Эквивалент нагрузки на полевом транзисторе схема
И. НЕЧАЕВ, г. Москва
При налаживании и испытании сильноточных блоков питания возникает потребность в мощном эквиваленте нагрузки, сопротивление которого можно изменять в широких пределах. Использование для этих целей мощных переменных резисторов не всегда возможно из-за сложности их приобретения, а пользоваться набором постоянных неудобно, поскольку нет возможности плавно регулировать сопротивление нагрузки.
Выходом из такой ситуации может быть применение универсального эквивалента нагрузки, собранного на мощных транзисторах. Принцип работы этого устройства основан на том, что, изменяя управляющее напряжение на затворе (базе) транзистора, можно изменять ток стока (коллектора) и устанавливать необходимое его значение. Если применить мощные полевые транзисторы, то мощность такого эквивалента нагрузки может достигать нескольких сотен ватт.
В большинстве описанных ранее подобных конструкций, например [1,2], осуществляется стабилизация потребляемого нагрузкой тока, который слабо зависит от приложенного напряжения. Предлагаемый эквивалент нагрузки по своим свойствам подобен переменному резистору.
Схема устройства показана на рис. 1.
Устройство содержит делитель входного напряжения R1—R3 и два источника тока, управляемых напряжением (ИТУН). Первый ИТУН собран на ОУ DA1.1 и транзисторе VT1, второй — на ОУ DA1.2 и транзисторе VT2. Резисторы R5 и R7 — датчики тока, резисторы R4, R6 и конденсаторы С3—С6 обеспечивают устойчивую работу ИТУН.
На вход каждого ИТУН подано напряжение UR3 с резистора R3, которое пропорционально входному напряжению и равно Uвх * R3/(R1+R2+R3). Ток первого ИТУН, протекающий через транзистор VT1, равен IVT1= UR3/R5, ток второго, протекающий через транзистор VT2, — IVT2= UR3/R7. Поскольку сопротивление резисторов R5 и R7 одинаково, то входное сопротивление эквивалента нагрузки равно Rвх= U вх/(IVT1+IVT2) = R5(R1+R2+R3)/2R3. Для указанных на схеме номиналов резисторов Rвх можно изменять резистором R1 приблизительно от 1 до 11 Ом.
В качестве регулирующих элементов, на которых рассеивается почти вся мощность, применены мощные полевые переключательные транзисторы IRF3205. Транзистор этой серии имеет минимальное сопротивление канала 0,008 Ом, допустимые ток стока 110 А, рассеиваемую мощность до 200 Вт, напряжение сток—исток 55 В. Эти параметры соответствуют температуре корпуса 25 °С. При нагревании корпуса до 100 °С предельная мощность снижается вдвое. Предельная температура корпуса — 175 °С. Для увеличения максимальной мощности оба ИТУН включены параллельно.
Большая часть деталей размещена на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 2).
Фотография платы с деталями показана на рис. 3.
Использованы элементы для поверхностного монтажа: резисторы Р1-12 или аналогичные импортные, причем R5 и R7 составлены из пяти включенных параллельно резисторов по 0,1 Ом. Конденсаторы — также для поверхностного монтажа, но можно применить К10-17 или аналогичные. Переменный резистор R1 — СПО, его можно заменить на СП4-1.
Транзисторы установлены на общий теплоотвод с обязательным использованием теплопроводящей пасты. Следует помнить, что он электрически соединен со стоками полевых транзисторов.
Для обдува теплоотвода использован вентилятор (М1) от компьютерного блока питания. Для питания ОУ DA1 и вентилятора М1 необходим отдельный стабилизированный источник с напряжением 12 В. Если при суммарной рассеиваемой мощности 150. 200 Вт температура корпусов транзисторов превысит 80. 90 °С, то необходимо установить еще один вентилятор или применить более эффективный теплоотвод.
Используя выражение для эквивалентного входного сопротивления, можно подобрать номиналы элементов для получения требуемого интервала его изменения. С целью упрощения устройства можно использовать только один ИТУН, но в таком случае максимальная рассеиваемая мощность уменьшится вдвое. При испытаниях трансформаторов и других источников переменного тока на входе устройства следует установить диодный мост соответствующей мощности, как показано пунктиром на рис. 1 в статье [1].
ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2002, № 2, с. 40,41.
2. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2005, № 1, с. 35.
И. НЕЧАЕВ, г. Москва
При налаживании и испытании сильноточных блоков питания возникает потребность в мощном эквиваленте нагрузки, сопротивление которого можно изменять в широких пределах. Использование для этих целей мощных переменных резисторов не всегда возможно из-за сложности их приобретения, а пользоваться набором постоянных неудобно, поскольку нет возможности плавно регулировать сопротивление нагрузки.
Выходом из такой ситуации может быть применение универсального эквивалента нагрузки, собранного на мощных транзисторах. Принцип работы этого устройства основан на том, что, изменяя управляющее напряжение на затворе (базе) транзистора, можно изменять ток стока (коллектора) и устанавливать необходимое его значение. Если применить мощные полевые транзисторы, то мощность такого эквивалента нагрузки может достигать нескольких сотен ватт.
В большинстве описанных ранее подобных конструкций, например [1,2], осуществляется стабилизация потребляемого нагрузкой тока, который слабо зависит от приложенного напряжения. Предлагаемый эквивалент нагрузки по своим свойствам подобен переменному резистору.
Схема устройства показана на рис. 1.
Устройство содержит делитель входного напряжения R1—R3 и два источника тока, управляемых напряжением (ИТУН). Первый ИТУН собран на ОУ DA1.1 и транзисторе VT1, второй — на ОУ DA1.2 и транзисторе VT2. Резисторы R5 и R7 — датчики тока, резисторы R4, R6 и конденсаторы С3—С6 обеспечивают устойчивую работу ИТУН.
На вход каждого ИТУН подано напряжение UR3 с резистора R3, которое пропорционально входному напряжению и равно Uвх * R3/(R1+R2+R3). Ток первого ИТУН, протекающий через транзистор VT1, равен IVT1= UR3/R5, ток второго, протекающий через транзистор VT2, — IVT2= UR3/R7. Поскольку сопротивление резисторов R5 и R7 одинаково, то входное сопротивление эквивалента нагрузки равно Rвх= U вх/(IVT1+IVT2) = R5(R1+R2+R3)/2R3. Для указанных на схеме номиналов резисторов Rвх можно изменять резистором R1 приблизительно от 1 до 11 Ом.
В качестве регулирующих элементов, на которых рассеивается почти вся мощность, применены мощные полевые переключательные транзисторы IRF3205. Транзистор этой серии имеет минимальное сопротивление канала 0,008 Ом, допустимые ток стока 110 А, рассеиваемую мощность до 200 Вт, напряжение сток—исток 55 В. Эти параметры соответствуют температуре корпуса 25 °С. При нагревании корпуса до 100 °С предельная мощность снижается вдвое. Предельная температура корпуса — 175 °С. Для увеличения максимальной мощности оба ИТУН включены параллельно.
Большая часть деталей размещена на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 2).
Фотография платы с деталями показана на рис. 3.
Использованы элементы для поверхностного монтажа: резисторы Р1-12 или аналогичные импортные, причем R5 и R7 составлены из пяти включенных параллельно резисторов по 0,1 Ом. Конденсаторы — также для поверхностного монтажа, но можно применить К10-17 или аналогичные. Переменный резистор R1 — СПО, его можно заменить на СП4-1.
Транзисторы установлены на общий теплоотвод с обязательным использованием теплопроводящей пасты. Следует помнить, что он электрически соединен со стоками полевых транзисторов.
Для обдува теплоотвода использован вентилятор (М1) от компьютерного блока питания. Для питания ОУ DA1 и вентилятора М1 необходим отдельный стабилизированный источник с напряжением 12 В. Если при суммарной рассеиваемой мощности 150. 200 Вт температура корпусов транзисторов превысит 80. 90 °С, то необходимо установить еще один вентилятор или применить более эффективный теплоотвод.
