Здравствуйте, коллеги!

Раз пошла такая пьянка, то разрешите начать новую тему - тему о создании электронного эквивалента нагрузки для испытаний всякого рода блоков питания и тому подобных устройств. Создании не то, чтобы совсем с нуля, но самостоятельном, не повторении какой-либо готовой конструкции. Это связано скорее с процессом обучения и понимания, как такие устройства вообще должны работать.

Начало темы было положено здесь с подачи уважаемого Gisteresis'а (реально чуть раньше, то там ничего существенного не происходило).
Основные тезисы (хотелки):

* а чтобы было просто
* надо ток, ну, ампер так пять, и напряжение, ну, вольт так пятьдесят - погреемся!
* а ещё бы его помодулировать - это чтобы посмотреть реакцию источника на изменение тока
* переполюсовка - это проблема, надо решать. Попутно решится и работа на переменном токе
* режимы Const.I/Const.R - реально?

Гм... по-моему, всё реально, даже не особо затратными средствами.
Вот что у меня за пару часов медитации набросалось

Если схему поделить вертикально линией, проходящей между двух полевых транзисторов, то легко можно увидеть, что левая часть собой представляет классический источник тока на ОУ. В качестве регулирующего элемента использован полевой транзистор. Ничего интересного, пока не появляется правая часть. Полевик. Второй. Включен встречно. Гм, а почему нет? Так решается проблема переполюсовки - просто вставляем второй полевик - встречно.

Всё дело в том, что в полевике есть диод. Он включен в обратном направлении, когда полевик включен "прямо". Но когда к полевику прикладываем обратное напряжение - о, диод открывается, полностью шунтируя канал транзистора. Ну дак и поставим второй полевик навстречу. Теперь как бы напряжение к ним ни прикладывали, всегда один полевик будет работать диодом, а второй регулировать.

Для съёма информации о величине тока используем токовый датчик - резистор малого сопротивления, с которого будем снимать показания в виде напряжения. Показания снимаем при помощи ОУ - они справа от полевиков.

Токовых датчиков и ОУ использовано по два. Это опять по причине того, что у нас разрешается переполюсовка. При одной полярности работает один датчик и один ОУ, второй при этом уходит "в отказ" по причине, что ОС у него при помощи диода, включенного в его выход, попросту разрывается. Таким образом ОУ отключается и не влияет на работу схемы. При смене полярности всё меняется местами.

Режим Const.I обеспечивается обыкновенным источником напряжения. ОУ, стоящий в левой части, сравнивает напряжение, получаемое с датчиков тока, с опорным напряжением, получаемым со стабилизатора, и регулирует таким образом ток в цепи.

Режим Const.R очень похож, но поскольку для настоящего R есть чёткая зависимость I~U, то в качестве опорного напряжения мы просто подаём выпрямленное напряжение от самого тестируемого источника, чем и обеспечиваем пропорциональность I от U (внимательные вполне могут заметить, что два диода сверху, и диоды в полевиках образуют мостик).

Питается же всё это дело напряжением 12 вольт, получаемого от маломощного трансформатора - его вполне можно взять от блока дежурного питания какой-нибудь микроволновки.

И предостережение - увы, наша схема гальванически связана с испытываемой цепью. В розетку сувать не рекомендую...

Поработаем?

Завтра наидаю схему в протеусе, сегодня уже не успеваю.

У меня в голове еще крутится идея о том что эти трансзисторы вообще говоря представляют из себя практически законченный модуль. Так вот, получится ли масштабировать устройство добавляя по 2 транзистора (ну и их обвязку)?


Начал осматривать трансформаторы и понял что вообще говоря вопрос питания не нужно так остро рассматривать.
Нужно заложить такое какое нужно. 12В достаточно? Может от 12 до 18 ведь столько нужно полевикам?
Ну и если вообще нет двуполярных трансов то всегда можно сделать искусственную среднюю точку.
В общем это отдельная тема.


Что в розетку совать? Запитывать от розетки нагрузку?
Если сеть втыкать вместо испытываемой цепи, тогда полевики нужны уже не irfp250 а чтото пожирнее. Оно надо? 50В имхо достаточно для БП. Если нужно высоковольтные, то это отдельная тема. Согласны?

Очень интересная тема, также практически созрел до необходимости изготовления эквивалента нагрузки.
Питание схемы думаю организовать по схеме дежурки, к выходам ОУ, которые с правой стороны, приделать схему измерения тока, к двум диодам сверху - напряжения.
Если позволит время - с удовольствием присоединюсь.

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотровщик Gerber-файлов от PCBWay + Услуги 3D печати

А что её кидать в протеус, что она вам плохого сделала?
Есть один недостаток, ток через нагрузку не будет точно соответствовать заданному, так как схема регулирует ток только по одному транзистору где падение напряжение на резисторе максимально. Остальные она не учитывает. Но думает что он такой же . Во вторых зачем на выходе ОУ повторитель на транзисторах? Это не импульсная схема и быстро перезаражать ёмкость затворов нет необходимости, а ток затворов в литейном режиме наноамперы.
В этой схеме учитывается ток через все транзисторы. Даже если цепь одного транзистора оборвётся, выходной ток не изменится.


