Тестер теплоотводов

Ранее неоднократно на Датагоре встречался вопрос о том, какую мощность может рассеять некий конкретный теплоотвод. По-моему, теоретический расчет тепловых процессов весьма сложен и в полной мере подвластен только специалистам.

Нам, следовательно, к вопросу надо подойти практически. Нужен некий прибор, назовём его «Тестер теплоотводов», имеющий нагревательный элемент, выделяющий тепло за счет подводимой к нему мощности, значение которой можно устанавливать произвольным порядком.

Предлагаю читателям конструкцию такого прибора.

↑ Функциональная схема прибора

Схема показана на рисунке 1.

На функциональной схеме показаны элементы, без которых обойтись невозможно — так сказать, необходимый минимум. Среди них вольтметр и амперметр. Хорошо, если источник питания имеет их в себе, в противном случае необходимо городить целую схему с паутиной соединительных проводов. Да и не факт, что у многих есть больше чем один тестер (мультиметр).

И тут я припоминаю, что какое-то время назад заказывал у китайцев пару модулей (рисунок 2), который выполняет одновременно функции вольтметра и амперметра и выводит результаты измерения тока и напряжения на два встроенных дисплея.

Цена этого девайса невысока. Они бывают с разными напряжениями и токами, мне попался приборчик на 30 Вольт и 10 Ампер, да ещё и с ответными частями разъемов в комплекте. Глупо было бы не воспользоваться таким подарком.

Учитывая возможности вольтамперметра, я сам себе определил технические характеристики прибора:
 — диапазон регулировки тока 0-3 А;
 — допустимый диапазон напряжений питания 10-30 В.

Выбранные значения токов и напряжений позволяют устанавливать мощность, выделяемую на транзисторе, в диапазоне от 0 Вт до 90 Вт, что мне кажется достаточным для большинства случаев.

↑ Общая схема тестера радиаторов

Так появилась общая схема прибора (рисунок 3), в которую вошли:
1) вольтамперметр (А02);
2) плата регулятора-стабилизатора тока (А01) с потенциометром уставки тока R1;
3) нагревательный элемент, то есть мощный МДП-транзистор VT1 c разъемом XS1 типа HU-3 для подключения к прибору;
4) соединительные провода с клеммами для подключения к источнику питания.

В цепь питания PW+ желательно поставить предохранитель на 5 А, для защиты прибора от случайного перепутывания полярности напряжения. При аккуратном пользовании прибором можно обойтись и без него.

Я не указываю тип силового транзистора, т.к. можно использовать любой на ток не менее 3 А, рабочее напряжение не менее 30 В и мощностью рассеивания от 100 Вт.
Удобно иметь под рукой несколько транзисторов в разных корпусах, например ТО220, ТО247.

Резистор R2, установленный между затвором и истоком, защищает транзистор от повреждения статическим напряжением, когда соединитель XS1, отсоединен от прибора. Номинал резистора R2 может быть от 5 кОм до 50 кОм.

Переменный резистор R1 для уставки тока также может иметь сопротивление от 4,7 кОм до 22 кОм, на работе схемы прибора это не скажется.

↑ Схема блока А01 регулятора-стабилизатора тока

Если у вас есть источник питания со встроенным вольтметром и амперметром, то из схемы прибора (рисунок 3) можно исключить модуль А01 вольтамперметра вместе со всеми соединительными проводами и установить перемычку между точками 9 и 5 печатной платы.

Схема платы регулятора-стабилизатора тока приведена на рисунке 4.
В схеме используются в основном (кроме R9-R11 и DA1) электронные компоненты для поверхностного монтажа, под них разведена печатная плата. У меня есть много этого «гуталина», да и отверстий меньше сверлить. Конечно, можно применять и проводные элементы, но печать тогда надо переработать.

К вопросу о возможной замене деталей могу сообщить, что используемый ОУ должен уметь работать при входных напряжениях близких 0 В и иметь допустимое напряжение питания не менее 30 В.
Соединитель XP1 может быть заменён на любой другой 3-х контактный с рабочим током не менее 3 А (не забывайте и о проводах).

Резистор R8 и конденсатор C4 выполняют коррекцию АЧХ ОУ LM358A для устранения возбуждения и при использовании ОУ другого типа, возможно, будет необходимо изменить номинал R8.

Резисторы токового шунта также могут иметь некоторое отклонение от указанных. При изменении номиналов этих резисторов необходимо учитывать мощность, выделяемую на них. Например, при уменьшении сопротивления шунта до 0,1 Ом, при токе 3 А, мощность на шунте будет 1 Вт, но при этом необходимо увеличить сопротивление резистора R5 до 47 кОм, чтобы сохранить верхний предел уставки тока на уровне 3 А.

↑ Печатная плата прибора

В соответствии со схемой была разведена печатная плата в программе «Sprint Layout 6», на куске одностороннего стеклотекстолита размерами 50×40 мм.

Изготовил пару печатных плат, используя ЛУТ технологию. Испытал, устранил ошибки. Для устранения возбуждения чипа, номинал конденсатора С2 пришлось увеличить до 10 мкФ. Единственный имеющийся в наличии ОУ LM358А оказался дохлым. Нашёл ОУ OP293F от «Analog Devices» выпуска 90 годов прошлого века – зато в DIP корпусе. Он роскошен для этой схемы, но он у меня есть.
В качестве токового датчика использовал кусочек манганинового провода сопротивлением 0,1 Ом. Пришлось пересчитать номиналы резисторов R5 и R6. R6 выбрал номиналом 5,11 кОм, а R5 получился номиналом 39 кОм.

Таким образом, в прилагаемой разводке печатной платы учтены все выявленные мною замечания.

Собрал прибор в соответствии с общей схемой (рисунок 3), подключил к лабораторному источнику питания, имеющему и вольтметр и амперметр. Убедился, что всё работает, ток регулируется в диапазоне от 0 до 3 А, при изменении питающего напряжения от 7 В до 30 В. Установленный ток стоит «мертво».
Китайский вольтамперметр работает один в один с вольтамперметрами, установленными на ЛБП. Осталось посадить всё это в подходящую коробочку, например, в сетевую распредкоробку.

↑ Ещё несколько фото

Прибор в корпусе:


В работе при разных значениях уставки тока:

↑ Файлы

🎁 Исправленный чертёж ПП  15.94 Kb ⇣ 49

Буду очень рад, если эта поделка кому-то пригодится в творчестве.
Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации