» » » Электронная импульсная нагрузка на базе TL494

 
 
 
9

Электронная импульсная нагрузка на базе TL494

Разместил riswel 25 июля 2011. Просмотров: 71 529

Все электронщики, занимающиеся конструированием устройств электропитания, рано или поздно сталкиваются с проблемой отсутствия нагрузочного эквивалента или функциональной ограниченностью имеющихся нагрузок, а так же их габаритами. К счастью, появление на российском рынке дешевых и мощных полевых транзисторов несколько исправило ситуацию.

Стали появляться любительские конструкции электронных нагрузок на базе полевых транзисторов, более пригодных к использованию в качестве электронного сопротивления, нежели их биполярные собратья: лучшая температурная стабильность, практически нулевое сопротивление канала в открытом состоянии, малые токи управления - основные преимущества, определяющие предпочтительность их использования в качестве регулирующего компонента в мощных устройствах. Более того, самые разнообразные предложения появились от производителей приборов, прайсы которых пестрят самыми разнообразными моделями электронных нагрузок. Но, так как производители ориентируют свою весьма сложную и многофункциональную продукцию под названием "электронная нагрузка" в основном на производство, цены на эти изделия настолько высоки, что покупку может позволить себе лишь весьма состоятельный человек. Правда, не не совсем понятно, - зачем состоятельному человеку электронная нагрузка.

ЭН промышленного изготовления, ориентированного на любительский инженерный сектор, мною замечено не было. Значит, опять придется все делать самому. Э-эх... Начнем.

Преимущества электронного эквивалента нагрузки

Чем же в принципе электронные нагрузочные эквиваленты предпочтительнее традиционных средств (мощные резисторы, лампы накаливания, термонагреватели и прочие приспособления), используемых зачастую конструкторами при наладке различных силовых устройств?

Граждане портала, имеющие отношение к конструированию и ремонту блоков питания, несомненно знают ответ на этот вопрос. Лично я вижу два фактора, достаточных для того, что бы иметь в своей "лаборатории" электронную нагрузку: небольшие габариты, возможность управления мощностью нагрузки в больших пределах простыми средствами (так, как мы регулируем громкость звучания или выходное напряжение блока питания - обычным переменным резистором а не мощными контактами рубильника, движком реостата и т.д.).

Кроме того, "действия" электронной нагрузки можно легко автоматизировать, облегчив таким образом и сделав более изощренными испытания силового устройства с помощью электронной нагрузки. При этом, разумеется, освобождаются глаза и руки инженера, работа становится продуктивней. Но о прелестях всех возможных наворотов и совершенств - не в этой статье, и, быть может, от другого автора. А пока, - лишь о еще одной разновидности электронной нагрузки - импульсной.

Особенности импульсного варианта ЭН

Аналоговые электронные нагрузки безусловно хороши и многие из тех, кто использовал ЭН при наладке силовых устройств, оценили ее преимущества. Импульсные ЭН имеют свою изюминку, давая возможность для оценки работы блока питания при импульсном характере нагрузки таком, как, например, работа цифровых устройств. Мощные усилители звуковых частот так же оказывают характерное влияние на питающие устройства, а потому, неплохо было бы знать, как поведет себя блок питания, расчитанный и изготовленный для конкретного усилителя, при определенном заданном характере нагрузки.

При диагностике ремонтируемых блоков питания эффект применения импульсной ЭН так же заметен. Так, например, с помощью импульсной ЭН была найдена неисправность современного компьютерного БП. Заявленная неисправность данного 850-ваттного БП была следующей: компьютер при работе с этим БП выключался произвольно в любое время при работе с любым приложением, независимо от потребляемой, на момент выключения, мощности. При проверке на обычную нагрузку (куча мощных резисторов по +3В, +5В и галогенных лампочек по +12В) этот БП отработал на "ура" в течении нескольких часов при том, что мощность нагрузки составила 2/3 от его заявленной мощности. Неисправность проявилась при подключении импульсной ЭН к каналу +3В и БП начал отключаться, едва стрелка амперметра доходила до деления 1А. При этом токи нагрузки по каждому из прочих каналов положительного напряжения не превышали 3А. Неисправной оказалась плата супервизора и была заменена на аналогичную (благо, был такой же БП с выгоревшей силовой частью), после чего БП заработал нормально на максимальном токе, допустимом для используемого экземпляра импульсной ЭН (10А), которая и является предметом описания в данной статье.

