Главная » Питание
Призовой фонд
на сентябрь 2017 г.
1. 1000 руб
PCBWay
2. Осциллограф DSO138
Паяльник
3. Тестер компонентов MG328
Паяльник
4. 100 руб.
От пользователей

Регулируемая электронная нагрузка мощностью 30 Вт

В данном проекте мы соберем полезное устройство, которое может использоваться для ваших электронных разработок. Оно представляет собой регулируемую электронную нагрузку мощностью до 5A @ 30Вт. Данное устройство пригодно для создания требуемой токовой нагрузки от источника питания. Например, вы можете нагрузить им разрабатываемый блок питания для оценки мощности рассеяния на разных элементах схемы, использовать для разряда аккумулятора и т.д.

Электронная нагрузка позволяет управлять током путем измерения его значений с помощью амперметра. Многооборотный переменный резистор используется для установки точного значения тока. Схема питается от источника напряжением 15В-18В. Большой радиатор на плате помогает рассеивать тепло, генерируемое от MOSFET транзистора, который является главным элементом, используемым для ограничения тока.

Разработка схемы

Принцип работы электронной нагрузки очень простой. Он основан на равенстве напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входе операционного усилителя. Мы устанавливаем значение напряжения, прилагаемого к неинвертирующему входу с помощью многооборотного переменного резистора VR1. Напряжение регулируется в диапазоне 0-0.5В. Источником питания делителя напряжения служит точное напряжение 2.5В, генерируемое ИС источника опорного напряжения AD780. Значение напряжения на инвертирующем входе можно также измерить на неинвертирующем входе операционного усилителя LM324. Поэтому напряжение на резисторе R5 напрямую зависит от напряжения, которое мы установили. Установленное напряжение на резисторе R5 определяет настройку тока, который проходит через него. Этот ток также является током, который потребляется от источника питания во время тестирования. Выходное значение напряжения операционного усилителя LM324 появляется при использовании принципа равенства напряжений на входах. Следовательно оно управляет затвором Q1 MOSFET транзистора в линейной области. Сопротивление сток-исток (Rds) зависит от напряжения затвора. Выход операционного усилителя устанавливает значение Rds на требуемый уровень, который ограничивает ток по данной цепи. Именно MOSFET транзистор работает как резистивный элемент, который ограничивает ток с помощью операционного усилителя.

Схема регулируемой электронной нагрузки мощностью 30 Вт

Поскольку MOSFET транзистор работает как резистивный элемент, он рассеивает тепло в зависимости от протекаемого через него тока. Простое равенство P = VI определяет количество тепла, которое будет генерироваться на MOSFET транзисторе. Для расширения диапазона мощности нагрузки нам необходимо прикрепить радиатор к корпусу MOSFET транзистора.

Используемый радиатор рассчитан на тепловое сопротивление 2.5 °C/Вт. Тепловое сопротивление р-n-перехода с корпусом MOSFET транзистора составляет 0.75 °C/Вт. Также тепловое сопротивление в месте соприкосновения корпуса с радиатором составляет 1.75 °C/Вт. Общее тепловое сопротивление составляет 5 °C/Вт. Мы можем предположить, что будем использовать нагрузку при комнатной температуре, а именно 25°C. Кристалл IRF3710 MOSFET транзистора рассчитан на температуру до 175 °C, поэтому мы в идеальном случае можем нагревать кристалл MOSFET транзистора до этой температуры. Разница температуры составит почти 175°C-25°C = 150°C. Используя данное значение, мы можем вычислить максимальную мощность, которая будет рассеиваться на электрической нагрузке. P = 150 / 5 = 30Вт.

MOSFET транзистор IRF3710 имеет максимальное напряжение сток-исток (Vds) величиной 100В. Поэтому не рекомендуется подключать источник питания напряжением более 100В.

Мощность 30Вт, ток 5A и напряжение 100В являются предельными параметрами для данной нагрузки. Следовательно, для подключения источника питания к нагрузке вам необходимо правильно рассчитать мощность рассеивания. Например, если вы подключаете к нагрузке источник питания напряжением 30В, тогда вы не должны превышать ток 1A в непрерывном режиме. В противном случае MOSFET транзистор может выйти из строя, поскольку будет превышена предельная температура кристалла MOSFET транзистора 175 °C.

