Електронна навантаження.

1. призначення
2. Загальний опис схеми
3. Налаштування схеми
4. елементна база
5. Конструктивні особливості

Наши партнеры ArtmMisto

Микола Сергєєв

призначення

Цей пристрій призначений і застосовується для перевірки джерел живлення постійного струму, напругою до 150В. Пристрій дозволяє навантажувати блоки живлення струмом до 20А, при максимальній потужності, що розсіюється до 600 Вт.

Загальний опис схеми

Малюнок 1 - Принципова електрична схема електронної навантаження.

Наведена схема на малюнку 1 дозволяє плавно регулювати навантаження випробуваного блоку живлення. Як еквівалент навантажувального опору використовуються потужні польові транзистори T1-T6 включені паралельно. Для точного завдання і стабілізації струму навантаження, в схемі застосовується прецизійний операційний підсилювач ОУ1 як компаратора. Опорна напруга з дільника R16, R17, R21, R22 надходить на неінвертуючий вхід ОУ1, на інвертується вхід надходить напруга порівняння з струмовимірювальні резистори R1. Посилена помилка з виходу ОУ1 впливає на затвори польових транзисторів, тим самим стабілізуючи заданий струм. Змінні резистори R17 і R22 винесені на лицьову панель пристрою з градуйованою шкалою. R17 задає струм навантаження в межах від 0 до 20А, R22 в межах від 0 до 570 мА.
Вимірювальна частина схеми виконана на основі АЦП ICL7107 зі світлодіодними цифровими індикаторами. Опорна напруга для мікросхеми становить 1В. Для узгодження вихідної напруги Струмовимірювальні датчика з входом АЦП застосовується неинвертирующий підсилювач з регульованим коефіцієнтом посилення 10-12, зібраний на прецизійному операційному підсилювачі ОУ2. Як датчик струму використовується резистор R1, що і в схемі стабілізації. На панелі індикації відображається або струм навантаження, або напруга перевіряється джерела живлення. Перемикання між режимами відбувається кнопкою S1.
У запропонованій схемі реалізовані три види захисту: максимальний струмовий захист, тепловий захист і захист від переполюсовки.
У максимального струмового захисту передбачена можливість завдання струму відсічення. Схема МТЗ складається з компаратора на ОУ3 і ключа, комутуючого ланцюг навантаження. Як ключ використовується польовий транзистор T7 з низьким опором відкритого каналу. Опорна напруга (еквівалент току відсічення) подається з дільника R24-R26 на інвертується вхід ОУ3. Змінний резистор R26 винесено на лицьову панель пристрою з градуйованою шкалою. Підлаштування резистор R25 задає мінімальний струм спрацьовування захисту. Сигнал порівняння надходить з виходу вимірювального ОУ2 на неінвертуючий вхід ОУ3. У разі перевищення струму навантаження заданого значення, на виході ОУ3 з'являється напруга близьке до напруги харчування, тим самим включається діністорное реле MOC3023, яке в свою чергу замикає транзистор T7 і подає харчування на світлодіод LED1, що сигналізує про спрацьовування струмового захисту. Скидання відбувається після повного відключення пристрою від мережі і повторного включення.
Тепловий захист виконана на компараторе ОУ4, датчику температури RK1 і виконавчому реле РЕС55А. Як датчик температури використовується терморезистор з негативним ТКС. Поріг спрацьовування задається підлаштування резистором R33. Підлаштування резистор R38 задає величину гістерезису. Датчик температури встановлений на алюмінієвій пластині, яка є підставою для кріплення радіаторів (Малюнок 2). У разі перевищення температури радіаторів заданого значення, реле РЕС55А своїми контактами замикає неінвертуючий вхід ОУ1 на землю, в результаті транзистори T1-T6 замикаються і струм навантаження прагне до нуля, при цьому світлодіод LED2 сигналізує про спрацьовування теплового захисту. Після охолодження пристрою, струм навантаження відновлюється.
Захист від переполюсовки виконана на здвоєному діоді Шотткі D1.
Харчування схеми здійснюється від окремого мережевого трансформатора TP1. Операційні підсилювачі ОУ1, ОУ2 і мікросхема АЦП підключені від двополярного джерела живлення зібраного на стабілізаторах L7810, L7805 і инверторе ICL7660.
Для примусового охолодження радіаторів використовується в безперервному режимі вентилятор на 220В (в схемі не вказаний), який підключається через загальний вимикач і запобіжник безпосередньо до мережі 220В.