Идея

Идея создания импульсной нагрузки появилась достаточно давно и впервые была реализована в 2002 году, но не в теперешнем ее виде и на другой элементной базе и для несколько иных целей и не было в то время для меня лично достаточных стимулов и прочих основаий для развития этой идеи. Сейчас звезды стоят иначе и что-то сошлось для очередного воплощения этого устройства. С другой стороны, устройство изначально имело несколько иное назначение - проверка параметров импульсных трансформаторов и дросселей. Но одно другому не мешает. Кстати, если кто-то захочет заняться исследованием индуктивных компонентов с помощью этого или аналогичного устройства, пожалуйста: ниже архивы статей маститых (в области силовой электроники) инженеров, посвященных этой теме.

Итак, что же представляет собой "классическая" (аналоговая) ЭН в принципе. Токовый стабилизатор, работающий в режиме короткого замыкания. И ничего больше. И будет прав тот, кто в порыве какой угодно страсти замкнет выходные клеммы зарядного устройства или сварочного аппарата и скажет: это - электронная нагрузка! Не факт, конечно, что подобное замыкание не будет иметь пагубных последствий, как для устройств, так и для самого оператора, но и то и другое устройство действительно являются источниками тока и вполне могли бы претендовать после определенной доводки на роль электронной нагрузки, как и любой другой сколь угодно примитивный источник тока. Ток в аналоговой ЭН будет зависеть от напряжения на выходе проверяемого БП, омического сопротивления канала полевого транзистора, устанавливаемого величиной напряжения на его затворе.

Ток в импульсной ЭН будет зависеть от суммы параметров в число которых будет входить ширина импульса, минимальное сопротивление открытого канала выходного ключа и свойства проверяемого БП (емкость конденсаторов, индуктивность дросселей БП, выходное напряжение).
При открытом ключе ЭН образует кратковременное короткое замыкание, при котором конденсаторы испытуемого БП разряжаются, а дроссели (если они содержатся в конструктиве БП) стремяться к насыщению. Классического КЗ, однако, не происходит, т.к. ширина импульса ограничена во времени микросекундными величинами, определяющими величину разрядного тока конденсаторов БП.
В то же время проверка импульсной ЭН является более экстремальной для проверяемого БП. Зато и "подводных камней" при такой проверке выявляется больше, вплоть до качества питающих проводников, подводимых к питающему устройству. Так, при подключении импульсной ЭН к 12-тивольтовому БП соединительными медными проводами диаметром жилы 0,8мм и токе нагрузки 5А, осциллограмма на ЭН выявила пульсации, представляющие собой последовательность прямоугольных импульсов размахом до 2В и остроконечными выбросами с амплитудой, равной напряжению питания. На клеммах самого БП пульсации от ЭН практически отсутствовали. На самой ЭН пульсации были сведены к минимуму (менее 50мВ) при помощи увеличения количества жил каждого питающих ЭН проводников - до 6. В "двухжильном" варианте минимума пульсаций, сопоставимого с "шестижильным", удалось достигнуть установкой дополнительного электролитического конденсатора емкостью 4700мФ в точках соединения питающих проводов с нагрузкой. Так что, при построении БП, импульсная ЭН очень даже может пригодиться.

Схема


ЭН собрана на популярных (благодаря большому количеству утилизированных компьютерных БП) компонентах. Схема ЭН содержит генератор с регулируемой частотой и шириной импульсов, термо-и-токовую защиту. Генератор выполнен на ШИМ TL494.


Регулировка частоты осуществляется переменным резистором R1; скважности - R2; термочувствительности - R4; ограничение тока - R14.
Выход генератора умощнен эмиттерным повторителем (VT1, VT2) для работы на емкости затворов полевых транзисторов числом от 4-х и более.

Генераторная часть схемы и буферный каскад на транзисторах VT1, VT2 могут быть запитаны от отдельного источника питания с выходным напряжением +12...15В и током до 2А или от канала +12В проверяемого БП.

Выход ЭН (сток полевого транзистора) и соединяется с "+" проверяемого БП, общий провод ЭН - с общим проводом БП. Каждый из затворов полевых транзисторов (в случае их группового использования) должен быть соединен с выходом буферного каскада собственным резистором, нивелирующим разницу параметров затворов (емкость, пороговое напряжение) и обеспечивающим синхронную работу ключей.



На фотографиях видно, что на плате ЭН имеется пара светодиодов: зеленый - индикатор питания нагрузки, красный индицирует срабатывание усилителей ошибки микросхемы при критической температуре (постоянное свечение) или при ограничении тока (едва заметное мерцание). Работой красного светодиода управляет ключ на транзисторе КТ315, эмиттер которого соединен с общим проводом; база (через резистор 5-15кОм) с выводом 3 микросхемы; коллектор - (через резистор 1,1 кОм) с катодом светодиода, анод которого соединен выводам 8, 11, 12 микросхемы DA1. На схеме этот узел не показан, т.к. не является безусловно обязательным.

