Pisike koormus - pidev praegune koormus: 4 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Olen arendanud endale ping -PSU -d ja lõpuks jõudnud punkti, kus tahan sellele koormust rakendada, et näha, kuidas see toimib. Pärast Dave Jonesi suurepärase video vaatamist ja mõne muu Interneti -ressursi vaatamist jõudsin Tiny Loadini. See on reguleeritav konstantse voolu koormus, mis peaks hakkama saama umbes 10 ampriga. Pinget ja voolu piiravad väljundtransistori nimiväärtused ja radiaatori suurus.

Peab ütlema, et seal on tõesti nutikaid disainilahendusi! Pisike koormus on tõesti lihtne ja lihtne, Dave'i disaini kerge modifikatsioon, kuid see hajutab siiski psu testimiseks vajaliku võimsuse, kui see ei saa rohkem mahla kui jaksab.

Pisikesele koormusele pole voolumõõturit lisatud, kuid saate ühendada välise ampermeetri või jälgida tagasiside takisti pinget.

Ma muutsin disaini veidi pärast selle ehitamist, nii et siin esitatud versioonil on LED, mis näitab teile, et see on sisse lülitatud, ja parem lüliti PCB -muster.

Skeem ja PCB paigutus on siin esitatud PDF -failidena ja ka JPEG -piltidena.

Samm: toimimispõhimõte

Neile, kes pole elektrooniliste põhimõtetega hästi kursis, on siin selgitus vooluringi toimimise kohta. Kui see kõik on teile hästi teada, jätke julgelt edasi!

Pisikese koormuse süda on kahekordne op-amp LM358, mis võrdleb koormuses voolavat voolu teie määratud väärtusega. Op-võimendid ei suuda voolu otse tuvastada, nii et vool muudetakse pingeks, mida op-amp suudab tuvastada takisti R3 abil, mis on tuntud kui voolutundlik takisti. Iga võimendi kohta, mis voolab R3 -s, toodetakse 0,1 volti. Seda näitab Ohmi seadus, V = I*R. Kuna R3 on tõesti madal väärtus, 0,1 oomi juures, ei kuumene see ülemäära kuumaks (selle hajutatava võimsuse annab I²R).

Teie määratud väärtus on murdosa võrdluspingest - jällegi kasutatakse pinget, kuna op -amp ei suuda voolu tuvastada. Võrdluspinget toodavad 2 dioodi järjestikku. Iga diood tekitab üle selle pinge umbes 0,65 volti, kui vool läbi selle voolab. See pinge, mis tavaliselt on kuni 0,1 volti mõlemal pool sellest väärtusest, on räni p-n ristmike loomupärane omadus. Seega on võrdluspinge umbes 1,3 volti. Kuna see pole täppisinstrument, pole siin suurt täpsust vaja. Dioodid saavad voolu takisti kaudu. akuga ühendatud. Võrdluspinge on koormuse seadmiseks maksimaalselt 10 amprit veidi kõrgem, seega on väljundpinget reguleeriv potentsiomeeter jadamisi ühendatud 3k takistiga, mis vähendab pinget veidi.

Kuna võrdlus- ja voolutundlik takisti on ühendatud ja ühendatud op-amp nullvoltiühendusega, saab op-amp tuvastada kahe väärtuse erinevuse ja reguleerida selle väljundit nii, et erinevus väheneks nullilähedaseks. Kasutatav rusikareegel on see, et op-amp püüab alati oma väljundit reguleerida nii, et selle kaks sisendit oleksid sama pingega.

Aku külge on ühendatud elektrolüütiline kondensaator, et vabaneda mürast, mis jõuab op-võimendi toiteallikasse. Dioodide külge on ühendatud veel üks kondensaator, et summutada nende tekitatud müra.

Pisikese koormuse äriotstarbe moodustab MOSFET (metallioksiidi pooljuhtide välitransistor). Valisin selle, kuna see oli minu prügikastis ja sellel oli selleks piisav pinge- ja voolutugevus, kuid kui ostate uue, leiate palju sobivamaid seadmeid.

Mosfet toimib nagu muutuv takisti, kus äravool on ühendatud toiteallika + küljega, mida soovite testida, allikas on ühendatud R3 -ga ja selle kaudu toiteallika juhtmega, mida soovite testida, ja värav on ühendatud op-võimendi väljundisse. Kui väraval pole pinget, toimib mosfet äravoolu ja allika vahel nagu avatud vooluahel, kuid kui pinge rakendatakse üle teatud väärtuse ("lävepinge"), hakkab see juhtima. Tõstke värava pinget piisavalt ja selle takistus muutub väga madalaks.

