Электронная нагрузка своими руками схема. Электронная нагрузка своими руками: подробная инструкция по сборке и настройке

Как собрать электронную нагрузку самостоятельно. Какие компоненты потребуются для сборки. Как правильно собрать и настроить электронную нагрузку своими руками. Какие функции может выполнять самодельная электронная нагрузка. Как использовать собранную электронную нагрузку для тестирования источников питания.

Принцип работы электронной нагрузки

Электронная нагрузка представляет собой устройство, которое может поглощать заданное количество электрической энергии от тестируемого источника питания. Основные компоненты электронной нагрузки:

• Силовой транзистор (обычно MOSFET) — выполняет роль регулируемого резистора
• Схема управления транзистором — задает ток через транзистор
• Шунт — резистор для измерения протекающего тока
• Микроконтроллер — управляет всеми процессами
• Дисплей и органы управления — для настройки параметров

Принцип работы заключается в том, что микроконтроллер выдает управляющее напряжение на затвор MOSFET-транзистора, регулируя его сопротивление. Это позволяет задавать необходимый ток нагрузки. Измерение тока выполняется с помощью прецизионного шунта.

Необходимые компоненты для сборки

Для сборки базовой электронной нагрузки потребуются следующие компоненты:

• Микроконтроллер Arduino Nano
• ЖК-дисплей с I2C интерфейсом
• АЦП ADS1115 для измерения напряжения и тока
• ЦАП MCP4725 для управления затвором MOSFET
• Силовой MOSFET-транзистор (например, IRFP250N)
• Прецизионный шунт 0.1 Ом
• Энкодер для управления
• Радиатор и вентилятор для охлаждения
• Источник питания 12В

Также потребуются резисторы, конденсаторы, провода и корпус для монтажа.

Сборка силовой части электронной нагрузки

Основой силовой части является MOSFET-транзистор. Его необходимо установить на массивный радиатор с принудительным охлаждением. Схема подключения:

1. Сток транзистора подключается к положительной клемме входа
2. Исток транзистора — через шунт к отрицательной клемме
3. Затвор транзистора — к выходу ЦАП через резистор 100 Ом
4. Параллельно затвору и истоку устанавливается защитный стабилитрон на 15В

Важно обеспечить надежный тепловой контакт транзистора с радиатором. Для этого используется теплопроводящая паста.

Подключение измерительной части

Для измерения тока и напряжения используется АЦП ADS1115. Схема подключения:

• A0 — к шунту для измерения тока
• A1 — ко входу нагрузки для измерения напряжения
• VDD — к питанию 5В
• GND — к общему проводу
• SCL и SDA — к соответствующим выводам Arduino

Это позволит измерять ток с точностью до 1 мА и напряжение до 0.1 В.

Программирование микроконтроллера

Основные функции программы для Arduino:

1. Инициализация всех компонентов (дисплей, АЦП, ЦАП)
2. Считывание значений тока и напряжения с АЦП
3. Управление нагрузкой через ЦАП
4. Отображение информации на дисплее
5. Обработка команд с энкодера
6. Реализация различных режимов работы (постоянный ток, мощность и т.д.)

Программа должна обеспечивать плавное изменение нагрузки и защиту от перегрузки.

Настройка и калибровка электронной нагрузки

После сборки необходимо выполнить калибровку устройства:

1. Калибровка измерения напряжения — сравнение с эталонным вольтметром
2. Калибровка измерения тока — сравнение с эталонным амперметром
3. Настройка ПИД-регулятора для стабильной работы
4. Проверка тепловых режимов при максимальной нагрузке

Калибровочные коэффициенты необходимо внести в программу микроконтроллера.

Возможности самодельной электронной нагрузки

Собранная электронная нагрузка позволяет выполнять следующие функции:

• Работа в режиме постоянного тока
• Работа в режиме постоянного сопротивления
• Работа в режиме постоянной мощности
• Измерение емкости аккумуляторов
• Тестирование источников питания
• Построение вольт-амперных характеристик

Максимальные параметры зависят от выбранных компонентов, но обычно это до 30В и 10-20А.

Тестирование источников питания

С помощью собранной электронной нагрузки можно проводить следующие тесты источников питания:

1. Проверка стабильности выходного напряжения при изменении нагрузки
2. Измерение уровня пульсаций выходного напряжения
3. Определение максимального выходного тока
4. Проверка работы защиты от перегрузки и короткого замыкания
5. Измерение КПД источника питания

Для более точных измерений рекомендуется дополнительно использовать осциллограф.

Электронная нагрузка своими руками. Схема и описание

Главная » Источники питания » Электронная нагрузка своими руками. Схема и описание

в Источники питания 0 3,561 Просмотров

Иногда бывает полезно иметь регулируемую электронную нагрузку для тестирования источников питания, преобразователей, зарядных устройств и т. д.

Портативный паяльник TS80P

TS80P- это обновленная версия паяльника TS80 Smart, работающий от USB…

Подробнее

У меня была старая версия электронной нагрузки которая мне не очень подходила. Поэтому я решил построить новую, более современную и с большим количеством функций, чем просто регулируемый резистор.

В качестве основного компонента нагрузки выбран имеющийся в наличии транзистор IRFP150 (Т1).

Его основные параметры:

• U_DSS = 100 В
• R_DS (on) = 0,055 Ом
• I_D = 41 A
• P_D при 25° C = 230 Вт

Хотя для моих целей он довольно мощный, но, по крайней мере, он будет надежным. Отвод тепла транзистора осуществляется с помощью старого радиатора от компьютерного процессора.

Паяльный фен YIHUA 8858

Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

Подробнее

Я тестировал мощность в 120 Вт, при этом температура транзистора T1 составляла 62° C. Думаю, у него еще есть запас, при 100° C он допускает I_D до 29 A.

Работа электронной нагрузки заключается в следующем:

Половина операционного усилителя OZ1 (LM358) работает как компаратор, который сравнивает падение напряжения, вызванное прохождением тока по силовому резистору R1, с напряжением, установленным потенциометр P1 и делителем напряжения на резисторах R4, R5.

Нагрузка имеет два режима работы, выбираемых переключателем (I/R)- постоянный ток и постоянное сопротивление.