Не указанные на схеме номиналы резисторов и конденсаторов:
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.



По поводу резистора R16. При прохождении через него тока 10А, рассеиваемая на резисторе мощность составит 5Вт (при указанном на схеме сопротивлении). В реальной конструкции используется резистор сопротивлением 0,1 Ом (не оказалось нужного номинала) и мощность, рассеиваемая на его корпусе при том же токе, составит 10Вт. Температура резистора при этом гораздо выше температуры ключей ЭН, которые (при использовании радиатора, показанного на фото) греются не сильно. Поэтому термодатчик лучше установить на резисторе R16 (или в непосредственной близости), а не на радиаторе с ключами ЭН.

Еще несколько фото







Файлы

opredelenie-toka-nasyscheniya-katushek-induktivnosti-s-magnitoprovodami.rar | Файл 125,08 Kb загружен 257 раз.
kosenko_universalnyy-pribor-dlya-proverki-iip.rar | Файл 45,07 Kb загружен 262 раз.

Эксперименты с данным вариантом нагрузки продолжаются.
Константин (riswel)
Россия, г. Калининград
Профиль riswel
C детства - музыка и электро/радио-техника. Перепаял множество схем самых различных по разным поводам и просто, - для интереса, - и своих, и чужих.

За 18 лет работы в Северо-Западном Телекоме изготовил много различных стендов для проверки различного ремонтируемого оборудования.
Сконструировал несколько, различных по функционалу и элементной базе, цифровых измерителей длительности импульсов.

Более 30-ти рацпредложений по модернизации узлов различного профильного оборудования, в т.ч. - электропитающего. С давних пор все больше занимаюсь силовой автоматикой и электроникой.

Почему я здесь? Да потому, что здесь все - такие же, как я. Здесь много для меня интересного, поскольку я не силен в аудио-технике, а хотелось бы иметь больший опыт именно в этом направлении.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 47

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Регулятор мощности на полевых транзисторах с ШИ-управлением + устройство для питания 110-вольтовой аппаратуры от 220 Вольт... Привет всем датагорцам и гостям Датагории! Предлагаю схемку простого в изготовлении и наладке...
Схема на Датагоре. Новая статья Аналог мощного стабилитрона как тестовая нагрузка для проверки зарядных устройств автомобильных аккумуляторов... При переделке компьютерных импульсных блоков питания (далее – ИБП) под зарядные устройства для...
Схема на Датагоре. Новая статья Сделай сам лабораторный импульсный блок питания. Часть 5. Миниатюрный лабораторный ИБП... Несмотря на простоту схем импульсных блоков питания, описанных в предыдущих частях серии,...
Схема на Датагоре. Новая статья Простая аналоговая электронная нагрузка... Все, кто хоть как-то сталкивался с изготовлением, ремонтом блоков питания задавался вопросом – где...
Схема на Датагоре. Новая статья Автомобильный бестрансформаторный DC/AC конвертор: получаем 50Гц в автомобиле... Несмотря на огромный арсенал всевозможных аналогов бытовых устройств, предназначенных для работы от...
Схема на Датагоре. Новая статья Универсальный генератор на TL494 (прямоугольник и пила)... Генератор предназначен для лабораторных исследований при разработке и наладке самых различных...
Схема на Датагоре. Новая статья Карманный справочник инженера электронной техники. Бриндли К., Карр Дж.... Карманный справочник инженера электронной техники. Бриндли К., Карр Дж. Издательство: Додэка-ХХ1...
Схема на Датагоре. Новая статья 3 в 1 для Самоделкина. Кашкаров А. П.... 3 в 1 для Самоделкина. Кашкаров А. П. Издательство: НТ Пресс Год: 2008 Страниц: 257 Язык: Русский...
Схема на Датагоре. Новая статья Программа P-CAD. Электронное моделирование. А.С. Уваров... Программа P-CAD. Электронное моделирование. А.С. Уваров Издательство: Диалог-МИФИ Год: 2008...
Схема на Датагоре. Новая статья Источники питания. Расчет и конструирование. Браун М.... Браун М. Источники питания. Расчет и конструирование.: Пер. с англ. — К.: «МК-Пресс», 2007. — 288...
Схема на Датагоре. Новая статья Электронные устройства для дома. Евсеев А. Н.... Евсеев Андрей Николаевич Электронные устройства для дома. — М.: Радио и связь, 1994г. — 144 с: ил....
Схема на Датагоре. Новая статья Электронные самоделки. Кашкаров А. П.... Кашкаров А. П. Электронные самоделки. — СПб.: БХВ-Петербург, 2007. −304 с: ил. Представлены...
<
  • Гражданин
26 июля 2011 04:44

