Beban Kecil - Beban Terus Semasa: 4 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Saya telah mengembangkan PSU bangku sendiri, dan akhirnya mencapai titik di mana saya ingin menerapkan beban untuk melihat bagaimana performanya. Setelah menonton video hebat Dave Jones dan melihat beberapa sumber internet lain, saya membuat Tiny Load. Ini adalah beban arus tetap yang boleh laras, yang seharusnya dapat mengatasi sekitar 10 amp. Voltan dan arus dibatasi oleh penarafan transistor output dan ukuran heatsink.

Harus dikatakan, ada beberapa reka bentuk yang sangat pintar di luar sana! Tiny Load benar-benar asas dan sederhana, sedikit pengubahsuaian reka bentuk Dave, tetapi ia masih akan menghilangkan kekuatan yang diperlukan untuk menguji psu, selagi ia tidak mendapat lebih banyak jus daripada yang dapat dikendalikannya.

Tiny Load tidak mempunyai meter semasa yang terpasang, tetapi anda boleh menyambungkan ammeter luaran, atau memantau voltan di perintang maklum balas.

Saya mengubah reka bentuk sedikit setelah saya membuatnya, jadi versi yang dibentangkan di sini mempunyai LED untuk memberitahu anda bahawa ia dihidupkan dan corak pcb yang lebih baik untuk suisnya.

Susun atur skematik dan PCB disajikan di sini sebagai fail PDF dan juga sebagai gambar JPEG.

Langkah 1: Prinsip Operasi

Bagi mereka yang tidak mahir dalam prinsip elektronik, berikut adalah penjelasan mengenai bagaimana rangkaian berfungsi. Sekiranya semua ini diketahui oleh anda, jangan ragu untuk terus maju!

Inti Tiny Load adalah LM358 dual op-amp, yang membandingkan arus yang mengalir dalam beban dengan nilai yang anda tetapkan. Op-amp tidak dapat mengesan arus secara langsung, jadi arus berubah menjadi voltan, yang dapat dikesan oleh op-amp, oleh perintang, R3, yang dikenali sebagai perintang penginderaan semasa. Untuk setiap amp yang mengalir dalam R3, 0.1 volt dihasilkan. Ini ditunjukkan oleh undang-undang Ohm, V = I * R. Kerana R3 adalah nilai yang sangat rendah, pada 0.1 ohm, ia tidak terlalu panas (daya yang dilepaskan diberikan oleh I²R).

Nilai yang anda tetapkan adalah pecahan voltan rujukan - sekali lagi, voltan digunakan kerana op-amp tidak dapat mengesan arus. Voltan rujukan dihasilkan oleh 2 diod secara bersiri. Setiap diod akan mengembangkan voltan melintangnya di wilayah 0,65 volt, ketika arus mengalir melaluinya. Voltan ini, yang biasanya hingga 0.1 volt di kedua-dua sisi nilai ini, adalah sifat yang melekat pada persimpangan p-n silikon. Jadi voltan rujukan adalah sekitar 1.3 volt. Kerana ini bukan instrumen ketepatan, tidak perlu ketepatan yang besar di sini. Diod mendapatkan arus melalui perintang. disambungkan ke bateri. Voltan rujukan sedikit tinggi untuk menetapkan beban maksimum 10 amp, jadi potensiometer yang menetapkan voltan keluaran dihubungkan secara bersiri dengan perintang 3k yang menurunkan voltan sedikit.

Kerana rujukan dan perintang penginderaan semasa disambungkan bersama, dan disambungkan ke sambungan voltan sifar op-amp, op-amp dapat mengesan perbezaan antara kedua-dua nilai tersebut, dan menyesuaikan outputnya sehingga perbezaannya dikurangkan menjadi hampir nol. Peraturan praktis yang digunakan di sini adalah bahawa op-amp akan selalu berusaha menyesuaikan outputnya sehingga dua input berada pada voltan yang sama.

