Pieni kuorma - Jatkuva nykyinen kuormitus: 4 vaihetta (kuvien kanssa)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Olen kehittänyt itselleni PSU -virtalähdettä ja lopulta päädyin siihen pisteeseen, jossa haluan käyttää siihen kuormitusta nähdäkseni, miten se toimii. Kun olen katsonut Dave Jonesin erinomaisen videon ja katsellut muutamia muita Internet -resursseja, keksin Tiny Loadin. Tämä on säädettävä vakiovirtakuorma, jonka pitäisi kestää noin 10 ampeeria. Jännitettä ja virtaa rajoittavat lähtötransistorin arvot ja jäähdytyselementin koko.

On sanottava, että siellä on todella fiksuja malleja! Pieni kuorma on todella yksinkertainen ja yksinkertainen, pieni muutos Daven muotoiluun, mutta se hajottaa silti psun testaamiseen tarvittavan tehon, kunhan se ei saa enemmän mehua kuin kestää.

Pienellä kuormalla ei ole virtamittaria, mutta voit liittää ulkoisen ampeerimittarin tai seurata jännitettä palautevastuksen yli.

Muutin muotoilua hieman sen rakentamisen jälkeen, joten tässä esitetyssä versiossa on LED -valo, joka ilmoittaa, että se on kytketty päälle, ja parempi piirilevyn malli kytkimelle.

Kaavio ja piirilevyasettelu esitetään tässä PDF -tiedostoina ja myös JPEG -kuvina.

Vaihe 1: Toimintaperiaate

Niille, jotka eivät ole perehtyneet sähköisiin periaatteisiin, tässä on selitys piirin toiminnasta. Jos tämä kaikki on sinulle hyvin tiedossa, voit hypätä eteenpäin!

Pienen kuorman sydän on LM358 dual op-amp, joka vertaa kuormassa virtaavaa virtaa asettamaasi arvoon. Op-vahvistimet eivät pysty havaitsemaan virtaa suoraan, joten virta muutetaan jännitteeksi, jonka op-vahvistin voi havaita vastuksella R3, joka tunnetaan virran tunnistavana vastuksena. Jokaista vahvistinta, joka virtaa R3: ssa, tuotetaan 0,1 volttia. Tämän osoittaa Ohmin laki, V = I*R. Koska R3 on todella alhainen arvo, 0,1 ohmilla, se ei kuumene liikaa (sen hajoava teho on I²R).

Asettamasi arvo on murto -osa vertailujännitteestä - taas käytetään jännitettä, koska op -vahvistin ei tunnista virtaa. Referenssijännite tuotetaan kahdella diodilla sarjassa. Kukin diodi kehittää sen yli jännitteen noin 0,65 volttia, kun virta kulkee sen läpi. Tämä jännite, joka on yleensä enintään 0,1 volttia kummallakin puolella tätä arvoa, on pii-p-n-liitosten luontainen ominaisuus. Joten vertailujännite on noin 1,3 volttia. Koska tämä ei ole tarkkuuslaite, tässä ei tarvita suurta tarkkuutta. Diodit saavat virran vastuksen kautta. kytketty akkuun. Vertailujännite on hieman korkea, jotta kuormitus voidaan asettaa enintään 10 ampeeriin, joten lähtöjännitettä säätävä potentiometri on kytketty sarjaan 3 k: n vastuksen kanssa, joka laskee jännitettä hieman.

Koska viite ja virran tunnistava vastus on kytketty yhteen ja kytketty op-vahvistimen nollavoltiliitäntään, op-vahvistin voi havaita näiden kahden arvon välisen eron ja säätää sen lähtöä niin, että ero pienenee lähes nollaan. Tässä käytössä oleva nyrkkisääntö on, että op-vahvistin yrittää aina säätää ulostuloaan siten, että sen kaksi tuloa ovat samalla jännitteellä.

Akun poikki on kytketty elektrolyyttikondensaattori päästäkseen eroon melusta, joka löytää tiensä op-vahvistimen virtalähteeseen. Diodien poikki on kytketty toinen kondensaattori vaimentamaan niiden tuottamaa kohinaa.

Pienen kuorman liikevaihdon muodostaa MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Valitsin tämän, koska se oli roskakorissani ja sillä oli riittävät jännite- ja virta -arvot tätä tarkoitusta varten, mutta jos ostat uuden, löytyy paljon sopivampia laitteita.

Mosfet toimii kuin muuttuva vastus, jossa tyhjennys on kytketty testattavan syötön + -puoleen, lähde on kytketty R3: een ja sen kautta testattavan syöttöjohdon - johtoon ja portti on kytketty op-vahvistimen lähtöön. Kun portissa ei ole jännitettä, mosfet toimii kuin avoin piiri tyhjennyksen ja lähteen välillä, mutta kun jännite asetetaan tietyn arvon ("kynnysjännitteen") yläpuolelle, se alkaa johtaa. Nosta portin jännitettä tarpeeksi ja sen vastus tulee hyvin alhaiseksi.

