Малко натоварване - постоянен токов товар: 4 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Разработвах си бенч захранване и най -накрая стигнах до точката, в която искам да приложа натоварване, за да видя как се представя. След като изгледах отличното видео на Дейв Джоунс и разгледах няколко други интернет ресурси, стигнах до Tiny Load. Това е регулируем постоянен токов товар, който трябва да може да издържи около 10 ампера. Напрежението и токът са ограничени от номиналните стойности на изходния транзистор и размера на радиатора.

Трябва да се каже, че има някои наистина умни дизайни! Tiny Load е наистина основно и просто, лека модификация на дизайна на Dave, но все пак ще разсее силата, необходима за тестване на psu, стига да не получи повече сок, отколкото може да се справи.

Tiny Load няма свързан токомер, но можете да свържете външен амперметър или да наблюдавате напрежението на резистора за обратна връзка.

Промених дизайна леко след като го построих, така че представената тук версия има светодиод, който да ви каже, че е включен и по -добър модел на печатна платка за превключвателя.

Схемата и оформлението на печатни платки са представени тук като PDF файлове, а също и като JPEG изображения.

Стъпка 1: Принцип на работа

За тези, които не са добре запознати с електронните принципи, ето обяснение как работи схемата. Ако всичко това ви е добре известно, не се колебайте да прескочите напред!

Сърцето на Tiny Load е двоен оперативен усилвател LM358, който сравнява тока, протичащ в товара, със стойността, която сте задали. Оп-усилвателите не могат да открият директно тока, така че токът се превръща в напрежение, което операционният усилвател може да открие, чрез резистора R3, известен като резистор за измерване на ток. За всеки усилвател, който тече в R3, се произвеждат 0,1 волта. Това е показано от закона на Ом, V = I*R. Тъй като R3 е наистина ниска стойност, при 0,1 ома, той не се нагрява прекалено (мощността, която разсейва, се дава от I²R).

Стойността, която задавате, е част от референтното напрежение - отново се използва напрежение, защото оп -усилвателят не може да открие ток. Референтното напрежение се произвежда от 2 последователно диода. Всеки диод ще развие напрежение през него в района на 0.65 волта, когато през него протича ток. Това напрежение, което обикновено е до 0,1 волта от всяка страна на тази стойност, е присъщо свойство на силициевите p-n преходи. Така че референтното напрежение е около 1,3 волта. Тъй като това не е прецизен инструмент, няма нужда от голяма точност тук. Диодите получават своя ток чрез резистор. свързан към батерията. Референтното напрежение е малко високо за настройване на натоварването до максимум 10 ампера, така че потенциометърът, който задава изходното напрежение, е свързан последователно с 3k резистор, който понижава напрежението малко.

Тъй като референтният резистор и текущият чувствителен резистор са свързани заедно и са свързани към нулевата напрежение на оп-усилвателя, оп-усилвателят може да открие разликата между двете стойности и да регулира изхода си, така че разликата да се намали до почти нула. Основното правило, което се използва тук, е, че оп-усилвателят винаги ще се опитва да регулира изхода си така, че двата му входа да са с едно и също напрежение.

Има електролитен кондензатор, свързан през батерията, за да се отървете от всеки шум, който намира пътя си към захранването на оп-усилвателя. Има друг кондензатор, свързан през диодите, за да намали шума, който генерират.

Бизнес крайът на Tiny Load се формира от MOSFET (полуопроводников полев транзистор с метален оксид). Избрах този, защото беше в кутията ми за боклуци и имах подходящи стойности на напрежение и ток за тази цел, но ако купувате нов, можете да намерите много по -подходящи устройства.

MOSFET действа като променлив резистор, където изтичането е свързано към + страната на захранването, което искате да тествате, източникът е свързан към R3, а през това към - проводника на захранването, което искате да тествате, и портата е свързана към изхода на оп-усилвателя. Когато няма напрежение на портата, MOSFET действа като отворена верига между канализацията и източника, но когато напрежението се приложи над определена стойност ("праговото" напрежение), то започва да се провежда. Увеличете достатъчно напрежението на портата и съпротивлението му ще стане много ниско.