Другой параметр, который нужно принять во внимание при работе с MOSFET транзисторами – это области устойчивой работы (SOA) MOSFET транзистора. Поскольку текущий ток не превышает 5A и мощность не превысит 30Вт, тогда MOSFET транзистор будет оставаться в области устойчивой работы. Превышение мощности 30W приведет к перегоранию MOSFET транзистора при больших напряжениях.

Последовательно с нагрузкой включается амперметр. Он показывает текущее значение тока, потребляемое от источника питания. Амперметр запитывается от стабилизатора напряжения 78L15, также как операционный усилитель и ИС источника опорного напряжения. Амперметр непрерывно измеряет ток и позволяет пользователю контролировать его в режиме реального времени.

Разработка печатной платы

Печатная плата изготовлена с помощью SoloPCB.

Сборка и тестирование

На плате устанавливаются SMD-компоненты. Поэтому вы должны использовать все свои навыки по пайке. Остальные детали для установки в отверстия очень легко паять.

Устройство должно заработать сразу же после финальной сборки. Многооборотный переменный резистор позволяет пользователю точно и правильно отрегулировать ток. Клеммная колодка J2 очень полезный компонент, поскольку является колодкой, соединяемой нажатием. Поэтому нет необходимости в использовании крепежных винтов. Выключатель вкл/выкл SW1 удобно включает и выключает источник питания электрической нагрузки.

На фотографии ниже показан пример использования данной схемы для разряда батареи при токе 1.2A во время измерения фактической емкости перед ее использованием.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
U1 Линейный регулятор
LM78L15
1 Поиск в LCSCВ блокнот
U2 Операционный усилитель
LM324
1 Поиск в LCSCВ блокнот
U3 МикросхемаAD7801 Поиск в LCSCВ блокнот
Q1 MOSFET-транзистор
IRF3710
1 Поиск в LCSCВ блокнот
С1, С3, С10 Конденсатор10 мкФ3 С10 25 ВольтПоиск в LCSCВ блокнот
С2, С4, С6 Конденсатор0.1 мкФ3 Поиск в LCSCВ блокнот
С5, С8 Конденсатор0.01 мкФ2 С8 50 ВольтПоиск в LCSCВ блокнот
С7 Конденсатор0.022 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
С9 Конденсатор1 мкФ 25 В1 Поиск в LCSCВ блокнот
VR1 Переменный резистор10 кОм1 Поиск в LCSCВ блокнот
R1, R2, R6-R11 Резистор
2 кОм
8 Поиск в LCSCВ блокнот
R3 Резистор
150 Ом
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R4 Резистор
39 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R5 Резистор
0.1 Ом
1 5 ВтПоиск в LCSCВ блокнот
LD1 Светодиод1 Поиск в LCSCВ блокнот
М1 Амперметр1 Поиск в LCSCВ блокнот
J1 Разьем для подключения питания1 Поиск в LCSCВ блокнот
J2 Разьем для силового подключения1 Поиск в LCSCВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Оригинал статьи

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (4) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Vascom #
Реально ли при нагрузке 30Вт транзистор нагревается до 175°С?
К тому же, как я понимаю, это при долговременной нагрузке. А если секунд на 10-30, то и 100Вт выдержит?
Ответить
0
Zlodey #
Конечно нагревается! Для рассеивания 30-ти ватт радиатор слишком мелкий
Ответить
+1
Egor #
LM324 можно заменить на LM358, она содержит только два операционных усилителя. Ядреный AD780 заменить на обычную TL431 (при желании, совместно с TL-кой, можно использовать незадействованный операционный усилитель). Радиатор можно взять от процессора или от видеокарты, со встроенным кулером.
Ответить
0
Artem #
Мощность 30Вт, ток 5A и напряжение 100В являются предельными параметрами для данной нагрузки.
Можно ли узнать почему эти параметры являются предельными для данной нагрузки? Хотелось бы создать нагрузку с предельными параметрами Мощность 150Вт, Ток 15А и напряжение 10В, как это можно сделать исходя из вашей схемы, мб взять транзистор по мощнее?
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

DC-DC регулируемый преобразователь 1.5-37В 2А с индикатором
DC-DC регулируемый преобразователь 1.5-37В 2А с индикатором
Набор начинающего радиолюбителя Осциллограф DSO138
вверх