Joten op-vahvistin pitää portin jännitteen tasolla, jossa R3: n läpi kulkeva virta saa aikaan jännitteen kehittymisen, joka on lähes yhtä suuri kuin potentiometriä kääntämällä asettamasi referenssijännitteen murto-osa.

Koska mosfet toimii vastuksen tavoin, sen yli on jännite ja sen läpi virtaa virta, joka saa sen hajottamaan voiman lämmön muodossa. Tämän lämmön on mentävä jonnekin, muuten se tuhoaa transistorin hyvin nopeasti, joten tästä syystä se on ruuvattu jäähdytyselementtiin. Matematiikka jäähdytyselementin koon laskemiseksi on suoraviivaista, mutta myös hieman pimeää ja salaperäistä, mutta se perustuu erilaisiin lämpöresistansseihin, jotka estävät lämmön virtauksen jokaisen osan läpi puolijohdeliitoksesta ulkoilmaan, ja hyväksyttävän lämpötilan nousun. Joten sinulla on lämmönkestävyys risteyksestä transistorikoteloon, kotelosta jäähdytyselementtiin ja jäähdytyselementin kautta ilmaan, lisää nämä yhteen koko lämmönkestävyyden saavuttamiseksi. Tämä on annettu ° C/W, joten jokaisen haihtuvan watin lämpötila nousee kyseisellä asteella. Lisää tämä ympäristön lämpötilaan ja saat lämpötilan, jossa puolijohdeliitos toimii.

Vaihe 2: Osat ja työkalut

Rakensin pienen kuorman enimmäkseen roskakorin osien avulla, joten se on vähän mielivaltainen!

Piirilevy on valmistettu SRBP: stä (FR2), jota minulla sattuu olemaan, koska se oli halpaa. Se on päällystetty 1 oz kuparilla. Diodit ja kondensaattorit ja mosfet ovat vanhoja käytettyjä, ja op-amp on yksi 10: n pakkauksesta, jonka sain jonkin aikaa sitten, koska ne olivat halpoja. Kustannukset ovat ainoa syy käyttää smd -laitetta tähän - 10 smd -laitetta maksaa minulle saman verran kuin yksi läpireikä.

• 2 x 1N4148 diodia. Käytä enemmän, jos haluat ladata enemmän virtaa.
• MOSFET -transistori, käytin BUK453 -laitetta, koska näin tapahtui, mutta valitse mitä haluat, niin kauan kuin nykyinen luokitus on yli 10A, kynnysjännite on alle noin 5v ja Vds on korkeampi kuin odotat käytä sitä, sen pitäisi olla kunnossa. Yritä valita sellainen, joka on suunniteltu lineaarisiin sovelluksiin vaihtamisen sijaan.
• 10k potentiometri. Valitsin tämän arvon, koska se tapahtui minulla, joka purettiin vanhasta televisiosta. Niitä, joilla on sama tapin etäisyys, on laajalti saatavilla, mutta en ole varma kiinnityskorvakkeista. Saatat joutua muuttamaan levyn asettelua tätä varten.
• Nuppi, joka sopii potentiometriin
• 3k vastus. 3.3k pitäisi toimia yhtä hyvin. Käytä pienempää arvoa, jos haluat ladata enemmän virtaa näytetyn 2-diodisen ohjeen avulla.
• LM358 op-vahvistin. Oikeastaan minkä tahansa yksittäisen toimituksen, kiskosta rautatyyppiin pitäisi tehdä työ.
• 22k vastus
• 1k vastus
• 100nF kondensaattori. Tämän pitäisi todella olla keraaminen, vaikka käytin kalvoa
• 100uF kondensaattori. Vaatii vähintään 10 V: n jännitteen
• 0,1 ohmin vastus, minimiteho 10W. Käyttämäni on ylimitoitettu, jälleen hinta oli ylivoimainen tekijä täällä. Metallikoteloitu 25 W: n 0,1 ohmin vastus oli halvempi kuin sopivammin mitoitetut tyypit. Outoa mutta totta.
• Jäähdytyselementti - vanha suorittimen jäähdytyselementti toimii hyvin, ja sillä on se etu, että se on suunniteltu tuulettimeen, jos tarvitset sitä.
• Terminen jäähdytyselementti. Opin, että keraamiset yhdisteet toimivat paremmin kuin metallipohjaiset. Käytin Arctic Cooling MX4: ää, joka sattui olemaan. Se toimii hyvin, on halpaa ja saat paljon!
• Pieni alumiinikappale kiinnikkeelle
• Pienet ruuvit ja mutterit
• pieni liukukytkin

Vaihe 3: Rakentaminen

Rakensin pienen kuorman roskakorista tai erittäin halvoista osista

Jäähdytyselementti on vanha Pentium -aikakauden suorittimen jäähdytyselementti. En tiedä, mikä sen lämmönkestävyys on, mutta veikkaan, että se on noin 1 tai 2 ° C/W tämän oppaan alareunan kuvien perusteella: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc… vaikka kokemus nyt viittaisi siihen, että se on parempi kuin tämä.

