Электронная нагрузка

Автор: Lion_A, alexandrov.a@bk.ru
Опубликовано 18.09.2014
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2014"

Поздравляю Кота с днем рождения и желаю удачи!

Похожее устройство уже участвовало в конкурсе и очень мне понравилось https://radiokot.ru/circuit/analog/measure/26/. Я его повторил. Но мне не понравилась регулировка тока, регулятором по сути устанавливалась скважность ШИМ, а не ток нагрузки. Поэтому я решил добавить в схему стабилизатор тока и вот что вышло:

ШИМ контроллер TL494 работает в однотактном режиме. Частоту его работы задают R6 и C2, частота равна 14кГц . В схему введена обратная связь по току. Напряжение с токового шунта R16 усиливается операционным усилителем DA1 и поступает на положительный вход усилителя ошибки TL494. На отрицательный вход усилителя ошибки через регулируемый делитель напряжения собранный на переменном резисторе R3 и резисторе R8 подаётся опорное напряжение 5В с вывода 13 TL494. Переключатель S2 шунтирующий R7 изменяет диапазон регулировки тока 0-3А/0-20А. Включение и выключение схемы осуществляется переключателем S1.  Пока выключатель разомкнут транзистор VT1 закрыт и вывод DTC через подтягивающий резистор подтянут к +5В источника опорного напряжения. При этом работа ШИМ контролера блокируется. При замыкании S1 транзистор VT1 откроется и прижмет DTC к земле и работа TL494 будет разрешена. Для управления MOSFETами применен драйвер верхнего и нижнего плеча IC2  IR2101. Здесь используется только нижнее плечо, поэтому никакой дополнительной обвязки не требуется. С выхода драйвера импульсы через резисторы R10; R11 подаются на затворы MOSFETов VT2; VT3.

Осциллограмма на стоках MOSFETов без снаберного конденсатора C5 и диода VD1. масштаб 10В в клетке:

 С установленным С5(5В в клетке):

Видим затухающий колебательный процесс на стоке во время открытия транзистора. Установка диода VD1 значительно помагает:

Это сигнал на затворе одного из MOSFETов:

Входная мощность рассеивается на резисторе R12. Он изготовлен из двух нихромовых проволок диаметром 1мм и сопротивлением 1 Ом каждая, соединенных параллельно. Для его охлаждения используется вентилятор от компьютерного блока питания.

Настройка почти не требуется. Устанавливаем R3 в левое положение по схеме, включаем S1, подаем на вход напряжение и начинаем поворачивать R3, ток должен увеличиваться. Желательно проверить  осциллографом управляющие импульсы на затворах транзисторов VT2; VT3. Импульсы должны иметь правильную прямоугольную форму. Подстроечным резистором R17 подстраиваем диапазон регулировки тока. На передней панели можно нанести шкалу с проградуированными значениями тока. В этом случае можно  отказаться от амперметра, так как ток будет стабилизироваться независимо от входного напряжения. Если хочется использовать измеритель напряжения и тока, то напряжение для вольтметра берется с входных клемм через делитель а для амперметра с выхода операционного усилителя DA1 оно будет пропорционально току в диапазоне 0-5В, что очень удобно для подачи на вход АЦП микроконтроллера. Питается устройство от источника питания с напряжением 15В. Желательно применить стабилизированный источник, но необязательно. Основной потребитель это вентилятор, поэтому тока в 200-300мА будет достаточно.

Почти все детали можно найти в отработавшей свое компьютерной технике. TL494, диод VD1(стоит в выпрямителе 12В) и вентилятор взяты из компьютерного  БП. IR2101 и транзистор IRFZ44N можно найти в источниках бесперебойного питания. Токовый шунт взят из мультиметра DT-830. Дроссель L1 пробовал мотать на разных кольцах, разницы не заметил. Его индуктивность должна быть в пределах 40-100мкГн и намотана проводом диаметром не менее 1мм. C5 К73-17 на напряжение 250В. C6 керамический, припаивается непосредственно к выводам С7 с нижней стороны платы. Электролиты С7; С9 должны быть low ESR. Транзистор VT1 любой маломощный npn. Транзисторы VT2; VT3 установленны на радиатор и греются не очень сильно. Диод VD2 для защиты от неправильной полярности рассчитанный на прямой ток не менее 20A и обратное напряжение не менее 50В и непомешало бы перед ним поставить предохранитель.

Вот вид собраннго мною устройства:

Верхнюю крышку делать не стал специально, для лучшего охлаждения. С такой конструкцией можно продолжительное время рассеивать до 150Вт и кратковременно до 300Вт при напряжении до 30В.

Файлы:
Панель
Плата
Схема

Все вопросы в Форум.