Налаштування схеми

Налаштування схеми проводиться в наступному порядку.
На вхід електронної навантаження послідовно з перевіряється блоком живлення підключається еталонний міліамперметр, наприклад мультиметр в режимі вимірювання струму з мінімальним діапазоном (мА), паралельно підключається еталонний вольтметр. Ручки змінних резисторів R17, R22 викручуються в крайнє ліве положення відповідне нульового струму навантаження. На пристрій підключений до джерела живлення. Далі підлаштування резистором R12 задається таке напруга зсуву ОУ1, щоб свідчення еталонного миллиамперметра стали рівні нулю.
Наступним етапом налаштовується вимірювальна частина пристрою (індикація). Кнопка S1 переводиться в положення вимірювання струму, при цьому на табло індикації точка повинна переміститися в положення сотих. Підлаштування резистором R18 необхідно домогтися, щоб на всіх сегментах індикатора, крім крайнього лівого (він повинен бути неактивний), відображалися нулі. Після цього еталонний міліамперметр перемикається в режим максимального діапазону вимірювань (А). Далі регуляторами на лицьовій панелі пристрою задається струм навантаження, підлаштування резистором R15 добиваємося однакових свідчень з еталонним амперметром. Після калібрування каналу виміру струму, кнопка S1 перемикається в положення індикації напруги, точка на табло повинна переміститися в положення десятих. Далі підлаштування резистором R28 добиваємося однакових свідчень з еталонним вольтметром.
Налаштування МТЗ не потрібно, якщо дотримані всі номінали.
Налаштування теплового захисту проводиться експериментальним шляхом, температурний режим роботи силових транзисторів не повинен виходити за регламентований діапазон. Так само нагрів окремого транзистора може бути неоднаковим. Поріг спрацьовування налаштовується підлаштування резистором R33 в міру наближення температури самого гарячого транзистора до максимального документованого значенням.

елементна база

В якості силових транзисторів T1-T6 (IRFP450) можуть застосовуватися MOSFET N-канальні транзистори з напругою стік-витік не менше 150В, потужністю розсіювання не менше 150Вт і струмом стоку не менше 5А. Польовий транзистор T7 (IRFP90N20D) працює в ключовому режимі і вибирається виходячи з мінімального значення опору каналу у відкритому стані, при цьому напруга стік-витік має бути не менше 150В, а тривалий струм транзистора повинен становити не менше 20A. Як прецизійних операційних підсилювачів ОУ 1,2 (OP177G) можуть застосовуватися будь-які аналогічні операційні підсилювачі з двохполярним харчуванням 15В і можливістю регулювання напруги зсуву. Як операційні підсилювачів ОУ 3,4 застосовується досить поширена мікросхема LM358.
Конденсатори C2, С3, С8, C9 електролітичні, C2 вибирається на напругу не менше 200В і ємністю від 4,7μF. Конденсатори C1, С4-С7 керамічні або плівкові. Конденсатори C10-C17, а так само резистори R30, R34, R35, R39-R41 поверхневого монтажу і розміщуються на окремій платі індикатора.
Підлаштування резистори R12, R15, R18, R25, R28, R33, R38 багатооборотні фірми BOURNS типу 3296. Змінні резистори R17, R22 і R26 вітчизняні однооборотние типу СП2-2, СП4-1. Як струмовимірювальні резистори R1 використаний шунт, випаяний з неробочого мультиметра, опором 0,01 Ом і розрахований на струм 20А. Постійні резистори R2-R11, R13, R14, R16, R19-R21, R23, R24, R27, R29, R31, R32, R36, R37 типу МЛТ-0,25, R42 - МЛТ-0,125.
Імпортна мікросхема аналого-цифрового перетворювача ICL7107 може бути замінена на вітчизняний аналог КР572ПВ2. Замість світлодіодних індикаторів BS-A51DRD можуть застосовуватися будь-які поодинокі або здвоєні семисегментний індикатори із загальним анодом без динамічного управління.
У схемі теплового захисту використовується вітчизняне слабкострумове герконовое реле РЕС55А (0102) з одним перекидним контактом. Реле вибирається з урахуванням напруги спрацьовування 5В і опору котушки 390 Ом.
Для живлення схеми може бути застосований малогабаритний трансформатор на 220, потужністю 5-10Вт і напругою вторинної обмотки 12В. В якості випрямляча діодного моста D2 може використовуватися практично будь-який діодний міст з струмом навантаження не менше 0,1A і напругою не менше 24В. Мікросхема стабілізатора струму L7805 встановлюється на невеликий радіатор, приблизна потужність розсіювання мікросхеми 0,7Вт.