Seega hoiab op-amp värava pinget tasemel, kus R3 kaudu voolav vool tekitab pinge, mis on peaaegu võrdne potentsiaalmõõturi keeramisega määratud võrdluspinge murdosaga.

Kuna mosfet toimib nagu takisti, on sellel pinge ja selle kaudu voolav vool, mis põhjustab selle soojuse kujul energia hajutamist. See kuumus peab kuhugi minema või muidu hävitaks see transistori väga kiiresti, nii et sel põhjusel on see poltide külge kinnitatud. Jahutusradiaatori suuruse arvutamise matemaatika on lihtne, kuid ka pisut tume ja salapärane, kuid see põhineb erinevatel soojustakistustel, mis takistavad soojusvoo läbimist igast osast pooljuhtide ristmikust välisõhku ja vastuvõetavat temperatuuri tõusu. Nii et teil on soojustakistus ristmikult transistori korpusele, korpusest radiaatorini ja jahuti kaudu õhku, lisage need kokku, et saada kogu soojustakistus. See on antud ° C/W, nii et iga hajutatava vati puhul tõuseb temperatuur selle kraadi võrra. Lisage see ümbritseva õhu temperatuurile ja saate temperatuuri, millel teie pooljuhtide ristmik töötab.

Samm: osad ja tööriistad

Tiny Load ehitasin enamasti rämpsposti osade abil, nii et see on natuke meelevaldne!

PCB on valmistatud SRBP -st (FR2), mis mul juhtub olema, sest see oli odav. See on kaetud 1 oz vaskega. Dioodid ja kondensaatorid ning mosfet on vanad kasutatud ning op-amp on üks 10-kordsest pakist, mille sain mõni aeg tagasi, kuna need olid odavad. Maksumus on ainus põhjus, miks smd -seadet selle jaoks kasutada - 10 smd -seadet maksavad mulle sama palju kui üks auk.

• 2 x 1N4148 dioodi. Kasutage rohkem, kui soovite laadida rohkem voolu.
• MOSFET -transistor, ma kasutasin BUK453 -d, sest see juhtus mul juhtuma, kuid valige see, mis teile meeldib, nii kaua kui praegune reiting on üle 10 A, on lävepinge allapoole umbes 5 V ja Vds on kõrgem kui ootate kasuta seda, see peaks korras olema. Proovige valida üks, mis on mõeldud lineaarsete rakenduste jaoks, mitte vahetamiseks.
• 10k potentsiomeeter. Valisin selle väärtuse, sest see juhtus mul juhtuma, mille ma lammutasin vanast telerist. Neid, kellel on sama tihvtide vahekaugus, on laialdaselt saadaval, kuid ma ei ole kinnitusklambrite osas kindel. Selleks peate võib -olla plaadi paigutust muutma.
• Nupp potentsiomeetri paigaldamiseks
• 3k takisti. 3.3k peaks sama hästi toimima. Kasutage madalamat väärtust, kui soovite, et kuvatud 2-dioodilise viitega saaksite laadida rohkem voolu.
• LM358 op-võimendi. Tõepoolest, iga üksik varustus, rööp-rööp, peaks seda tööd tegema.
• 22k takisti
• 1k takisti
• 100 nF kondensaator. See peaks tõesti olema keraamiline, kuigi ma kasutasin kile
• 100uF kondensaator. Vajab vähemalt 10V pinget
• 0,1 oomi takisti, minimaalne nimivõimsus 10W. See, mida ma kasutasin, on liiga suur, jällegi oli hind siin ülekaalukas. Metallkorpusega 25 W 0,1 oomi takisti oli odavam kui sobivamalt hinnatud tüübid. Kummaline, kuid tõsi.
• Heatsink - vana protsessori jahutusradiaator töötab hästi ja selle eeliseks on see, et vajaduse korral on see varustatud ventilaatoriga.
• Termiline jahutusradiaatori ühend. Sain teada, et keraamilised ühendid toimivad paremini kui metallipõhised. Kasutasin Arctic Cooling MX4, mis mul juhtus olema. See töötab hästi, on odav ja saate palju!
• Väike alumiiniumitükk kronsteini jaoks
• Väikesed kruvid ja mutrid
• väike liuglüliti

3. samm: ehitamine

Ehitasin pisikese koorma prügikastist või väga odavatest osadest

Heatsink on vana pentiumi ajastu protsessori jahutusradiaator. Ma ei tea, mis see soojustakistus on, aga selle juhendi allosas olevate piltide põhjal arvan, et see on umbes 1 või 2 ° C/W: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc… kuigi kogemus näitab, et see on parem kui see.