Така че оп-усилвателят поддържа напрежението на портата на ниво, при което токът, протичащ през R3, води до развитие на напрежение, което е почти равно на частта от референтното напрежение, което задавате чрез завъртане на потенциометъра.

Тъй като MOSFET действа като резистор, той има напрежение върху него и протичащ през него ток, което го кара да разсейва мощността под формата на топлина. Тази топлина трябва да отиде някъде, иначе би унищожила транзистора много бързо, така че поради тази причина е закрепена към радиатор. Математиката за изчисляване на размера на радиатора е ясна, но и малко тъмна и загадъчна, но се основава на различните термични съпротивления, които възпрепятстват потока на топлина през всяка част от полупроводниковия преход към външния въздух и приемливото повишаване на температурата. Така че имате топлинното съпротивление от кръстовището към корпуса на транзистора, от кутията до радиатора и през радиатора към въздуха, добавете ги заедно за общото термично съпротивление. Това е дадено в ° C/W, така че за всеки разсейван ват температурата ще се повиши с този брой градуси. Добавете това към температурата на околната среда и ще получите температурата, при която ще работи вашият полупроводников възел.

Стъпка 2: Части и инструменти

Изградих Tiny Load най -вече с помощта на части за боклуци, така че е малко произволно!

ПХБ е направен от SRBP (FR2), който случайно имам, защото беше евтин. Той е покрит с мед от 1 унция. Диодите и кондензаторите и MOSFET са стари употребявани, а оперативният усилвател е един от опаковката от 10, които получих преди малко, защото бяха евтини. Цената е единствената причина за използването на smd устройство за това - 10 smd устройства ми струват същото като 1 през дупка, която човек би имал.

• 2 x 1N4148 диода. Използвайте повече, ако искате да можете да заредите повече ток.
• MOSFET транзистор, използвах BUK453, защото точно това ми се случи, но изберете това, което ви харесва, стига текущата оценка да е над 10A, праговото напрежение е под около 5v и Vds е по -високо от максимума, който очаквате използвайте го на, трябва да е наред. Опитайте се да изберете такъв, предназначен за линейни приложения, а не за превключване.
• 10k потенциометър. Избрах тази стойност, защото това е, което случайно имах, което демонтирах от стар телевизор. Тези със същото разстояние между щифтовете са широко достъпни, но не съм сигурен за монтажните уши. Може да се наложи да промените оформлението на дъската за това.
• Копче за поставяне на потенциометъра
• 3k резистор. 3.3k трябва да работи също толкова добре. Използвайте по-ниска стойност, ако искате да можете да заредите повече ток с показаната 2-диодна референция.
• LM358 оп-усилвател. Всъщност всеки един тип доставка, железопътен към железопътен, трябва да свърши работа.
• 22k резистор
• 1k резистор
• 100nF кондензатор. Това наистина трябва да е керамично, въпреки че използвах филм
• 100uF кондензатор. Трябва да бъде оценен на поне 10V
• Резистор 0,1 ома, минимална мощност 10W. Този, който използвах, е с големи размери, отново цената беше огромният фактор тук. Резистор с метална обвивка 25W 0.1 ohm беше по -евтин от по -подходящите типове. Странно, но вярно.
• Радиатор - стар радиатор на процесора работи добре и има предимството, че е проектиран да има прикачен вентилатор, ако имате нужда от такъв.
• Съединение за топлинен радиатор. Научих, че съединенията на керамична основа работят по -добре от тези на метална основа. Използвах Arctic Cooling MX4, който случайно имах. Работи добре, евтин е и получавате много!
• Малко парче алуминий за скоба
• Малки винтове и гайки
• малък плъзгащ се превключвател

Стъпка 3: Строителство

Изградих малкия товар от боклук или много евтини части

Радиаторът е стар процесорен радиатор от ерата на Pentium. Не знам какво е термичното съпротивление, но предполагам, че е около 1 или 2 ° C/W въз основа на снимките в долната част на това ръководство: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc … въпреки че опитът сега предполага, че е по -добре от това.