Конструктивні особливості

Підстава корпусу (рисунок 2) виготовлено з алюмінієвого листа товщиною 3 мм і куточка 25мм. До основи прикручуються 6 алюмінієвих радіаторів, що раніше застосовувалися для охолодження тиристорів. Для поліпшення теплопровідності використовується термопаста АлСіл-3.

Малюнок 2 - Підстава.

Загальна площа поверхні зібраного таким чином радіатора (рисунок 3) складає близько 4000 см2. Приблизна оцінка потужності розсіювання взята з розрахунку 10см2 на 1Вт. З урахуванням застосування примусового охолодження з використанням 120мм вентилятора продуктивністю 1,7 м3 / год, пристрій здатний тривало розсіювати до 600 Вт.

Малюнок 3 - Радіатор в зборі.

Силові транзистори T1-T6 і здвоєний діод Шотткі D1, у якого підставою є загальний катод, кріпляться до радіаторів безпосередньо без ізоляційної прокладки з використанням термопасти. Транзистор T7 струмового захисту кріпиться до радіатора через теплопроводящую діелектричну підкладку (рисунок 4).

Малюнок 4 - Кріплення транзисторів до радіатора.

Монтаж силової частини схеми виконаний термостійким проводом РКГМ, комутація слаботочной і сигнальної частини виконана звичайним проводом в ПВХ ізоляції з застосуванням термостійкої обплетення і термоусадочної трубки. Друковані плати виготовлені методом Лут на фольгированном текстоліті, товщиною 1,5 мм. Компонування всередині пристрою зображена на малюнках 5-8.

Малюнок 5 - Загальна компоновка.

Малюнок 6 - Головна друкована плата, кріплення трансформатора із зворотного боку.

Малюнок 7 - Вид в зборі без кожуха.

Малюнок 8 - Вид в зборі зверху без кожуха.

Основа передній панелі виготовлена ​​з електротехнічного листового гетинаксу товщиною 6мм фрезерованного під кріплення змінних резисторів і затемненого скла індикатора (малюнок 9).

Малюнок 9 - Основа передній панелі.

Декоративний зовнішній вигляд (рисунок 10) виконаний з використанням алюмінієвого куточка, вентиляційної решітки з нержавіючої сталі, оргскла, підкладки з паперу з написами і градуйованими шкалами, скомпільованими в програмі FrontDesigner3.0. Кожух пристрою виготовлений з міліметрового листа нержавіючої сталі.

Малюнок 10 - Зовнішній вигляд готового пристрою.

Малюнок 11 - Схема з'єднань.

Схему з'єднань додав Дмитро Майте (bocem).

Друковані плати розроблені в форматі Sprint-Layout 6.0 і є в архіві, так само в архіві вкладений файл передньої панелі в форматі FrontDesigner_3.0 .

Архів для статті
Якщо у Вас виникнуть будь-які питання по конструкції електронної навантаження, задавайте їх ТУТ на форумі, постараюся допомогти і відповісти.
Новокузнецьк 2014.