ploščo mora imeti nekakšne distančnike, da se ne pregreje op-amp. Uporabil sem matice, vendar bi bili boljši kovinski tulci ali svežnji podložk, prilepljenih na desko.

Eden od vijakov, ki pritrdi sponko akumulatorja, gre tudi skozi eno od uporovnih čepov. To se je izkazalo za slabo idejo.

4. korak: Začetek uporabe, izboljšave, nekaj misli

Uporaba: Drobna obremenitev je zasnovana tako, da črpa konstanten tok iz napajalnika, ne glede na napetost, zato nanj ni treba priključiti ničesar drugega, razen ampermetra, ki ga postavite zaporedno z enim od vhodov.

Gumb obrnite navzdol na nič in vklopite Tiny Load. Videti morate majhno količino toka, do približno 50 mA.

Počasi nastavljajte gumb, dokler ne teče tok, pri katerem želite preskusiti, in opravite vse teste, ki jih morate narediti. Preverite, ali je hladilnik pretirano vroč - tukaj velja pravilo, da če vam opeče prste, je prevroče. V tem primeru imate tri možnosti:

1. Izklopite napajalno napetost
2. Zmanjšajte Tiny Load
3. Zaženite ga v kratkih intervalih z dovolj časa, da se vmes ohladi
4. Na hladilnik namestite ventilator

V redu, to so štiri možnosti:)

Vhodne zaščite ni, zato bodite zelo previdni, da so vhodi pravilno povezani. Naredite napako in vgrajena dioda MOSFET bo izvedla ves tok, ki je na voljo, in bo pri tem verjetno uničil MOSFET.

Izboljšave: Kmalu se je pokazalo, da mora drobna obremenitev imeti lastna sredstva za merjenje toka, ki ga črpa. Za to obstajajo trije načini.

1. Najenostavnejša možnost je, da ampermeter zaporedno namestite s pozitivnim ali negativnim vhodom.
2. Najbolj natančna možnost je, da na senzorski upor priključite voltmeter, umerjen na ta upor, tako da prikazana napetost označuje tok.
3. Najcenejša možnost je, da naredite papirnato tehtnico, ki se prilega za gumb za upravljanje, in na njej označite umerjeno tehtnico.

Potencialno bi lahko bil pomanjkanje povratne zaščite velik problem. MOSFET -ova notranja dioda bo preverila, ali je drobna obremenitev vklopljena ali ne. Spet obstaja več možnosti za rešitev tega problema:

1. Najenostavnejša in najcenejša metoda bi bila zaporedna povezava diode (ali nekaterih diod vzporedno) z vhodom.
2. Dražja možnost je uporaba MOSFET -a z vgrajeno zaščito za vzvratno vožnjo. V redu, to je tudi najpreprostejša metoda.
3. Najbolj zapletena možnost je, da na drugo serijo priključite drugi MOSFET, ki deluje le, če je polarnost pravilna.

Spoznal sem, da je včasih res potrebna nastavljiva upornost, ki lahko razprši veliko energije. Za to je mogoče uporabiti spremembo tega vezja, ki je veliko cenejša od nakupa velikega reostata. Zato bodite pozorni na Tiny Load MK2, ki ga bo mogoče preklopiti v uporovni način!

Zadnje misliTiny Load se je izkazal za uporabnega, še preden je bil končan, in deluje zelo dobro. Vendar sem imel pri izdelavi le -te nekaj težav, nato pa sem spoznal, da bi bili števec in indikator "vklopljeni" dragoceni izboljšavi.