Есть один вопрос, а зачем тепло рассеивать именно на транзисторах? Ну при токе 3-5А это ещё можно, а при токе 10-50А уже не очень. Вынуждает использовать большое число транзисторов и большие радиаторы Так как их нельзя нагревать до больших температур ( 300-400 градусов).
Если использовать импульсный преобразователь который будет просто перекачивать энергию в тэн и нагревать воду или воздух, а в самой схеме будет теряться 10-15% от общей мощности. И позволяет использовать минимальное число транзисторов.

Организация питания на основе надежных литиевых аккумуляторов EVE и микросхем азиатского производства

Качественное и безопасное устройство, работающее от аккумулятора, должно учитывать его физические и химические свойства, профили заряда и разряда, их изменение во времени и под влиянием различных условий, таких как температура и ток нагрузки. Мы расскажем о литий-ионных аккумуляторных батареях EVE и нескольких решениях от различных китайских компаний, рекомендуемых для разработок приложений с использованием этих АКБ. Представленные в статье китайские аналоги помогут заменить продукцию западных брендов с оптимизацией цены без потери качества.

Подробнее>>

У меня есть проект силового модуля: источник по факту мощный ЦАП всем рулит прога, нагрузка аналогично. Преимущества цифровой системы это любые параметры. До железки пока не добрался. Нагрузка просто ОУ и транзистор МК крутит напругу лимита измеряя ток и считая мощность. Всё лимитируем любые параметры получаем любую крутизну ВАХ.

В вашем случае надо управляемый стабилитрон конечно с аналоговым лимитом тока для защиты как МК не обладает таким быстродействием что бы среагировать на резкий бросок как аналоговая часть, МК измеряет напругу и ток пересчитывает мощу далее ПАР.

Железке этой еще не существует, а данный метод стабилизации хорошо показал себя в простых источниках питания. Но думаю что с нагрузкой проблем не возникнет.

Кстати про гальваническую развязку тут будет проще МК ПАР с нагрузкой изолировать от МК управления, в любом случае МК сможет только выполнять ПАР и не какие задачи уже не годится кроме обмена данными по UART, 3 параметра рулить это тяжело.

ПАР = программный автоматический регулятор. Если такая идея интересует то можно развивать.

Новый аккумулятор EVE серии PLM для GSM-трекеров, работающих в жёстких условиях (до -40°С)

Компания EVE выпустила новый аккумулятор серии PLM, сочетающий в себе высокую безопасность, длительный срок службы, широкий температурный диапазон и высокую токоотдачу даже при отрицательной температуре. Эти аккумуляторы поддерживают заряд при температуре от -40/-20°С (сниженным значением тока), безопасны (не воспламеняются и не взрываются) при механическом повреждении (протыкание и сдавливание), устойчивы к вибрации. Они могут применяться как для автотранспорта (трекеры, маячки, сигнализация), так и для промышленных устройств мониторинга, IoT-устройств.

Подробнее>>

нет этого недостатка. второй транзистор зашунтирован своим внутренним диодом и в регулировке не участвует.

автор предусматривает модуляцию, поэтому имеется необходимость в быстром перезаряде затворов.
и ничего не мешает каждый транзистор исходной схемы заменить на предложенную тобой батарею транзисторов.

А, ночью не совсем разобрался, думал это параллельное соединение транзисторов.
Оказалось что для переменки .

Давайте программную часть оставим. Сейчас пойдет, программирование, всякие кнопки, дисплеи и в результате мы получим все ту же навороченную, замудренную фирменную нагрузку. Которую далеко не все будут повторять.
Можно попробовать разделить, отдельно силовую часть с выводами для управления.
Отдельно плату простого аналогового управления и отдельно плату цифрового управления.
Тогда получится, тот кому нужно сделает словую часть + аналоговое управление, а другие силовую часть + цифровое.

Как считаете такой подход возможен? Или мы уйдем в дебри?

ПС: Это конечно обольщение и оно конечно уведет нас в дебри. Я вообще за простой вариант нагрузки без наворотов. Для цифровых наворотов можно отдельно будет замутить проект.

Вопрос немного в сторону (вернее, к самому началу), а потому под спойлером, чтобы не уводить тему.

Спойлер

На уровне подсознания, понимаю, что вещь нужная. Иначе не было бы промышленных образцов за сумасшедшие деньги. Но осознать не могу, какие есть преимущества у электронных нагрузок перед реостатом из миллиметровый нихромовой проволоки применительно к радиолюбительской практике. Взвешивая все "за" и "против" у меня всегда побеждает реостат . Например,:
- прост в изготовлении и не требует больших затрат;
- не убиваем, ни перенапряжение, ни переполюсовки ему не страшны;
- прост в эксплуатации, не требует доп.источника питания.
А что дает эл.нагрузка, кроме более высокой стабильности?, но таких задач, где это было бы настолько критично, как-то слету и не припомню.