Terdapat kapasitor elektrolitik yang disambungkan merentasi bateri untuk menyingkirkan sebarang kebisingan yang masuk ke bekalan op-amp. Terdapat kapasitor lain yang dihubungkan merentasi diod untuk mengurangkan bunyi yang mereka hasilkan.

Hujung perniagaan Tiny Load dibentuk oleh MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Saya memilih yang ini kerana ia berada di kotak sampah saya dan mempunyai penilaian voltan dan arus yang mencukupi untuk tujuan ini, namun jika anda membeli yang baru, terdapat lebih banyak alat yang sesuai untuk dijumpai.

Mosfet bertindak seperti perintang yang berubah-ubah, di mana longkang disambungkan ke sisi + bekalan yang ingin anda uji, sumber disambungkan ke R3, dan melalui itu ke - petunjuk bekalan yang ingin anda uji, dan pintu disambungkan ke output op-amp. Apabila tidak ada voltan di pintu gerbang, mosfet bertindak seperti litar terbuka antara saluran dan sumbernya, namun apabila voltan diterapkan di atas nilai tertentu (voltan "ambang"), ia mula berfungsi. Naikkan voltan pintu cukup dan rintangannya akan menjadi sangat rendah.

Oleh itu, op-amp mengekalkan voltan pintu pada tahap di mana arus yang mengalir melalui R3 menyebabkan voltan berkembang yang hampir sama dengan pecahan voltan rujukan yang anda tetapkan dengan memutar potensiometer.

Kerana mosfet bertindak seperti perintang, ia mempunyai voltan melintasi dan arus mengalir melaluinya, yang menyebabkannya menghilangkan daya, dalam bentuk panas. Panas ini mesti pergi ke suatu tempat atau tidak, ia akan memusnahkan transistor dengan sangat cepat, jadi atas sebab ini ia terpasang ke heatsink. Matematik untuk mengira ukuran heatsink sangat mudah tetapi juga sedikit gelap dan misteri, tetapi didasarkan pada pelbagai rintangan terma yang menghalang aliran haba melalui setiap bahagian dari persimpangan semikonduktor ke udara luar, dan kenaikan suhu yang dapat diterima. Oleh itu, anda mempunyai rintangan haba dari persimpangan ke casing transistor, dari casing ke pendingin air, dan melalui pendingin ke udara, tambahkan ini bersama-sama untuk rintangan haba total. Ini diberikan dalam ° C / W, jadi untuk setiap watt yang sedang dilenyapkan, suhu akan meningkat dengan jumlah darjah. Tambahkan ini ke suhu persekitaran dan anda akan mendapat suhu persimpangan semikonduktor anda.

Langkah 2: Bahagian dan Alat

Saya membina Tiny Load kebanyakannya menggunakan bahagian kotak sampah, jadi sedikit sewenang-wenangnya!

PCB terbuat dari SRBP (FR2) yang kebetulan saya miliki kerana harganya murah. Ia dilapisi dengan tembaga 1 oz. Diod dan kapasitor dan mosfet adalah bekas terpakai, dan op-amp adalah salah satu bungkusan 10 yang saya dapat beberapa waktu lalu kerana harganya murah. Kos adalah satu-satunya sebab untuk menggunakan peranti smd untuk ini - 10 peranti smd berharga sama dengan 1 hingga satu lubang.