В режиме постоянного тока опорное напряжение для компаратора получается из стабилизированного напряжения питания. Независимо от величины входного напряжения, нагрузка будет пытаться поддерживать установленный ток, уменьшая или увеличивая свое сопротивление.

В режиме постоянного сопротивления опорное напряжение определяется напряжением на нагрузке. Увеличение напряжения на нагрузке также увеличивает опорное напряжение и, следовательно, ток нагрузки.

Вторая половина операционного усилителя OZ1 работает как генератор с частотой, задаваемой R8, P2 и C4 (20 Гц-220 Гц). Нагрузку можно переключить на непрерывный или импульсный режим работы.

В импульсном режиме выход генератора через диод соединен с инвертирующим входом OZ1. Каждая положительная половина импульса вызывает замыкание транзистора T1 и, таким образом, отключает нагрузку.

Импульсный режим подходит, например, для проверки поведения максимальной токовой защиты источника питания. Некоторые ведут себя совершенно некорректно, когда после срабатывания КЗ напряжение на какое-то время улетает до максимального значения вне зависимости от настройки. С помощью осциллографа и этой функции это поведение можно легко проверить.

Операционный усилитель OZ2 работает как тепловая защита, в нем используется обычный термистор NTC R21. Точный тип не знаю, его сопротивление 1,2 кОм при 25° C и 100 Ом при 100° C. При срабатывании защиты сначала включая вентилятор на радиаторе, и если он не справляется со своей задачей, то нагрузка отключается. Принцип отключения такой же, как и для импульсного режима. Обе температуры можно выставить, у меня это 38° C и 90° C.

Для измерения тока нагрузки я использую панельный вольтметр с диапазоном 200 мВ. Резистор R1 используется как шунт. Поскольку напряжение на R1 может достигать 2В в зависимости от силы тока, мне пришлось добавить регулируемый делитель напряжения, состоящий из резисторов R26-R28. При помощи переменного резистора R28 отображаемые данные могут быть откалиброваны с помощью более точного амперметра, подключенного последовательно.

Максимальный непрерывный ток, который может протекать через нагрузку, составляет 14 А, в основном это связано с максимально допустимой рассеиваемой мощностью R1, которая составляет 20 Вт. В импульсном режиме это максимум 20 А (частота импульсов 50%).

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

электронная нагрузка 2021-06-15

С тегами: электронная нагрузка

Набор для сборки простой электронной нагрузки 150 Ватт. Набор для сборки электронной нагрузки для разрядки аккумуляторов

$4.9

Перейти в магазин

Некоторое время назад товарищ, который занимается разными аккумуляторами, попросил меня придумать ему некий стенд для тестирования аккумуляторных сборок и одной из важных функций данного стенда является операция разряда этих сборок. Изначально планировалось все сделать самому, но выяснилось что в Китае продается дешевый и неплохой набор для сборки и в некоторых ситуациях выгоднее использовать его, чем делать все с нуля.

Вообще у меня уже довольно много обзоров разных электронных нагрузок, есть также обзор простой, полностью самодельной и я сегодня буду неоднократно к нему обращаться, так как данный набор во многом очень с ней похож.

Как я написал в предисловии, нагрузка понадобилась для разряда аккумуляторных сборок, в планах сделать прибор для тестирования и балансировки сборок до 19S и потому данный обзор будет далеко не последним.
Ток разряда большой не нужен, мощность планируется порядка 120-130 Ватт что вписывается в заявленные производителем 150 Ватт.

Кроме того в данном обзоре я объясню как вообще работает простая электронная нагрузка и почему мне понравился именно данный набор.

Для начала о продавце. На странице товара можно выбрать несколько вариантов:
1. Только печатная плата, цена около 1.6 доллара
2. Печатная плата и набор компонентов без силовых транзисторов — 3.8 доллара
3. Печатная плата и все компоненты включая силовые транзисторы — 4.9 доллара
4. Ампервольтметр — 2.2 доллара.

Кроме того в характеристиках заявлено — 150 Вт 15 В 0-10A / 72V 0-2A, т.е. предполагается наличие двух вариантов исполнения и об этом, а также о моей ошибке я расскажу позже.

К упаковке вопросов не возникло, как к магазинной, так и посредника. Комплект состоит из печатной платы и пакета с компонентами.

Я заказывал полный комплект, т.е. печатная плата, все компоненты и транзисторы. Ампервольтметр не стал заказывать так как мне он для проекта не нужен.

Размеры печатной платы 100х100мм, присутствуют дополнительные отверстия для крепления радиатора и самой платы в корпусе устройства.

Часть силовых дорожек вынесена на нижнюю сторону печатной платы, я рекомендую продублировать их медным проводом и припоем или хотя бы припоем.

Качество изготовления печатной платы отличное, помимо того что она легко паялась без дополнительного флюса (использовал только тот что в припое), так еще есть нормальная шелкография где обозначены места под компоненты, их порядковый номер и номинал. Фактически для сборки не нужна даже схема.

Список компонентов
Резисторы
1 кОм — 12шт
4.7 кОм — 4шт.
10 кОм — 1шт
20 кОм — 1шт
220 кОм — 4шт
0.22 Ома 5 Ватт — 4шт
Переменный резистор 4. 7 кОм — 1шт

Конденсаторы
1 нФ — 4шт
100 нФ — 1шт
22мкФ 25 Вольт — 1шт
220 мкФ 16 Вольт — 1шт
1000мкФ 16 Вольт — 2шт

Диоды 1N5408 — 4шт
Транзисторы 110N8F6 — 4шт
Микросхема TL431A
Микросхема LM324N

Разные разъемы, выключатель и прочие мелочи.

Все резисторы кроме мощных, прецизионные, это хорошо, электролитические конденсаторы самые дешевые, но они на параметры не влияют.

На странице товара была принципиальная схема данной электронной нагрузки, но на мой взгляд она не очень информативна, потому ниже я разложу ее на составляющие части для более простого восприятия. Кроме того дам пояснения как можно увеличить мощность или изменить параметры и вообще какие элементы за что отвечают и как это все работает.

Сильно упрощенная схема электронной нагрузки обеспечивающей стабилизацию тока состоит из всего нескольких компонентов:
1. Переменного резистора
2. Операционного усилителя
3. Транзистора
4. Шунта.