Приведите, пожалуйста, примеры задач, где реостат не может заметьте эл.нагрузку. Может она мне и не нужна будет никогда.

Да, такой подход - разделение по функционалу - вполне возможен. Например, тот же генератор опорного напряжения (т.е. всё, что "пристыковано в к входу "+" левого по схеме ОУ) вполне независимый узел, и может быть исполнен с помощью микропроцессорного управления с ЦАП на выходе. То же касается и контроля тока, и его измерения.

Но, честно говоря, я бы на данном этапе не хотел в грубой железке иметь лишние сущности без осознанной необходимости этого. Как пример такой лишней сущности - мультивибратор, исполненный на процессоре, в то время, когда он исполняется на двух транзисторах из прошлого века...

Что касается встречного включения транзисторов, то транзистор, который в конкретный момент времени не является регулирующим (ток через него идёт в обратном направлении), также открыт, как и регулирующий, но немного больше. Это связано с падением напряжения на измерительных резисторах. Если на регулирующем транзисторе напряжение, теряемое на этом резисторе, вычитается из напряжения Затвор-Исток, то на транзисторе, который "диод", это напряжение туда добавлено. Данный факт и обеспечивает заметно меньшее сопротивление канала этого транзистора (а на больших токах и полное шунтирование диода).

Есть мысль, что выходы измерительных ОУ нужно "привязать" либо к уровню 2.5 вольта, либо к уровню 4.96 вольта (напряжение на выходах при максимальном токе), чтобы иметь возможность по необходимости легко подать его либо на вход АЦП, либо аналогового измерителя... ну т.е. стандартизировать....

Да, по необходимости параллелить транзисторы нужно, конечно, по варианту Телекота. Это просто, и вполне надёжно. В первоначальной схеме ничего такого не изображено...

p.s. Сейчас осматриваю IRFP260 как дешёвого кандидата на регулятор, похоже, его даже нет необходимости параллелить...

А что касается преимуществ электронной нагрузки, так это в возможности изменять её характеристики. С реостатом невозможно получить модуляцию потребляемого тока, имитировать нелинейность нагрузки и т.д.

Уходим в подполье... то есть под спойлер

Спойлер

Реостат не может сам контролировать ток, это самый главный его минус.

Полагаю даже не особо принципиально что это будет irfp260? У меня имеются irfp250, полагаю пойдут и irf3205 и irfz44... ?
Конечно корпус TO247 предпочтительней TO220 это понятно.
Но даже если нет необходимости параллелить, мне не нравится тот факт, что все тепло будет выделяться на одном кристалле. Предпочитаю создавать более щадящий режим работы, это повышает надежность.


Мысль конечно верна. Почему бы не остановиться на 5В? Если нужно 2.5, всегда можно поделить резистивным делителем или подстроить усилитель, так чтобы выдавал 2.5.

всегда можно изготовить из того же нихрома "магазин сопротивлений", и для конкретных тока и напряжения включать дополнительный балласт, чтобы на нем выделялась львиная часть мощности.

Вот набросал схему.
Полагаю накосячил с входными резисторами в ОУ. Какие номиналы взять?

Спойлер

Проект нужно выкладывать?

**************
Приложил переменное напряжение. Что не так делаю?

Спойлер

Проект очень не помешал бы, но предварительно нужно уточнить номиналы. Я "на бумажке" этим наверное уже завтра только займусь (если дадут )

А переменка в проекте так и должна выглядеть, потому что один вход на землю соединён, а на самом деле не должен (точнее, наоборот - общий провод у устройства - это не земля).

Вот проект.
Орицательная полуволна будет проходить чтоли?

Да, плечо, соединённое стоком с общим проводом является закороткой.

В отрицательную полуволну шпарит короткое замыкание. Не айс. Тогда смысла нет положительную ограничивать.

****************************************

Ввставил диоды, все пошло.

Спойлер

Спать уже охото пойду...

****************************************
А нельзя как то вот так сделать?

Спойлер

Наверное изобретаю велосипед.
В реале так конечно работать не будет. Думал как бы сделать так чтобы ток тек между клеммами нагрузки а не в землю самой нагрузки. Замерять можно дифференциальным усилителем. Только напряжение затвора висит в воздухе.

На мой взгляд, в предыдущей схеме всё должно работать, а косяк из-за того, что в эмуляторе общие земли получаются... т.е. общий провод питания замыкается с «общим» проводом переменки...
Сегодня прикупил пару IRFP140, нашёл корпусок от старой поделки и медный радиатор...

А в протеусе нельзя их как то разделить?

Трансформатор там есть в моделях? Использовать трансформатор, вторичкой подключенный к входам, а первичкой к генератору и земле (я понимаю так, что в Протеусе и генераторы и измерительные приборы одним концом на земле сидят)

Спойлер