• 2 x 1N4148 dioda. Gunakan lebih banyak jika anda mahu memuat lebih banyak arus.
• Transistor MOSFET, saya menggunakan BUK453 kerana itulah yang kebetulan saya miliki, tetapi pilih yang anda suka, selagi penilaian semasa melebihi 10A, voltan ambang di bawah kira-kira 5v dan Vds lebih tinggi daripada maksimum yang anda jangkakan gunakan di, semestinya baik-baik saja. Cuba pilih yang direka untuk aplikasi linear dan bukannya beralih.
• Potensiometer 10k. Saya memilih nilai ini kerana kebetulan inilah yang saya bongkar dari TV lama. Orang dengan jarak pin yang sama banyak terdapat, tetapi saya tidak pasti mengenai pelekap pemasangan. Anda mungkin perlu mengubah susun atur papan untuk ini.
• Tombol agar sesuai dengan potensiometer
• Perintang 3k. 3.3k mesti berfungsi juga. Gunakan nilai yang lebih rendah jika anda ingin memuat lebih banyak arus dengan rujukan 2-diod ditunjukkan.
• LM358 op-amp. Sungguh, setiap jenis bekalan, rel-ke-rel harus melakukan tugas.
• Perintang 22k
• Perintang 1k
• Kapasitor 100nF. Ini semestinya seramik, walaupun saya menggunakan filem
• Kapasitor 100uF. Perlu dinilai sekurang-kurangnya 10V
• Perintang 0.1 ohm, penarafan minimum 10W. Yang saya gunakan adalah lebih besar, kos sekali lagi adalah faktor yang luar biasa di sini. Perintang logam 25W 0.1 ohm lebih murah daripada jenis yang dinilai lebih tepat. Pelik tetapi benar.
• Heatsink - heatsink CPU lama berfungsi dengan baik, dan mempunyai kelebihan bahawa ia dirancang untuk memasang kipas jika anda memerlukannya.
• Sebatian haba panas. Saya belajar bahawa sebatian berasaskan seramik berfungsi lebih baik daripada sebatian berasaskan logam. Saya menggunakan Arctic Cooling MX4 yang kebetulan saya miliki. Ia berfungsi dengan baik, murah dan anda mendapat banyak!
• Sekeping kecil aluminium untuk pendakap
• Skru dan mur kecil
• suis slaid kecil

Langkah 3: Pembinaan

Saya membina muatan kecil dari kotak sampah atau bahagian yang sangat murah

Heatsink adalah heatsink CPU era pentium lama. Saya tidak tahu apa itu rintangan terma, tetapi saya kira kira-kira 1 atau 2 ° C / W berdasarkan gambar di bahagian bawah panduan ini: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc … walaupun pengalaman sekarang menunjukkan bahawa lebih baik daripada ini.

Saya menggerudi lubang di tengah heatsink, mengetuknya dan memasang transistor di atasnya dengan sebatian termal MX4 dan memautkan skru pemasangan terus ke lubang yang diketuk. Sekiranya anda tidak mempunyai cara untuk mengetuk lubang, gerudi sedikit lebih besar dan gunakan kacang.

Pada asalnya saya fikir ini akan terhad kepada penyebaran sekitar 20W, namun saya menggunakannya pada suhu 75W atau lebih tinggi, di mana ia cukup panas, tetapi masih tidak terlalu panas untuk digunakan. Dengan kipas penyejuk yang terpasang ini akan lebih tinggi.

Tidak ada keperluan sebenarnya untuk menyekat perintang rasa semasa ke papan, tetapi apa gunanya lubang bolt jika anda tidak dapat memasang sesuatu pada mereka? Saya menggunakan kepingan kecil dawai tebal yang tersisa dari beberapa kerja elektrik, untuk menyambungkan perintang ke papan.

Suis kuasa datang dari mainan yang tidak berfungsi. Saya mempunyai jarak lubang yang salah pada pcb saya, tetapi jarak pada susun atur pcb yang diberikan di sini harus sesuai jika anda mempunyai jenis suis SPDT miniatur yang sama. Saya tidak memasukkan LED dalam reka bentuk asal, untuk menunjukkan bahawa Tiny Load adalah dihidupkan, namun menyedari bahawa ini adalah peninggalan bodoh, jadi saya telah menambahkannya.