С переменного резистора на вход операционного усилителя подается некое напряжение, операционный усилитель подает напряжение на полевой транзистор и через него начинает течь ток нагрузки, при этом ток попутно течет через шунт. На шунте падает некое напряжение, которое подается на второй вход операционного усилителя. Как только напряжение на входах операционного усилителя станет одинаковым, он выставит на своем выходе напряжение при котором транзистор будет открыт насколько чтобы поддерживать напряжение на шунте одинаковым с установленным при помощи переменного резисторе.
А так как напряжение падения на шунте напрямую зависит от тока через него, то в итоге схема будет поддерживать ток.

При этом получается, что ток нагрузки зависит от напряжения на входе.

Например с переменного резистора подали 0.4 Вольта, шунт имеет сопротивление 1 Ом, соответственно ток будет 0,4/1=0.4 Ампера.
Усложним пример, шунт сопротивлением 0.15 Ома, напряжение с переменного резистора 0.45 Вольта, 0.45/0.15=3 Ампера.

На точность поддержания тока влияют в основном две вещи:
1. Стабильность задающего напряжения
2. ТКС (зависимость сопротивления от температуры) шунта.

Показанная выше схема скорее всего будет работать, но делать это она будет неустойчиво, потому в более полном виде схема выглядит несколько больше.
Небольшое отступление, позиционные номера компонентов не соответствуют таковым на печатной плате и приведены просто для примера.

Здесь видны те же компоненты что я показывал выше, но к ним добавились еще некоторые, поясню их назначение.
Резистор R1, нужен для развязки нескольких каналов и для улучшения стабильности работы.
Резистор R2, ограничивает ток заряда затвора полевого транзистора защищая операционный усилитель.
Конденсатор С1, резистор R3 и R4 обеспечивают защиту от самовозбуждения схемы, чтобы нагрузка не превратилась в генератор.
Резистор R5 закрывает транзистор когда операционный усилитель обесточен, а кроме того обеспечивает небольшой ток нагрузки для выхода операционного усилителя и цепи защиты от самовозбуждения.

Так как нагрузка четырехканальная, то просто «дорисовываем» еще три канала и получаем почти полный вид обозреваемой платы.
Синим цветом я выделил четыре канала, видно что они абсолютно идентичны и соответственно можно их количество увеличивать и дальше. Общим для всех каналов является только счетверенный операционный усилитель.
Оранжевым выделена цепь управления, красный и черный соответственно силовые цепи.

В моей мощной электронной нагрузке именно так все и реализовано, только я делал 8 каналов и использовал двухканальные операционные усилители.

Но как я писал выше, на точность поддержания тока влияет точность стабилизации задающего напряжения и для этого в схеме есть источник опорного напряжения, выполненный на базе регулируемого стабилитрона TL431, его основное напряжение 2.5 Вольта.
А так как 2.5 Вольта это несколько многовато и если на шунтах будет падать такое напряжение то:
1. Будет большая рассеиваемая мощность
2. Минимальное напряжение нагрузки составит 2.5 Вольта + падение на транзисторах.

То последовательно с переменным резистором включен постоянный резистор R8 сопротивлением 22 кОм, вместе они образуют делитель примерно 1:5.5 и после переменного резистора напряжение меняется уже в диапазоне около 0-0. 45 Вольта.
Меняя номиналы дополнительного резистора можно изменять диапазон регулировки без замены шунта, но такой способ имеет и свой минус — операционным усилителям при однополярном питании проще работать с большим напряжением, чем с меньшим и лучше сильно не снижать задающее напряжение.
Резистор R7 ограничивает ток питания стабилитрона.

Узел питания содержит диодный мост и четыре конденсатора, судя по всему изначально планировался стабилизатор питания операционного усилителя но его упразднили, а конденсатор емкостью 220 мкФ, который стоял после него, оставили. Ничем другим я не могу объяснить причину параллельного включения двух конденсаторов 1000мкФ и одного 220мкФ.

Также от этого диодного моста идет питание на разъемы подключения вентиляторов и ампервольтметра.

С теорией думаю понятно, перейдем к практике, а точнее — к сборке. Данная часть будет спрятана под спойлер, так как больше будет интересна только начинающим, хотя в процессе я буду пояснять нюансы использования тех или иных компонентов, а также их возможной замены.

 ‘Комплектующие

Вот собственно и все. Реально собрать всю конструкцию примерно за час без спешки даже для новичка, все компоненты ставтся как надо, все отмечено на плате и собирается интуитивно.

В итоге у меня еще остались компоненты:
1. Выключатель
2. Разъем питания
3. Неисправный конденсатор.

Второй разъем питания видимо дается в комплекте на случай если он выносится на крышку корпуса, выключатель скорее всего также используется для включения питания, но в моем варианте его паять некуда, ну а неисправный конденсатор, да просто звезды так сошлись.

На одну из сторон платы вынесены контактные площадки для подключения входа, амперметра, вольтметра и выход питания.
В принципе можно поставить клеммники, а можно просто припаять провода, кому как удобно, но есть некоторые нюансы подключения.

Подключать можно разными способами, попробую рассказать обо всех.
1. Просто плата без измерителей, разъемов и прочего.
2. То же самое, но если хочется поставить разъем, то скорее всего придется ставить перемычку вместо выхода на амперметр.
3. Подключение независимых амперметра и вольтметра, плюс — красный, минус — синий.
4. Если хочется установить цифровой ампервольтметр, то подключаем так:
Черный — общий силовой
Желтый — вход измерения тока
Красный — вход измерения напряжения
Красный тонкий — питание ампервольтметра.

Цветовая маркировка проводов подключения цифрового ампервольтметра дана соответственно тому, что я уже применял и в принципе может отличаться, потому лучше перепроверить перед подключением, обычно черный все таки это минус, а вход измерения тока звонится накоротко с черным.

Как вариант можно поставить и такой ампервольтметр, он более «продвинутый» но его подключение отличается.
Черный толстый — общий силовой
Красный толстый — Вход измерения тока
Желтый — вход измерения напряжения.
Красный тонкий — питание ампервольтметра.