Puurisin radiaatori keskele augu, koputasin seda ja paigaldasin sellele MX4 termilise ühendiga transistori ning kruvisin kinnituskruvi otse keermestatud auku. Kui teil pole vahendeid aukude koputamiseks, puurige see veidi suuremaks ja kasutage mutrit.

Algselt arvasin, et see piirdub umbes 20 W hajumisega, kuid mul on see töötanud 75 W või kõrgemal, kus see läks üsna kuumaks, kuid siiski mitte liiga kuumaks kasutamiseks. Kui jahutusventilaator on ühendatud, oleks see veelgi kõrgem.

Praegust tunnetakistit pole tegelikult vaja tahvli külge kinnitada, kuid mis mõte on poltide avadel, kui te ei saa neile midagi külge keerata? Takisti ühendamiseks plaadiga kasutasin mõningaid elektritöödest jäänud paksu traati.

Toitelüliti tuli tühjalt mänguasjalt. Mul on trükiplaadi aukude vahe valesti, kuid siin toodud vahekaugused PCB -plaadil peaksid sobima, kui teil on sama tüüpi miniatuursed SPDT -lülitid. Ma ei lisanud originaalkujundisse LED -i, et näidata, et väike koormus on sisse lülitatud, kuid mõistsin, et see on rumal tegematajätmine, nii et lisasin selle.

Sellised paksud rajad ei ole 1 -liitrise vaskplaadiga plaadiga 10 ampri jaoks piisavalt paksud, nii et see on mõne vasktraadiga täidetud. Iga rööbastee ümber on asetatud tükk 0,5 mm vasktraati, mis on vaheaegade jooksul joodetud, välja arvatud lühike, maapinnaga ühendatud venitus, kuna maanduspind lisab palju koormust. Veenduge, et lisatud traat läheb otse mosfeti ja takisti tihvtide juurde.

PCB valmistasin tooneri ülekandmise meetodil. Netis on selle kohta tohutult palju kirjandust, nii et ma ei hakka sellesse süvenema, kuid põhiprintsiip on see, et kasutate laserprinterit, et printida kujundus mõnele läikivale paberile, seejärel triikida see tahvlile ja seejärel söövitada seda. Ma kasutan Hiinast pärit odavat kollast tooneri ülekandepaberit ja riideraud, mis on seatud veidi alla 100 ° C. Tooneri puhastamiseks kasutan atsetooni. Lihtsalt pühkige kaltsudega värske atsetooniga, kuni need on puhtad. Tegin protsessi illustreerimiseks palju fotosid. Töö jaoks on saadaval palju paremaid materjale, kuid natuke üle minu eelarve! Tavaliselt pean oma ülekandeid markerpliiatsiga puudutama.

Puurige augud oma lemmikmeetodi abil, seejärel lisage vasktraat laiadele radadele. Kui vaatate tähelepanelikult, näete, et olen oma puurimise natuke sassi ajanud (kuna kasutasin eksperimentaalset puurmasinat, mis on mõnevõrra ebatäiuslik. Kui see korralikult töötab, teen selle lubatava juhendi!)

Esmalt paigaldage op-amp. Kui te pole smd -dega varem töötanud, ärge laske end hirmutada, see on üsna lihtne. Esmalt pange plaadile üks padjadest tõesti väike kogus jootet. Asetage kiip väga ettevaatlikult ja kleepige vastav tihvt tinaga kaetud padja külge. Ok, nüüd ei liigu kiip ringi, saate kõik teised tihvtid jootma hakata. Kui teil on vedeliku voog, muudab selle määrimine protsessi lihtsamaks.

Paigaldage ülejäänud komponendid, kõigepealt kõige väiksemad, mis on tõenäoliselt dioodid. Veenduge, et saate need õigel viisil. Ma tegin asju veidi tagurpidi, paigaldades transistori kõigepealt radiaatorile, kuna kasutasin seda esialgu katsetamiseks.