Porasin reiän jäähdytyselementin keskelle, napautin sitä ja asensin transistorin siihen MX4 -lämpöyhdisteellä ja ruuvasin kiinnitysruuvin suoraan kierrereikään. Jos sinulla ei ole keinoja lyödä reikiä, poraa se hieman isommaksi ja käytä mutteria.

Alunperin ajattelin, että tämä rajoittuu noin 20 W: n häviöön, mutta minulla on ollut se käynnissä 75 W: lla tai korkeammalla, missä se oli melko kuuma, mutta ei silti liian kuuma käytettäväksi. Jos jäähdytystuuletin on liitettynä, tämä olisi vielä korkeampi.

Ei ole todellista tarvetta kiinnittää nykyistä tunnistusvastusta piirilevyyn, mutta mitä järkeä on saada pulttireikiä, jos et voi kiinnittää jotain niihin? Käytin pieniä paksuja lankoja, jotka olivat jääneet joistakin sähkötöistä, kytkeäkseni vastuksen levyyn.

Virtakytkin tuli käytöstä poistetusta lelusta. Sain reikien välit väärin piirilevylleni, mutta tässä annetun piirilevyn asettelun pitäisi sopia, jos sinulla on samanlainen pienoiskoossa oleva SPDT -kytkin. En sisällyttänyt LED -valoa alkuperäiseen muotoiluun osoittamaan, että pieni kuorma on päälle, mutta ymmärsin, että tämä on typerä laiminlyönti, joten lisäsin sen.

Paksut raidat sellaisinaan eivät ole tarpeeksi paksuja 10 ampeerille, kun käytetään 1oz kuparipäällysteistä levyä, joten se on täytetty jollakin kuparilangalla. Jokaisessa kiskossa on 0,5 mm: n kuparilanka, joka on asetettu sen ympärille ja juotettu välein, lukuun ottamatta lyhyttä venytystä, joka on kytketty maahan, koska maataso lisää runsaasti irtotavaraa. Varmista, että lisätty lanka menee suoraan mosfet- ja vastuksen nastoihin.

Tein piirilevyn väriaineen siirtomenetelmällä. Netissä on valtava määrä kirjallisuutta tästä, joten en mene siihen, mutta perusperiaate on, että tulostat mallin kiiltävälle paperille lasertulostimella, silität sen sitten taululle ja syövytät sitten se. Käytän halpaa keltaista väriaineen siirtopaperia Kiinasta ja vaatteiden silitysrautaa, joka on asetettu hieman alle 100 ° C: seen. Käytän asetonia puhdistamaan väriaine pois. Pyyhi pyyhkeitä vain tuoreella asetonilla, kunnes ne tulevat puhtaiksi. Otin paljon valokuvia havainnollistamaan prosessia. Työhön on saatavana paljon parempia materiaaleja, mutta hieman yli budjettini! Yleensä joudun korjaamaan siirroitani tussilla.

Poraa reiät suosikkimenetelmälläsi ja lisää sitten kuparilanka leveisiin ratoihin. Jos tarkastelet tarkasti, näet, että olen sekoittanut poraukseni hieman (koska käytin kokeellista porauskonetta, joka on hieman epätäydellinen. Kun se toimii oikein, teen sen lupaavan Instructable!)

Asenna ensin op-vahvistin. Jos et ole työskennellyt smd: n kanssa aiemmin, älä pelkää, se on melko helppoa. Levitä ensin yksi levyn tyynyistä todella pienellä määrällä juotetta. Aseta siru hyvin varovasti ja kiinnitä asianomainen tappi alas tinatulle tyynylle. Ok, siru ei liiku ympäri, voit juottaa kaikki muut nastat. Jos sinulla on nestemäistä virtausta, tämän levittäminen helpottaa prosessia.

Asenna loput osat, pienin ensin, mikä on todennäköisimmin diodit. Varmista, että saat ne oikealla tavalla. Tein asioita hieman taaksepäin asentamalla transistori ensin jäähdytyselementtiin, koska käytin sitä aluksi kokeilussa.