Плюс у такого варианта есть термодатчик, что может быть очень полезным в устройстве с таким тепловыделением.

Оба этих ампервольтметра использовались в небольшой электронной нагрузке, хотя второй используется и сейчас.

И конечно немножко экспериментов.
Подключаем плату к регулируемому блоку питания, выставляем для пробы 32 Вольта и задаем ток нагрузки 5 Ампер, плата без проблем осилила 160 Ватт, но это уже предельный режим.

Проверил уход установки тока в зависимости от прогрева, не очень большой, но есть. По мере прогрева ток падает.

Вроде недолго экспериментировал, но уже почувствовал жар, измерил температуру и увидел что транзисторы прогрелись примерно до 110 градусов. Такого допускать ни в коем случае нельзя, например у моей мощной нагрузки защита от перегрева установлена на 90 градусов на радиаторе или около 95 на транзисторах.
Увеличение температуры транзисторов резко снижает надежность работы, особенно в линейном режиме.

Часто в комментариях вижу упоминание обычных резисторов в качестве нагрузки. Да, конечно их тоже можно применять, но при помощи резисторов труднее добиться например того, что показано на этих фото.
Здесь я понижал напряжение от 40 до 1 Вольта и смотрел как меняется ток нагрузки. В указанном диапазоне колебания составили 2.017-2.026 Ампера, что на мой взгляд довольно неплохо с учетом простой схемотехники.

Хотя и не планирую применять обычный ампервольтметр, но решил все таки проверить работу с ним. Для начала стоит сказать, что его подключение немного отличается от того, что я использовал в простой самодельной нагрузке.

Провода ампервольтметра подключены согласно порядку —
Черный
Желтый
Красный.

Провод питания подключен только один, черный пришлось отключить так как он влиял на результат измерений. Дело в том, что у моей электронной нагрузки ампервольтметр подключался последовательно с токоизмерительным шунтом, потому общий провод амперметра соединялся с общим проводом схемы. Здесь он включается последовательно с проверяемым источником и на мой взгляд это менее корректно.

В процессе написания обзора мне задали вопрос по поводу замены транзисторов, попробую пояснить отдельно.
1. Транзисторы выбираем исходя из типа корпуса и требуемой мощности, 30 Ватт ТО-220, 50 Ватт ТО-247.
2. Транзисторы по сути можно применять не только почти любые, а и разные одновременно.
3. Главным при выборе транзистора в основном является напряжение на которое он рассчитан, желательно чтобы оно было минимум в два раза больше входного.
4. Сопротивление в открытом состоянии почти ни на что не влияет, если разве что не поставить совсем высоковольтные транзисторы где оно идет уже на единицы Ом.
5. Лучше применять транзисторы в не изолированном корпусе и не изолировать их от радиатора.

Почему такие ограничения в плане мощности. Подавляющее большинство современных полевых транзисторов рассчитаны на ключевой режим работы и плохо работают в линейном режиме. Вернее работают они нормально, но с большими ограничениями по температуре, мощности, напряжению и току. Существуют полевые транзисторы которые нормально работают в таком режиме, но они настолько редки, что нет смысла их искать.

Также меня спрашивали, а на что их можно еще заменить.
Ну для начала можно применить транзисторы IGBT, по сути гибрид полевого и биполярного транзистора, но они стоят дороже. Кстати существует и обратный гибрид, биполярного с полевым.

Но никто не мешает применять биполярные транзисторы (собственно потому и хорошо подходят IGBT), у которых максимальная паспортная рассеиваемая мощность обеспечивается и в линейном режиме.
Включить в данной схеме их можно просто вместо полевого, но нужен транзистор с большим коэффициентом усиления, так как в отличии от полевого биполярные управляются током, а не напряжением.
Либо применить составную схему включения транзисторов (схема Дарлингтона), тогда общий коэффициент усиления будет произведением усиления первого и второго. Т.е. если у первого усиление 200, а у второго 70, то общий будет около 14000.

Пожалуй единственный недостаток биполярных (особенно составных) транзисторов — сложности при работе с малыми напряжениями, ниже чем 1. 5-2 Вольта. Если вы не планируете тестировать источники с таким напряжением, то можно применить биполярные, в противном случае используем полевые.

Отлично подойдут известные транзисторы КТ827, но у меня их почти нет потому на фото их комплементарная пара КТ825. Они могут рассеивать до 125 Ватт.

Когда-то я даже использовал их в комплекте с такими радиаторами, как раз их размерчик 🙂 Правда они больше все таки под пассивный режим.

Внутри у них находится два транзистора включенные по схеме Дарлингтона плюс дополнительные компоненты.

Кстати подобные транзисторы также отлично подходят для линейных блоков питания и меня часто спрашивают о вариантах замены их на импортные. Я немного полазил по интернету и набрал список замен.
Практически полные аналоги транзистора КТ827: 2N6057, BDX87
КТ827А: BDX65A, BDX67, BDX87C, MJ3521, MJ4035
КТ827Б 2N6058, 2N6283, BDX63, BDX65, BDX67, BDX85B, BDX87B, MJ3001, MJ4034
КТ827В: 2N6057, 2N6282, BDX85, BDX85A, BDX87, BDX87A, MJ3000, MJ3520, MJ4033

Кстати продавец может высылать с разными транзисторами, при этом есть вариант с транзисторами в корпусе TO-247 (IRFP250. IRFP260), но скорее всего за дополнительные деньги. Как по мне, такой вариант был бы куда более интересен.

Ну и попутно поясню по поводу замены остальных компонентов.
Мелкие резисторы не критичны, главное примерно попасть в номинал, то же самое касается и конденсаторов.
Низкоомные резисторы которые выполняют функцию токоизмерительного шунта лучше выбирать с запасом по мощности так как тогда они будут меньше греться а следовательно у них будет меньше изменяться сопротивление и по мере прогрева ток не будет «убегать». Можно поставить более точные и качественные резисторы, но они стоят дорого.
Операционный усилитель также можно заменить на практически любой дешевый, например я применял LM358, но он двухканальный и их надо в два раза больше, но проще применить тот же LM324 благо стоит он копейки.