Используя выражение для эквивалентного входного сопротивления, можно подобрать номиналы элементов для получения требуемого интервала его изменения. С целью упрощения устройства можно использовать только один ИТУН, но в таком случае максимальная рассеиваемая мощность уменьшится вдвое. При испытаниях трансформаторов и других источников переменного тока на входе устройства следует установить диодный мост соответствующей мощности, как показано пунктиром на рис. 1 в статье [1].
ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2002, № 2, с. 40,41.
2. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2005, № 1, с. 35.
Универсальный эквивалент нагрузки на TL494 от 0,01А до 20 А с плавной регулировкой.
Автор: Simurg
Опубликовано 15.09.2012
Создано при помощи КотоРед.
Поздавляю с 7 годом, уважаемый Кот!
Подарю схему очень простого, надёжного, удобного, и проверенного временем эквивалента нагрузки.
Приняв во внимание требование "простых, полезных, не содержащих МК" устройств – решил, что данный эквивалент отвечает вашим запросам. : )
(Измеритель тока и нгапряжения используется здесь в качестве мультика для наглядности. Главная суть статьи эквивалент).
Фото прибора в работе при разных токах (идет испытание компового БП канал 12 в)
Часто при испытании источников питания желательно иметь эквивалент нагрузки с плавной регулировкой потребляемого тока. Вместо реостатов в качестве нагрузочных элементов успешно применяют мощные транзисторы, без нагрузок. Но в процессе испытаний нагрузочные транзисторы сильно нагреваются и могут пробиться и сжечь испытуемый блок (если в нем нет защиты), также температурный дрейф их параметров затрудняет проведение испытаний. В данном эквиваленте ток через нагрузочный элемент (спираль нихрома) регулируется с помощью ШИМ регулятора. В случае пробоя ключа, КЗ не будет. Напряжение проверяемого источника может доходить до 45 вольт (зависит только от транзистора и длинны нихрома), что очень удобно при снятии нагрузочных характеристик и проведении других испытаний. С помощью эквивалента нагрузки можно проверять любые блоки питания (АТХ, лабораторники, драйверы светодиодов и пр.), батареи. Устройство очень необходимо при испытании и налаживании блоков питания. Оно заменяет нагрузку в виде набора постоянных или переменных резисторов (или ламп накаливания).
Конструкция и детали.
Конструкция прикручена на пластмассовой платформе к приборной полке вместе с нихромовой проволокой и подвешена вверх тормашками.
Измеритель используется для удобства работы с эквивалентом (схема взята со статьи «моддинг БП»).
В устройстве использованы детали для поверхностного монтажа, размещенные на двух печатных платах из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Транзистор установлен на одном теплоотводе с кулером. Транзистор прикрепляют к теплоотводу винтом без изолирующей подложки. Резистор 0,6 Ом намотан из толстой нихромовой проволоки от несправного реостата Остальные постоянные резисторы — типоразмера 1206 и мощностью 0,125 Вт.
Вместо компонентов для поверхностного монтажа можно применить обычные. Сильноточные цепи выполняют проводом соответствующего сечения. Устройство не требует налаживания. Проверяемый источник питания с напряжением от 0,1 до 45 В подключают к устройству с соблюдением полярности. Ток, потребляемый эквивалентом нагрузки, регулируют резистором R2. Интервал регулировки тока равен 0,01. 20 А при указанных на схеме номиналах элементов и напряжении питания до 45 В.
С помощью конденсатора С1 подстраиваем частоту 10 кГц на выходе, но можно меньше, можно больше.
Драйвер работает с отрицательным смещением, для лучшего закрывания силового транзистора. Осциллограммы на затворе силового транзистора
Транзистор греется не сильно, даже при длительной работе. Имеет место небольшой нагрев С13 и немного С15. Также если напряжение превышает 20 вольт, то начинает подогреваться снаберный конденсатор С12.
На последок поведаю, что работает этот эквивалент третий год в моей домашней мастерской, радуя своей четкой работой и удобством. Пользоваться приходится очень часто, особенно после ремонта различных блоков питания. Проверка блока может быть длительной, а испытание тока срабатывания защиты занимает 10 секунд.
Если кому нужен простой и удобный эквивалент – собирайте, точно пригодится и не подведет.