Hetken ajan akku kiinnitettiin levylle tahmeilla tyynyillä, jotka toimivat erittäin hyvin! Se liitettiin käyttämällä tavallista pp3 -liitintä, mutta levy on suunniteltu kestämään merkittävämpi pidike, joka kiinnittyy koko akkuun. Minulla oli joitain ongelmia paristopidikkeen kiinnittämisessä, koska se vaatii 2,5 mm: n ruuveja, joita minulla on pulaa, eikä muttereita. Porasin pidikkeen reiät 3,2 mm: iin ja porasin ne 5,5 mm: iin (ei todellista porausreikää, käytin vain poranterää!), Mutta huomasin, että isompi poranterä tarttuu muoviin erittäin terävästi ja meni suoraan yhden reiän läpi. Voit tietysti käyttää tahmeita tyynyjä sen korjaamiseen, mikä jälkikäteen voi olla parempi.

Leikkaa akun pidikkeen johdot niin, että sinulla on noin tuumaa lankaa, tinaa päät, pujota ne levyn reikien läpi ja juota päät takaisin levyn läpi.

Jos käytät kuvan kaltaista metallikoteloista vastusta, asenna se paksuilla johtimilla. Sen ja levyn välissä on oltava jonkinlainen välikappale, jotta se ei ylikuumene op-vahvistinta. Käytin muttereita, mutta metalliholkit tai aluslevyt, jotka oli liimattu levyyn, olisivat olleet parempia.

Yksi pultista, joka kiinnittää akun pidikkeen, menee myös yhden vastuksen korvakkeen läpi. Tämä on osoittautunut huonoksi ajatukseksi.

Vaihe 4: Sen käyttöönotto, parannuksia, joitain ajatuksia

Käyttö: Pieni kuorma on suunniteltu ottamaan vakiovirtaa virtalähteestä riippumatta jännitteestä, joten sinun ei tarvitse liittää siihen mitään muuta kuin ampeerimittari, joka tulee sijoittaa sarjaan jollakin tuloista.

Käännä nuppi alas nollaan ja ota Tiny Load käyttöön. Sinun pitäisi nähdä pieni määrä virtaa, jopa noin 50 mA.

Säädä nuppia hitaasti, kunnes virta, jolla haluat testata, virtaa, tee tarvittavat testit. Tarkista, että jäähdytyselementti ei ole liian kuuma - nyrkkisääntö on, että jos se polttaa sormesi, se on liian kuuma. Tässä tapauksessa sinulla on kolme vaihtoehtoa:

1. Kytke syöttöjännite alas
2. Pienennä pientä kuormaa
3. Käytä sitä lyhyitä jaksoja ja anna jäähtyä riittävästi
4. Asenna tuuletin jäähdytyselementtiin

Okei, siinä on neljä vaihtoehtoa:)

Tulosuojausta ei ole, joten ole erittäin varovainen, että tulot on kytketty oikein päin. Väärin ja mosfetin luontainen diodi johtaa kaiken käytettävissä olevan virran ja tuhoaa todennäköisesti mosfetin prosessin aikana.

Parannukset: Nopeasti kävi ilmi, että Pienellä kuormalla on oltava oma keinonsa mitata sen ottamaa virtaa. Tähän on kolme tapaa.

1. Yksinkertaisin vaihtoehto on sovittaa ampeerimittari sarjaan positiivisen tai negatiivisen tulon kanssa.
2. Tarkin vaihtoehto on kytkeä voltimetri sensorin vastukseen, joka on kalibroitu kyseiseen vastukseen niin, että näytetty jännite osoittaa virran.
3. Halvin vaihtoehto on valmistaa säätönupin taakse sopiva paperivaaka ja merkitä siihen kalibroitu asteikko.

Käänteisen suojan puute voi olla suuri ongelma. Mosfetin luontainen diodi johtaa riippumatta siitä, onko Tiny Load kytketty päälle vai ei. Jälleen on useita vaihtoehtoja tämän ratkaisemiseksi:

1. Yksinkertaisin ja halvin tapa olisi kytkeä diodi (tai jotkin diodit rinnakkain) sarjaan tulon kanssa.
2. Kalliimpi vaihtoehto on käyttää mosfetia, jossa on sisäänrakennettu käänteinen suoja. OK, se on myös yksinkertaisin tapa.
3. Monimutkaisin vaihtoehto on kytkeä toinen anti-sarjan mosfet ensimmäiseen, joka johtaa vain, jos napaisuus on oikea.

Tajusin, että joskus todella tarvitaan säädettävää vastusta, joka voi tuhlata paljon virtaa. On mahdollista käyttää tämän piirin muutosta, paljon halvempaa kuin suuren reostaatin ostaminen. Varo siis Tiny Load MK2: ta, joka voidaan vaihtaa resistiiviseen tilaan!

Lopulliset ajatukset Pieni kuorma on osoittautunut hyödylliseksi jo ennen sen valmistumista ja toimii erittäin hyvin. Minulla oli kuitenkin joitain ongelmia sen rakentamisessa ja tajusin jälkeenpäin, että mittari ja "päällä" -ilmaisin ovat arvokkaita parannuksia.