Питать нагрузку можно как от постоянного, так и от переменного тока, но важно следить чтобы напряжение питания операционного усилителя не превышало 20 Вольт. Сам по себе ОУ выдерживает спокойно до 30-35 Вольт, но напряжение на затворе полевого транзистора не должно быть выше 18-20 Вольт, а лучше до 15 потому я бы ограничил на этом уровне. Как вариант, питать эту цепь от небольшого стабилизатора.

В процессе тестов я все таки спалил один из транзисторов, произошло это случайно, я подал 40 Вольт и выставил ток нагрузки 5 Ампер получив при этом мощность в 200 Ватт. В итоге блок питания просто перешел в защиту от КЗ и на этом все закончилось.
Кроме этого выяснил что наводки на переменный резистор могут заметно влиять на установленный ток. Например когда я держал резистор в руках, ток был 4.1 Ампера, положил на стол, ток стал 4 Ампера. Неприятность может проявляться, а может нет, зависит как от БП самой нагрузки, так и от проверяемого.

Обозревая нагрузка в сравнении с моей старенькой самоделкой, которая со,рана на базе той же TL431, LM358 и одного транзистора. правда у меня есть стабилизатор питания операционного усилителя.

Какие доработки можно провести:
1. Управление вентиляторами от температуры, хотя бы при помощи простейшего термореле.
2. Уменьшить в два раза сопротивление шунтов и изменить номиналы делителя переменного резистора так, чтобы напряжение менялось в диапазоне 0—0. 25 Вольта, шунты будут греться в два раза меньше.
3. Добавить режим CV при помощи второго ОУ, но здесь есть проблема с защитой от перегрузки.
4. Добавить стабилизатор напряжения для ОУ, например 7808 или 7809.
5. В моей нагрузке после TL431 стоит буферный операционный усилитель, на мой взгляд такое решение лучше, но добавлять сюда его очень неудобно.
6. Объединить две-три подобные платы для увеличения мощности, при этом одна плата будет ведущей, остальные ведомыми.

С описанием вроде все, постарался ничего не забыть и теперь можно подвести итоги.
Как по мне, то вариант весьма неплохой, цена небольшая, собирается легко и самое главное, после сборки работает 🙂
Не обошлось и без нюансов, например поврежденный конденсатор или не очень удобное расположение отверстий для крепления радиатора.
В описании заявлено 150 Ватт, на мой взгляд это максимальная мощность, я бы рекомендовал не нагружать больше 120 Ватт длительно без замены транзисторов на какие нибудь в корпусе TO-247 и обязательно использовать хорошее охлаждение.

Если планируется применять при напряжениях до 30-40 Вольт, то вполне можно покупать в комплекте с транзисторами. Но если планируете тестировать источники с большим напряжением, то я бы купил все кроме транзисторов, а вместо родных поставил что-то более высоковольтное.
Как вариант, можно просто купить печатную плату, компоненты применены не дефицитные и при желании можно найти их и дома.
Один комплект заказывать наверное будет не очень выгодно, лучше купить сразу несколько, тогда общая цена будет выгоднее.

Этот же набор на Алиэкспресс — ссылка

На этом все, буду рад вопросам, комментариям и советам.

$4.9

Перейти в магазин

Самодельная электронная нагрузка Arduino

Электронная нагрузка Arduino

27.06.2020 | Просмотров: 31852 | Ардуино | автор: ELECTRONOOBS

Доля

В этом уроке я покажу вам, как я собрал самодельную электронную нагрузку с помощью Arduino, ЖК-дисплея, поворотного энкодера для меню и силового полевого транзистора MSOFET для управления нагрузкой. Он также имеет хорошую систему охлаждения, поэтому он может выдерживать высокие нагрузки. Посмотрите, как сделать схему, корпус, все соединить, посмотреть код, который я использовал и какие модули, и сделать такой же проект. Надеюсь, вам понравится. Если это руководство поможет вам, поддержите мою работу.

Часть 1 — Что нам нужно?

Это вся электроника, которая нам нужна для этого проекта. У вас также есть список некоторых других необходимых нам деталей, таких как фанера, кулер, напечатанные на 3DF-принтере крышки вентиляторов и винты. Электроника проста в использовании. Все модули используют связь i2c. В качестве рассеивателя тепла я использовал кулер для ПК, и он отлично работает. Вам понадобится тонкий провод для подключения 5 В, но толстый провод для MOSFET и силовых линий.

Для дрона нам нужно:

• 1 х Arduino NANO: ССЫЛКА eBay
  
• 1 ЖК-дисплей i2c: ССЫЛКА eBay
  
• 1 х АЦП ADS1115: ССЫЛКА eBay
  
• 1 ЦАП MCP4725: ССЫЛКА eBay
  
• .
  .
  См. полный список деталей

Часть 2 — Схема

• Давайте поговорим о схеме. Это важно, и вам может потребоваться адаптировать его к вашим потребностям. Прежде всего, 12 В от адаптера постоянного тока подключаются к тумблеру, а затем к контакту Arduin или Vin и вентилятору, поэтому, когда мы переключаем переключатель, все включается. У NANO есть стабилизатор на 5 В, и это будет наш Vcc. Подключите все модули к Vcc и GND и подключите контакты SDA и SCL от Arduino ко всем модулям i2c (ADC, DAC и LCD).
• Подключите энкодер к Vcc, GND и 3 контактам к цифровым контактам D8, D9 и D10 Arduino. Подключите кнопки к контактам D11 и D12. Также подключите зуммер к D3 для сигнала PWM для тонов.
• О делителе напряжения. Пожалуйста, прочтите код и следующие части руководств. Я использовал 10K и 100K, но это не совсем те значения, поэтому нам нужно адаптировать множитель в коде. Прочтите код.
• Для считывания тока я использую шунт 1 Ом. Считываем напряжение на этой нагрузке в дифференциальном режиме с АЦП. Опять же, этот резистор не совсем 1 Ом, поэтому множитель будет адаптирован в коде. Прочтите эту часть позже. Подключите выход ЦАП к затвору MOSFET. Load+, Load-, S+ и S- — это разъемы типа «банан», которые есть на передней панели. Вот и все.
Если вы хотите, чтобы контроллер выдавал более 2,1 А, вам потребуется большее напряжение на затворе MOSFET, чем 5 В, которое может дать ЦАП. Для этого используйте эту вторую схему с операционным усилителем между ЦАП и затвором MOSFET.