Mõnda aega kinnitati aku plaadile kleepuvate padjakeste abil, mis töötasid märkimisväärselt hästi! See ühendati tavalise pp3 -pistiku abil, kuid plaat on kavandatud nii, et see võtaks olulisema hoidiku, mis klammerdub kogu aku külge. Akuhoidiku kinnitamisel tekkis mul probleeme, kuna selleks kulub 2,5 mm kruvisid, mida mul napib ja mutreid ei ole. Puurisin klambris olevad augud 3,2 mm -ni ja puurisin need 5,5 mm -ni (mitte päris puurimine, ma kasutasin lihtsalt puurit!), Kuid leidsin, et suurem puur haarab plastikust väga järsult ja läks ühest august läbi. Loomulikult võite selle parandamiseks kasutada kleepuvaid padjaid, mis tagantjärele mõeldes võivad olla paremad.

Lõigake akuklambri juhtmeid nii, et teil oleks umbes tolli traati, tinage otsad, keerake need läbi plaadi aukude ja jootke otsad läbi plaadi.

Kui kasutate metallkorpusega takistit, nagu näidatud, paigaldage see paksude juhtmetega. Selle ja plaadi vahel peavad olema mingid vahekaugused, et see op-võimendit üle ei kuumutaks. Kasutasin pähkleid, kuid parem oleks olnud metallist varrukad või plaatide külge liimitud seibivirnad.

Üks polt, mis kinnitab akuklambri, läbib ka ühe takisti. See on osutunud halvaks ideeks.

4. samm: selle kasutuselevõtt, täiustused, mõned mõtted

Kasutamine: Tiny Load on loodud toiteallikast pideva voolu võtmiseks, olenemata pingest, nii et te ei pea sellega midagi muud ühendama, välja arvatud ampermeeter, mille peaksite ühe sisendiga järjestikku paigutama.

Keerake nupp nullini ja lülitage Tiny Load sisse. Te peaksite nägema väikest vooluhulka, kuni umbes 50 mA.

Reguleerige nuppu aeglaselt, kuni vool, mida soovite testida, voolab, tehke kõik vajalikud testid. Kontrollige, kas radiaator pole ülemäära kuum - siin kehtib rusikareegel, et kui see sõrmi kõrvetab, on see liiga kuum. Sel juhul on teil kolm võimalust:

1. Lülitage toitepinge alla
2. Keerake väike koormus alla
3. Käivitage seda lühikeste ajavahemike järel ja andke piisavalt aega, et vahepeal jahtuda
4. Paigaldage ventilaator jahutusradiaatori külge

OK, see on neli võimalust:)

Sisendkaitse puudub, seega olge väga ettevaatlik, et sisendid oleksid õigesti ühendatud. Saage valesti aru ja mosfeti sisemine diood juhib kogu olemasoleva voolu ja tõenäoliselt hävitab selle käigus mosfeti.

Täiustused: kiiresti selgus, et pisikesel koormusel peab olema oma vahend voolu mõõtmiseks. Selleks on kolm võimalust.

1. Lihtsaim võimalus on ühendada ampermeeter positiivse või negatiivse sisendiga järjestikku.
2. Kõige täpsem võimalus on ühendada voltmeeter sensoritakistiga, mis on kalibreeritud selle takistiga nii, et näidatud pinge näitab voolu.
3. Odavaim võimalus on teha paberist kaal, mis mahub juhtnupu taha, ja märkida sellele kalibreeritud skaala.

Potentsiaalselt võib tagasipöörduva kaitse puudumine olla suur probleem. Mosfeti sisemine diood juhib seda, olenemata sellest, kas Tiny Load on sisse lülitatud või mitte. Jällegi on selle lahendamiseks mitmeid võimalusi:

1. Lihtsaim ja odavaim meetod oleks dioodi (või mõne dioodi paralleelne) ühendamine sisendiga järjestikku.
2. Kallim võimalus on kasutada mosfetti, millel on sisseehitatud tagurpidi kaitse. OK, see on ka kõige lihtsam meetod.
3. Kõige keerulisem variant on ühendada teine anti-seeria mosfet esimesega, mis juhib ainult siis, kui polaarsus on õige.

Mõistsin, et mõnikord on tõesti vaja reguleeritavat takistust, mis võib palju energiat hajutada. Selleks on võimalik kasutada selle vooluahela modifikatsiooni, palju odavamalt kui suure reostaadi ostmine. Nii et otsige ette Tiny Load MK2, mida saab lülitada takistusrežiimile!

Väike koormus on osutunud kasulikuks juba enne selle valmimist ja töötab väga hästi. Kuid mul oli selle konstrueerimisel probleeme ja mõistsin hiljem, et arvesti ja sisselülitatud indikaator oleksid väärtuslikud täiustused.