Пробих дупка в средата на радиатора, почуках го и монтирах транзистора върху него с термично съединение MX4 и завинтих монтажния винт директно в отвора с резба. Ако нямате средства да пробиете дупки, просто го пробийте малко по -голям и използвайте гайка.

Първоначално мислех, че това ще бъде ограничено до около 20 W разсейване, но имах работа на 75W или по -висока, където стана доста горещо, но все още не е твърде горещо за използване. С включен охлаждащ вентилатор това би било още по -високо.

Няма действителна нужда да прикрепяте текущия сензорен резистор към платката, но какъв е смисълът да имате дупки за болтове, ако не можете да закрепите нещо към тях? Използвах малки парчета дебел проводник, останали от някои електрически работи, за да свържа резистора към платката.

Превключвателят на захранването идва от несъществуваща играчка. Погреших разстоянията между дупките на моята печатна платка, но разстоянието в оформлението на печатната платка, дадено тук, трябва да пасне, ако имате същия тип миниатюрен SPDT превключвател. Не включих светодиод в оригиналния дизайн, за да покажа, че Tiny Load е включен, но осъзнах, че това е глупав пропуск, затова го добавих.

Дебелите коловози, докато стоят, не са достатъчно дебели за 10 ампера с използваната медна платка от 1 унция, така че е напълнена с малко медна жица. Всяка от коловозите има парче меден проводник от 0,5 мм, положено около него и запоено на лепило на интервали, с изключение на късото разтягане, което е свързано със земята, тъй като заземителната плоскост добавя много насипно състояние. Уверете се, че добавеният проводник отива право към MOSFET и резисторните щифтове.

Направих печатната платка, използвайки метода за прехвърляне на тонер. В мрежата има огромно количество литература за това, така че няма да навлизам в това, но основният принцип е, че използвате лазерен принтер, за да отпечатате дизайна върху някаква лъскава хартия, след това да го гладите върху дъската, след това да гравирате то. Използвам евтина хартия за прехвърляне на жълт тонер от Китай и ютия за дрехи, настроена на малко под 100 ° C. Използвам ацетон за почистване на тонера. Просто продължете да избърсвате с парцали с пресен ацетон, докато се изчистят. Направих много снимки, за да илюстрирам процеса. Има много по -добри материали за тази работа, но малко над бюджета ми! Обикновено трябва да поправя трансферите си с маркера.

Пробийте дупките по любимия си метод, след което добавете медната жица към широките коловози. Ако се вгледате внимателно, можете да видите, че съм объркал малко своето пробиване (защото използвах експериментална пробивна машина, която е донякъде несъвършена. Когато работи правилно, ще направя инструкция по нея, обещавам!)

Първо монтирайте оп-усилвателя. Ако не сте работили преди с smd, не се плашете, това е доста лесно. Първо калайнете една от подложките на дъската с наистина малко количество спойка. Поставете чипа много внимателно и залепете съответния щифт до подложката, която сте калайдисали. Добре, сега чипът няма да се движи, можете да запоявате всички останали щифтове. Ако имате някакъв течен поток, нанасянето на намазка от това улеснява процеса.

Поставете останалите компоненти, най -малките първо, което най -вероятно са диодите. Уверете се, че сте ги взели по правилния начин. Направих нещата леко назад, като монтирах първо транзистора върху радиатора, защото първоначално го използвах с него.