Часть 3.1. Подготовка МОП-транзистора

Хорошо, возьмите MOSFET и припаяйте толстые провода к стоку, затвору и истоку. Добавьте термоусадочные трубки для изоляции. Затем измерьте положение и проделайте отверстие в теплоотводе. Добавьте немного термопасты и привинтите МОП-транзистор. Теперь у вас должен быть весь силовой блок с 3 проводами.

Часть 3.2. Монтаж печатной платы

На макетной плате припаяйте все компоненты. Я использую тонкие провода для маломощных соединений, таких как 5V для модулей, соединений i2c и кнопок. Для пути от входа через нагрузку и к МОП-транзистору используйте соединения с толстыми проводами. Кроме того, сделайте соединение от ADC0 и ADC1 ADS1115 к клеммам резистора 1 Ом очень коротким. Чем длиннее эти соединения, тем больше будет падение напряжения на нагрузке, и нам нужно считать падение именно на НАГРУЗКЕ. Для кнопок, ЖК-дисплея и энкодера мы добавляем длинные тонкие провода для будущего подключения к печатной плате с помощью штырей типа «папа-гнездо». Для подключения питания добавьте несколько винтовых клемм, если они у вас есть.

Часть 3.3. Монтаж печатной платы

Ниже вы можете увидеть соединения на нижней стороне печатной платы. Как видите, я использовал толстый провод для силового тракта, чтобы он мог выдерживать большие токи. Я также залил припоем некоторые соединения по той же причине. Я поместил штыревые контакты, чтобы позже можно было подключить ЖК-дисплей, энкодер и эти 2 кнопки. Теперь мы можем даже сделать тест, а затем сделать случай.

Часть 4. 1 — Чемодан

Я использовал фанеру и сделал простой корпус. Я начинаю с 4 стен, верхней, боковых и задней стенки. Я измеряю, где установить вентилятор кулера на задней панели. Затем я вырезал отверстие в задней панели для вентилятора и еще одно с правой стороны для потока воздуха. Затем я покрываю корпус enirte винилом с текстурой углеродного волокна, чтобы он выглядел лучше. Затем я печатаю на 3D-принтере крышки вентиляторов. Загрузите их отсюда. Используя суперклей, я приклеиваю крышки на место.

Часть 4.2 — Дополнительный чемодан

Затем я приклеиваю 4 деревянных бруска к нижней части и добавляю гайку М3. Они будут использоваться для закрытия корпуса с помощью винтов M3. Затем я делаю переднюю панель и оборачиваю ее виниловой пленкой из углеродного волокна. Я распечатываю подставку для ЖК-дисплея и помещаю ее внутрь. Затем я решаю, где разместить каждый компонент. Делаю отверстия и добавляю все кнопки, ЖКИ, энкодер и разъемы. Затем я приклеиваю переднюю панель к корпусу и подключаю к печатной плате. Закрепите печатную плату внутри клеем.

Часть 4.3. Отделка корпуса

Вентилятор приклеен на заднюю панель. Я делаю отверстие сбоку и убеждаюсь, что USB-разъем Arduino находится перед этим отверстием, чтобы я мог запрограммировать чип с помощью USB-кабеля. Основной разъем постоянного тока 12 В имеет отверстие сзади, поэтому мы можем подключить питание сюда. Вот и все. Закройте корпус винтами, и мы сможем загрузить код.

Часть 5.1 — Код контроллера

Перейдите ниже и загрузите код. Вам понадобятся библиотеки для ЖК-дисплея, модулей ADS1115 и MCP4725, и вы также можете скачать эти библиотеки по следующей ссылке. Вам также понадобится библиотека BusIO, поэтому установите ее с помощью менеджера библиотек Arduino IDE. Прочтите код для получения более подробной информации, особенно части множителя. Скомпилируйте и загрузите, а затем протестируйте контроллер.

Получить код и библиотеки

Часть 5. 2 — Объяснение множителя

Эта часть важна . Видите ли, когда вы судите ADS1115, чтобы перейти от битовых значений (от 0 до 65000), мы используем множитель. По умолчанию это «0,185 мВ» или «0,000185 В». В коде для измерения тока мы делаем дифференциальное измерение напряжения на нагрузке «1 Ом». Поскольку нагрузка составляет 1 Ом, это даст нам НЕПОСРЕДСТВЕННО текущее значение, поскольку «I = V/R», а R равно 1,9.0024 НО!!! Резистор не совсем 1 Ом, поэтому в моем случае я адаптировал множитель к 0,0001827 . Возможно, вам придется настроить эту переменную на другие значения, пока вы не получите хорошие показания, поэтому, одновременно измеряя значение с помощью внешнего мультиметра, настраивайте эту переменную, пока не получите хорошие результаты.

То же самое. Но в этом случае напряжение считывается с делителя напряжения. Видите ли, ADS1115 может измерять только до 5 В. Если вход выше, он будет поврежден. Итак, для этого между ADS1115 и основным входом я использовал делитель 10K и 100K, и это будет равно делителю 0,09. 09090. Итак, теперь множитель равен 0,000185 / 0,0909090 = 0,002035. Теперь эти значения резисторов не идеальны, поэтому у нас нет точно 10K и 100K, поэтому мой множитель для чтения напряжения составляет 0,0020645 . Просто сделайте то же самое, измерьте напряжение на ЖК-экране, а также с помощью внешнего мультиметра и регулируйте это значение, пока не получите хорошие результаты. Я измерил резисторы, но этого недостаточно. Нам нужны точные значения.

 константный множитель с плавающей запятой = 0,0001827; // Множитель, используемый для «текущего» чтения между ADC0 и ADC1 ADS1115
////////////////////////////////////////////////// ////////////////////////////////////////////////// ///////////////////////////////////////
постоянный множитель с плавающей запятой_A2 = 0,0020645; //Множитель для напряжения, считанного с делителя 10K/100K
 

Часть 6. Тестовое видео

Надеюсь, вам понравился этот урок. Если вы хотите поддержать мою работу, купите мои печатные платы в моем магазине или, возможно, поддержите меня на PATREON или, если хотите, сделайте пожертвование PayPal. Большое спасибо.