Jalur tebal ketika berdiri tidak cukup tebal untuk 10 amp dengan papan tembaga tembaga 1oz digunakan, jadi ia dipenuhi dengan beberapa wayar tembaga. Setiap trek mempunyai sepotong dawai tembaga 0,5 mm yang diletakkan di sekelilingnya dan disisipkan pada selang waktu, kecuali untuk peregangan pendek yang disambungkan ke tanah, kerana bidang tanah menambah banyak. Pastikan wayar tambahan masuk tepat ke pin mosfet dan perintang.

Saya membuat pcb menggunakan kaedah pemindahan toner. Terdapat sejumlah besar literatur di internet mengenai hal ini, jadi saya tidak akan membahasnya, tetapi prinsip asasnya ialah anda menggunakan pencetak laser untuk mencetak reka bentuknya ke atas beberapa kertas berkilat, kemudian menyetrika ke papan, kemudian terukir ia. Saya menggunakan beberapa kertas pemindahan toner kuning murah dari China, dan setrika pakaian di bawah suhu 100 ° C. Saya menggunakan aseton untuk membersihkan toner. Terus mengelap kain dengan aseton segar sehingga bersih. Saya mengambil banyak gambar untuk menggambarkan prosesnya. Terdapat banyak bahan yang lebih baik untuk pekerjaan itu, tetapi sedikit melebihi anggaran saya! Saya biasanya perlu membuat pertukaran saya dengan pen marker.

Bor lubang menggunakan kaedah kegemaran anda, kemudian tambahkan wayar tembaga ke trek lebar. Sekiranya anda melihat dengan teliti, anda dapat melihat saya sedikit menggerudi penggerudian saya (kerana saya menggunakan mesin penggerudian eksperimental yang agak tidak sempurna. Apabila ia berfungsi dengan baik, saya akan melakukan Instructable di atasnya, saya berjanji!)

Pasang pertama op-amp. Sekiranya anda belum pernah bekerja dengan smd sebelumnya, jangan terintimidasi, ini cukup mudah. Pertama timah salah satu alas di papan dengan jumlah pateri yang sangat kecil. Letakkan cip dengan hati-hati dan pasangkan pin yang sesuai ke pad yang anda buat. Ok sekarang cip tidak akan bergerak, anda boleh menyolder semua pin lain. Sekiranya anda mempunyai sedikit cecair, penggunaan smear ini akan memudahkan prosesnya.

Pasangkan komponen yang selebihnya, terkecil terlebih dahulu, kemungkinan besar dioda. Pastikan anda mendapatkannya dengan cara yang betul. Saya melakukan sesuatu dengan sedikit ke belakang dengan memasang transistor pada heatsink terlebih dahulu, kerana pada awalnya saya menggunakannya dengan percubaan.

Untuk sementara waktu bateri dipasang ke papan dengan menggunakan pelekat melekit, yang berfungsi dengan sangat baik! Ia disambungkan menggunakan penyambung pp3 standard, namun papan direka untuk mengambil jenis pemegang yang lebih besar yang klip di seluruh bateri. Saya menghadapi beberapa masalah dalam memasang pemegang bateri kerana memerlukan skru 2.5mm, yang kekurangan bekalan dan tidak ada kacang yang sesuai. Saya menggerudi lubang di klip hingga 3.2mm dan membalikkannya ke 5.5mm (bukan counterboring sebenar, saya hanya menggunakan sedikit gerudi!), Tetapi mendapati bit gerudi yang lebih besar meraih plastik dengan sangat tajam dan melalui salah satu lubang. Sudah tentu anda boleh menggunakan pelekat yang melekit untuk memperbaikinya, yang pada pandangan belakang mungkin lebih baik.

Potong wayar klip bateri sehingga anda mempunyai kira-kira satu inci wayar, timah ujungnya, pasangkannya melalui lubang di papan dan pasangkan hujungnya ke belakang papan.