За известно време батерията беше монтирана към дъската с помощта на лепкави подложки, които работеха забележително добре! Той беше свързан с помощта на стандартен pp3 конектор, но платката е проектирана да поема по -съществен тип държач, който закрепва цялата батерия. Имах някои проблеми с фиксирането на държача на батерията, тъй като отнема 2,5 мм винтове, които имам в недостиг и няма гайки, които да се поберат. Пробих отворите в щипката до 3,2 мм и ги пробих до 5,5 мм (не е истинско протичане, просто използвах свредло!), Но открих, че по -голямото свредло хваща пластмасата много остро и премина през един от отворите. Разбира се, можете да използвате лепкави подложки, за да го поправите, което в бъдеще може да е по -добре.

Подрежете кабелите на щипката на батерията, така че да имате около инч тел, калайдисайте краищата, прокарайте ги през отворите на дъската и запоявайте краищата обратно през дъската.

Ако използвате резистор с метална обвивка като показания, поставете го с дебели проводници. Трябва да има някакви дистанционни елементи между него и платката, за да не прегрява операционния усилвател. Използвах гайки, но металните втулки или купчини шайби, залепени за дъската, биха били по -добри.

Един от болтовете, които фиксират скобата на батерията, също преминава през един от резисторните щифтове. Това се оказа лоша идея.

Стъпка 4: Използване, подобрения, някои мисли

Употреба: Tiny Load е проектиран да черпи постоянен ток от захранване, независимо от напрежението, така че не е необходимо да свързвате нищо друго към него, освен амперметър, който трябва да поставите последователно с един от входовете.

Завъртете копчето надолу до нула и включете Tiny Load. Трябва да видите малко количество токов поток, до около 50mA.

Бавно регулирайте копчето, докато тече токът, който искате да тествате, направете каквито тестове трябва да направите. Проверете дали радиаторът не е прекалено горещ - основното правило тук е, че ако изгори пръстите ви, е твърде горещо. В този случай имате три възможности:

1. Намалете захранващото напрежение
2. Намалете Tiny Load
3. Пускайте го за кратки интервали с достатъчно време да се охлади между тях
4. Поставете вентилатор към радиатора

Добре, това са четири варианта:)

Няма защита на входа, така че бъдете много внимателни, че входовете са свързани правилно. Побъркайте и вътрешният диод на MOSFET ще провежда целия наличен ток и вероятно ще унищожи MOSFET в процеса.

Подобрения: Бързо стана ясно, че Tiny Load трябва да има свои собствени средства за измерване на тока, който тегли. Има три начина за това.

1. Най -простият вариант е да поставите амперметър последователно с положителен или отрицателен вход.
2. Най -точният вариант е да свържете волтметър през сензорния резистор, калибриран към този резистор, така че показаното напрежение да показва тока.
3. Най -евтиният вариант е да направите хартиена везна, която да се побира зад копчето за управление, и да маркирате калибрирана скала върху нея.

Потенциално липсата на обратна защита може да бъде голям проблем. Вътрешният диод на MOSFET ще проверява дали Tiny Load е включен или не. Отново има няколко възможности за разрешаване на това:

1. Най -простият и евтин метод би бил да свържете последователно диод (или някои диоди паралелно) с входа.
2. По -скъп вариант е да използвате MOSFET, който има вградена защита за обратно движение. Добре, така че това е и най -простият метод.
3. Най-сложният вариант е да свържете втори MOSFET в анти-серия с първия, който провежда само ако полярността е правилна.

Разбрах, че понякога наистина е необходимо регулируемо съпротивление, което може да разсее много енергия. Възможно е да се използва модификация на тази схема, много по -евтино от закупуването на голям реостат. Затова внимавайте за Tiny Load MK2, който ще може да бъде превключен в резистивен режим!

Последни мисли Малкият товар се оказа полезен още преди да приключи и работи много добре. Въпреки това имах някои проблеми при конструирането му и след това осъзнах, че метър и индикатор "включен" ще бъдат ценни подобрения.