Часть 7 — Дополнительная информация

• Что-то иметь в виду. В этой версии я не использую сенсорные датчики . Код был слишком медленным, если я одновременно считывал входное напряжение и измеряемое напряжение, но я постараюсь добавить эту функцию в будущей версии.

• Кроме того, управление током осуществляется путем изменения напряжения на затворе MOSFET. Этот элемент управления должен быть ПИД для очень хороших результатов, но чтение АЦП и запись ЦАП замедляют код настолько сильно , что хороший ПИД не работает. Итак, вместо ПИД-регулятора я сделал «ручное управление» и определяю пропорциональное значение в зависимости от диапазона ошибки. Ниже вы можете увидеть пример. Если ошибка очень велика, превышает 80% уставки, то выходной сигнал ЦАП будет изменяться шагами 10 300 из общего числа 4069. . Если ошибка составляет 60% от заданного значения с шагом 170 и т. д. Если ошибка невелика, шаги составляют всего 1 от цикла 4069, поэтому мы имеем хороший контроль. Это работает, но не идеально.

   если (ошибка > (mW_setpoint*0.8))
    {
      если (mW_setpoint > power_read){
        dac_value = dac_value + 300;
      }
      если (mW_setpoint < power_read){
        dac_value = dac_value - 300;
      }
    }

    иначе если (ошибка > (mW_setpoint*0.6))
    {
      если (mW_setpoint > power_read){
        dac_value = dac_value + 170;
      }
      если (mW_setpoint < power_read){
        dac_value = dac_value - 170;
      }
    }

    иначе если (ошибка > (mW_setpoint*0.4))
    {
      если (mW_setpoint > power_read){
        dac_value = dac_value + 120;
      }
      если (mW_setpoint < power_read){
        dac_value = dac_value - 120;
      }
    }
    ...

Часть 8 - Обучающее видео

Надеюсь, вам понравился этот урок. Если вы хотите поддержать мою работу, купите мои печатные платы в моем магазине или, возможно, поддержите меня на PATREON или, если хотите, сделайте пожертвование PayPal. Большое спасибо.

27.06.2020 | Просмотров: 31852 | Ардуино | автор: ELECTRONOOBS

Поделиться

Проектирование и изготовление электронной нагрузки постоянного тока — Scullcom

25 декабря 2016 г. 15 мая 2018 г. Луи Скалли Нагрузка постоянного тока, проекты

В этом проекте мы разработаем электронную нагрузку постоянного тока, способную работать с постоянным током, постоянной мощностью и постоянным сопротивлением. В проекте будет использоваться поворотный энкодер для ввода данных и ЖК-дисплей 20×4 в качестве пользовательского интерфейса. В части 1 этого проекта мы обсудим базовый дизайн, а затем создадим и протестируем первоначальный прототип.

Ниже приведены ссылки на программное обеспечение прототипа, а также zip-файл со схемой, изображением печатной платы и компоновкой компонентов:

• Программное обеспечение Arduino
• Схема, рисунок печатной платы и компоновка компонентов

Выше показана плата, подключенная для тестирования, с радиатором и вентилятором.

Нижняя сторона печатной платы с указанием расположения 3 микросхем.

Крупный план ЖК-дисплея 20×4, показывающего настройку в режиме постоянного тока.

ЧАСТЬ 2

Во второй части этого проекта мы внесем некоторые изменения в способ отображения информации на ЖК-дисплее. Заданные уровни тока и мощности теперь задаются в амперах и ваттах с точностью до трех знаков после запятой. Также были добавлены ограничения безопасности для ограничения максимальной настройки тока и максимальной мощности. После запуска установка переходит в режим постоянного тока. Также была добавлена ​​функция емкости батареи для проверки срока службы батарей в мАч. Силовой МОП-транзистор теперь заменен на BUK9.56R1-100E (от NXP) для повышения мощности. Наконец, программное обеспечение было обновлено до версии 2.0.

Ниже приведены ссылки на файлы для загрузки второй части этого проекта:

http://www.scullcom.com/Electronic_Load_software_V2.0.ino
http://www.scullcom.com/MCP79410Timer-master.zip
http://www.scullcom.com/RTC_Module_PCB_Schematic.zip
http://www.scullcom.com/Electronic_Load_Parts_List.pdf
http://www.scullcom.com/DC_Load_Circuit_Part2.pdf

Ниже представлен новый макет ЖК-дисплея с температурой радиатора теперь в верхнем левом углу дисплея.

При превышении предела мощности нагрузка выключается, и на дисплее появляется сообщение «Превышен предел мощности».

Для реализации новой функции тестирования емкости батареи мы добавили часы реального времени (RTC), которые также используют шину I2C для взаимодействия с Arduino.

Ниже приведен график безопасной рабочей зоны, взятый из технического описания силового МОП-транзистора. Это иллюстрирует способность МОП-транзистора выдерживать 3 А при напряжении 30 вольт. Однако это при 25 ° C, и в действительности мощность будет ниже, чем при нагреве Mosfet. На более позднем этапе мы рассмотрим возможность параллельного добавления мосфетов, чтобы решить эту проблему.

ЧАСТЬ 3

В части 3 этого проекта мы внесем ряд улучшений и дополнений. Они будут включать в себя клавиатуру, повышенную точность, защиту от сбоев и расширенный режим проверки разрядки аккумулятора. Для повышения точности ЦАП был добавлен опорный сигнал 4,096 В. Добавлено меню проверки емкости батареи.

Ниже приведены ссылки для загрузки последней версии программного обеспечения (версия 8) и обновленной схемы всего проекта, которая теперь включает часы реального времени и модули опорного напряжения:
http://www. scullcom.com/Electronic_Load_software_V8.ino
http://www.scullcom.com/DC_Load_Schematic_ver3.pdf
Обратите внимание, что новое программное обеспечение теперь использует библиотеку клавиатуры – убедитесь, что у вас установлена ​​последняя версия этой библиотеки. библиотеку и прочтите информацию на следующей веб-странице:
http://playground.arduino.cc/Code/Keypad
Прямая ссылка на библиотеку keypad.h находится ниже:
http://playground.arduino.cc/uploads/ Code/keypad.zip

ЧАСТЬ 4

В части 4 этого проекта, посвященной электронной нагрузке постоянного тока, мы собираемся добавить схему удаленного измерения напряжения, увеличить мощность, добавив дополнительные силовые МОП-транзисторы, и встроить законченный блок в металлический корпус проекта. Мы также обновим программное обеспечение, чтобы можно было вводить данные с помощью клавиатуры и поворотного энкодера.