Юрий / inter02

Цитата
  • С нами с 13.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 100 комментариев
  • 3 публикации
 
  • 0
весьма занятно!
такому "реостату" мощному (ИМХО) на сегодня доверия больше
интересная схемотехника

<
  • Кандидат
26 июля 2011 06:37

Вадим / vadeg

Цитата
  • С нами с 14.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 28 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Спасибо! Буду повторять конструкцию!

<
  • Кандидат
2 августа 2011 00:15

Артем / artem190278

Цитата
  • С нами с 2.05.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 2 комментария
  • 0 публикаций
 
  • 0
У меня есть необходимость в создании электронной нагрузки для сети 220В мощностью порядка 1кВт. Может автор сталкивался с какими-либо решениями.

<
  • Гражданин
3 августа 2011 03:59

Константин / riswel

Цитата
  • С нами с 28.08.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 117 комментариев
  • 28 публикаций
 
  • 0
Цитата: artem190278
У меня есть необходимость в создании электронной нагрузки для сети 220В мощностью порядка 1кВт. Может автор сталкивался с какими-либо решениями.


К сожалению, технические решения для высоких напряжений мною не разрабатывались и сложность решения подобной задачи гораздо сложнее в плане изготовления именно импульсной ЭН. Сложность обусловлена следующими факторами: 1) Высокое напряжение, где контроль мощности нагрузки должен быть жестче, чем при построении низковольтной конструкции; 2) синхронизация с частотой сети с целью минимизации помех; 3) обеспечение безопасности прибора и оператора (необходимость развязки). Да и неоправданно дорого все это может получиться. С другой стороны, чем плох электрический чайник или утюг? Все проще и естественее, чем ЭН, да и расходов меньше. К тому же мощность ЭТИХ приборов легко можно регулировать в широких пределах (в диапазоне от 10 до 3кВт - в случае использования любого из китайских электрочайников) обычным симисторным регулятором. При работе с таким регулятором экономится ресурс самого чайника, не греется эл. проводка и чаю заодно выпьете smile . Честно, это будет лучше, чем заморачиваться с ЭН для таких напряжений.
Применение полевых транзисторов при регулировке и стабилизации тока чайника (если это необходимо) так же возможно, тем более, что на таких устройств на ПТ даже несколько проще, чем на симисторах.

<
  • Гражданин
9 августа 2011 00:22

Сергей / metrolog

Цитата
  • С нами с 5.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 90 комментариев
  • 5 публикаций
 
  • 0
Отлично! Самое то для тестирования любых БП.
В каких пределах у Вас менялась скважность?

<
  • Гражданин
11 августа 2011 01:59

Константин / riswel

Цитата
  • С нами с 28.08.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 117 комментариев
  • 28 публикаций
 
  • 0
Цитата: metrolog
В каких пределах у Вас менялась скважность?

Диапазон изменения скважности в генераторе задумывался от 10 до 90%. Номиналы R2, 6, 9 подбирались под этот диапазон.

<
  • Кандидат
18 октября 2011 21:14

Дмитрий / MegaLeon

Цитата
  • С нами с 15.04.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 8 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Печатную плату не рисовали? в лау

<
  • Главный редактор
19 октября 2011 10:12

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 651 комментарий
  • 265 публикаций
 
  • 0
MegaLeon, судя по фоткам - всё на хорошей макетке.

<
  • Кандидат
19 октября 2011 19:03

Дмитрий / MegaLeon

Цитата
  • С нами с 15.04.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 8 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Я это понимаю, на макетке тоже разные конструкции собирал, но потом проще в программе нарисовать, когда все детали уже знаеш как расположить. Да и надежнее часто используемую конструкцию делать на печатке, проще сделать в случае необходимости ещё. Ещё вопрос, можно ведь сделать двухканальный режим? не обязательно использовать регулировку по току большую, можно и поменьше, мне просто нужен двухканальный вариант, буду чертить плату. Нарисую когда, выложу плату.
А идея очень хорошая! Большое спасибо.

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой
  • smilelolbyewinkyahoocoollaughing
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashguitar-manhandshake
    musicnegativenopardonshoksleepunknown
    wackoyawnblushbullyhashsmokingwhew
Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.