Sekiranya anda menggunakan perintang berlapis logam seperti yang ditunjukkan, pasangkannya dengan petunjuk tebal. Ia perlu mempunyai semacam spacer di antara papan itu dan papan agar tidak terlalu panas op-amp. Saya menggunakan kacang, tetapi lengan logam atau timbunan mesin basuh yang dilekatkan pada papan akan lebih baik.

Salah satu selak yang memasang klip bateri juga melalui salah satu pelindung perintang. Ini ternyata menjadi idea yang tidak baik.

Langkah 4: Menggunakannya, Peningkatan, Beberapa Pemikiran

Penggunaan: Beban Kecil dirancang untuk menarik arus berterusan dari bekalan, tidak kira apa voltannya, jadi anda tidak perlu menyambungkan apa-apa lagi, kecuali ammeter, yang harus anda letakkan secara bersiri dengan salah satu input.

Putar kenop ke sifar, dan hidupkan Tiny Load. Anda mesti melihat sebilangan kecil aliran arus, sehingga sekitar 50mA.

Atur perlahan tombol sehingga arus yang ingin anda uji mengalir, lakukan ujian apa sahaja yang perlu anda lakukan. Periksa heatsink tidak terlalu panas - peraturan praktis di sini adalah jika ia membakar jari anda, terlalu panas. Anda mempunyai tiga pilihan dalam kes ini:

1. Matikan voltan bekalan
2. Turunkan Beban Kecil
3. Jalankan untuk selang waktu pendek dengan banyak masa untuk menyejukkan di antara
4. Pasangkan kipas ke sinki air

OK okay itu empat pilihan:)

Tidak ada perlindungan input, jadi berhati-hati agar input disambungkan dengan betul. Keliru dan diod intrinsik mosfet akan melakukan semua arus yang ada dan mungkin memusnahkan mosfet dalam prosesnya.

Peningkatan: Dengan cepat menjadi jelas bahawa Tiny Load perlu mempunyai cara sendiri untuk mengukur arus yang diambilnya. Terdapat tiga cara untuk ini.

1. Pilihan paling mudah ialah memasang ammeter secara bersiri dengan input positif atau negatif.
2. Pilihan yang paling tepat ialah menyambungkan voltmeter melintasi perintang rasa, dikalibrasi ke perintang itu sehingga voltan yang ditunjukkan menunjukkan arus.
3. Pilihan paling murah adalah membuat skala kertas yang sesuai di belakang tombol kawalan, dan tandakan skala yang dikalibrasi di atasnya.

Mungkin kekurangan perlindungan terbalik boleh menjadi masalah besar. Diod intrinsik mosfet akan menjalankan sama ada Tiny Load dihidupkan atau tidak. Sekali lagi terdapat beberapa pilihan untuk menyelesaikannya:

1. Kaedah paling mudah dan paling murah adalah menghubungkan diod (atau beberapa diod secara selari) secara bersiri dengan input.
2. Pilihan yang lebih mahal adalah menggunakan mosfet yang mempunyai perlindungan terbalik. OK jadi itu juga kaedah termudah.
3. Pilihan yang paling rumit adalah menyambungkan mosfet kedua dalam anti-siri dengan yang pertama, yang hanya dilakukan jika polaritasnya betul.

Saya menyedari bahawa kadang-kadang yang benar-benar diperlukan adalah rintangan yang boleh disesuaikan yang dapat menghilangkan banyak tenaga. Ada kemungkinan menggunakan modifikasi litar ini untuk melakukannya, jauh lebih murah daripada membeli rheostat besar. Oleh itu, perhatikan Tiny Load MK2 yang akan dapat beralih ke mod resistif!

Pemikiran akhirTiny Load telah membuktikan dirinya berguna bahkan sebelum selesai, dan berfungsi dengan baik. Walau bagaimanapun, saya mempunyai beberapa masalah dalam membuatnya, dan selepas itu menyedari bahawa meter dan penunjuk "on" akan menjadi peningkatan yang berharga.