Ниже приведены ссылки для загрузки последней версии программного обеспечения.
Также zip-файл с обновленной схемой основной печатной платы, схемой и иллюстрацией печатной платы для удаленного датчика напряжения, списком деталей, подробной информацией о полевых транзисторах с альтернативным питанием, схемой подключения и любыми примечаниями:
http://www.scullcom.com/ Electronic_Load_software_V12.ino
http://www.scullcom.com/DC_Load_files_Part4.zip
Чтобы увеличить уровень отключения питания, просто измените значение в приведенном ниже коде в программном обеспечении:
float PowerCutOff = 50;
Предлагается изменить 50 на 99
СХЕМА ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ ССЫЛКА НА СХЕМУ НИЖЕ:
http://www.scullcom.com/DC_Load_wiring_layout.pdf

Ниже представлена ​​схема удаленного измерения, в которой операционный усилитель OPA277 используется в качестве дифференциального усилителя. Отрицательное питание 5 вольт для операционного усилителя генерируется микросхемой преобразователя напряжения ICL7660.

Предустановка 20K между контактами 1 и 8 операционного усилителя настраивается на НУЛЕВОЙ выходной сигнал, когда входные клеммы датчика закорочены.

ЧАСТЬ 5

В части 5 этого проекта мы улучшим токовую способность мощного мосфета. Также будет добавлен переходный режим, предоставляющий импульсный вариант для нагрузки постоянного тока. Программное обеспечение будет обновляться, предоставляя дополнительные функции, такие как; пользовательская настройка напряжения отключения батареи для режима емкости батареи и пользовательская настройка пределов безопасности.

Ниже приведены ссылки для загрузки последней версии программного обеспечения и обновленной принципиальной схемы:
http://www.scullcom.com/Electronic_Load_software_V24.ino
http://www.scullcom.com/DC_Load_Schematic_v5.pdf
Схема дистанционного измерения напряжения остается такой же, как показано в части 4 этого проекта.

Выше приведена исправленная схема для параллельного включения силовых мосфетов. Дополнительные резисторы 0,1 Ом были добавлены в обратную сторону истока каждого из МОП-транзисторов, чтобы уменьшить влияние отрицательного температурного коэффициента порогового напряжения затвор/исток.

Часть 6

В Части 6 этого проекта мы собираемся внести изменения в схему привода Power Mosfet, чтобы улучшить способность работать с более высокими уровнями тока/мощности, одновременно защищая Mosfet от перегрева и, возможно, перегрева. убегай. Мы также собираемся спроектировать, построить и протестировать входную цепь триггера. В дополнение к этому я обновил программное обеспечение до версии 25.
Ниже приведены ссылки для загрузки последней версии программного обеспечения. Также есть два zip-файла, содержащие изображение печатной платы, схему и список деталей как для цепи привода Mosfet, так и для входной цепи триггера.
http://www.scullcom.com/Electronic_Load_software_V25.ino
http://www.scullcom.com/DC_Load_Mosfet_Drive.zip
http://www. scullcom.com/DC_Load_Trigger_CircuitPCB.zip
ВАЖНО: ПОЖАЛУЙСТА, ПОМНИТЕ ПЕЧАТЬ РАБОТЫ ПЛАТЫ НАСТРОЙТЕ ПРИНТЕР НА ПЕЧАТЬ РЕАЛЬНОГО РАЗМЕРА.

Часть 7

В части 7 этого проекта мы рассмотрим ряд обновлений и улучшений. Мы также будем использовать новую одностороннюю печатную плату со всеми компонентами на одной плате. Программное обеспечение Arduino также было обновлено до версии 27.
Ниже приведены ссылки для скачивания двух zip-файлов, в которых содержится вся подробная информация. Один для обновлений, схемы, рисунка печатной платы, списка деталей и т. д., а другой — для всех файлов KiCad. Также ссылка на последнее ПО:

http://www.scullcom.com/Electronic_Load_software_V27.ino
http://www.scullcom.com/DC_Load_version7_1.zip
http://www.scullcom.com/DC_Load_v7_1_KiCad_files. zip

Последняя версия сейчас использует двухстороннюю печатную плату.

Последние ссылки для скачивания этого проекта перечислены ниже:

Программное обеспечение Arduino для варианта матричной клавиатуры 5×4:
http://www.scullcom.com/Electronic_load_software_V34.ino
Программное обеспечение Arduino для варианта матричной клавиатуры 4×4 :
http://www.scullcom.com/Electronic_Load_software_V34B.ino
Схема и все другие документы находятся в zip-архиве ниже: этого проекта, перечислены ниже:

Обновление программного обеспечения Arduino (версия V35) для матричной клавиатуры 5×4 опция:
http://www.scullcom.com/Electronic_Load_software_V35. ino Вариант с 4 матричной клавиатурой:
http://www.scullcom.com/Electronic_Load_software_V35B.ino

Схема и все остальные документы находятся в zip-архиве ниже:
http://www.scullcom.com/DC_Load_update_files.zip

Дополнительные файлы, включающие ЖК-дисплей сведения о проводке, сведения о проводке поворотного энкодера, варианты ЖК-модуля I2C, изменения кода Arduino и сведения о расстоянии между радиаторами. можно загрузить по ссылке ниже:
http://www.scullcom.com/DC_Load_additional_files.zip

DC Load PCB версии 9.2 Файлы Gerber теперь можно загрузить по ссылке ниже:
http://www.scullcom.com/DC_Load_ver9_2_gerbers.zip

Вышеприведенное видео описывает опцию регистрации данных в режиме емкости батареи нагрузки постоянного тока. Мы передаем последовательные данные на ПК с помощью USB-кабеля и используем бесплатное программное обеспечение.