Càrrega minúscula: càrrega actual constant: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

He estat desenvolupant una font d'alimentació bancària i, finalment, he arribat al punt que vull aplicar-hi una càrrega per veure el seu rendiment. Després d’haver vist l’excel·lent vídeo de Dave Jones i mirar uns quants altres recursos a Internet, em va semblar Tiny Load. Es tracta d’una càrrega de corrent constant ajustable, que hauria de poder manejar uns 10 amperis. El voltatge i el corrent estan limitats per les qualificacions del transistor de sortida i la mida del dissipador de calor.

Cal dir que hi ha dissenys realment intel·ligents. Tiny Load és realment bàsic i senzill, una lleugera modificació del disseny de Dave, però encara dissiparà la potència necessària per provar una psu, sempre que no obtingui més suc del que pot suportar.

Tiny Load no té un mesurador de corrent connectat, però podeu connectar un amperímetre extern o controlar el voltatge a través de la resistència de retroalimentació.

Vaig canviar el disseny lleugerament després de construir-lo, de manera que la versió que es presenta aquí té un LED per dir-vos que està encès i un patró de PCB millor per al commutador.

L’esquema i el disseny del PCB es presenten aquí com a fitxers PDF i també com a imatges JPEG.

Pas 1: Principi de funcionament

Per a aquells que no estiguin ben versats en els principis electrònics, aquí teniu una explicació del funcionament del circuit. Si tot això és ben conegut per vosaltres, no dubteu a saltar endavant.

El cor de Tiny Load és un amplificador operatiu dual LM358, que compara el corrent que flueix a la càrrega amb el valor que heu establert. Els amplificadors operatius no poden detectar el corrent directament, de manera que el corrent es converteix en un voltatge que l’amplificador operatiu pot detectar, mitjançant la resistència, R3, coneguda com la resistència de detecció de corrent. Per cada amplificador que flueix a R3, es produeixen 0,1 volts. Ho demostra la llei d'Ohm, V = I * R. Com que R3 és un valor realment baix, a 0,1 ohms, no escalfa excessivament (la potència que dissipa ve donada per I²R).

El valor que heu definit és una fracció d’una tensió de referència; de nou, s’utilitza la tensió perquè l’amplificador operatiu no pot detectar el corrent. La tensió de referència la produeixen 2 díodes en sèrie. Cada díode desenvoluparà una tensió a través seu a la regió de 0,65 volts, quan hi circuli un corrent. Aquest voltatge, que sol ser de fins a 0,1 volts a banda i banda d’aquest valor, és una propietat inherent a les unions de silici p-n. Per tant, la tensió de referència ronda els 1,3 volts. Com que no es tracta d’un instrument de precisió, aquí no cal una gran precisió. Els díodes obtenen el seu corrent mitjançant una resistència. connectat a la bateria. El voltatge de referència és una mica elevat per ajustar la càrrega a un màxim de 10 amperes, de manera que el potenciòmetre que estableix la tensió de sortida es connecta en sèrie amb una resistència de 3 k que baixa la tensió una mica.

Com que la referència i la resistència de detecció de corrent estan connectades entre si i connectades a la connexió de zero volts de l’ampli operatiu, aquest pot detectar la diferència entre els dos valors i ajustar la seva sortida de manera que la diferència es redueixi a gairebé zero. La regla general que s’utilitza aquí és que un amplificador operatiu sempre intentarà ajustar la seva sortida de manera que les dues entrades tinguin el mateix voltatge.

Hi ha un condensador electrolític connectat a la bateria per desfer-se de qualsevol soroll que pugui accedir al subministrament de l'amplificador operatiu. Hi ha un altre condensador connectat a través dels díodes per amortir el soroll que generen.

El final de negoci de la càrrega minúscula està format per un transistor d’efecte de camp de semiconductors d’òxid de metall (MOSFET). Vaig escollir-la perquè estava a la meva caixa brossa i tenia tensions i corrents adequats per a aquest propòsit, però si en compreu un de nou, hi ha dispositius molt més adequats.

El mosfet actua com una resistència variable, on el drenatge està connectat al costat + del subministrament que voleu provar, la font està connectada a R3 i, a través d’aquest, al cable de subministrament que voleu provar i la porta està connectada a la sortida del amplificador operatiu. Quan no hi ha cap tensió a la porta, el mosfet actua com un circuit obert entre el seu drenatge i la font, però quan s'aplica tensió per sobre d'un determinat valor (el voltatge "llindar"), comença a conduir-se. Augmenteu prou el voltatge de la porta i la seva resistència serà molt baixa.

Així doncs, l’amplificador operatiu manté la tensió de la porta a un nivell en què el corrent que flueix a través de R3 fa que es desenvolupi una tensió que és gairebé igual a la fracció de la tensió de referència que heu configurat girant el potenciòmetre.

Com que el mosfet actua com una resistència, té voltatge a través d’ell i hi circula corrent, cosa que fa que dissipeixi l’energia en forma de calor. Aquesta calor ha d'anar a un altre lloc o, en cas contrari, destruiria el transistor molt ràpidament, de manera que per aquest motiu es cargola a un dissipador de calor. Les matemàtiques per calcular la mida del dissipador de calor són senzilles, però també una mica fosques i misterioses, però es basen en les diverses resistències tèrmiques que impedeixen el flux de calor a través de cada part des de la unió de semiconductors a l’aire exterior i l’augment de temperatura acceptable. Així doncs, teniu la resistència tèrmica des de la unió fins a la caixa del transistor, des de la caixa fins al dissipador de calor i, a través del dissipador de calor fins a l’aire, afegiu-los per obtenir la resistència tèrmica total. Es dóna en ° C / W, de manera que per a cada watt que es dissipa, la temperatura augmentarà en aquest nombre de graus. Afegiu-ho a la temperatura ambient i obtindreu la temperatura a la qual treballarà la unió semiconductora.

Pas 2: peces i eines

Vaig construir el Tiny Load principalment amb peces de caixa brossa, de manera que és una mica arbitrari.

El PCB està fet de SRBP (FR2) que tinc per casualitat perquè era barat. Està recobert de coure de 1 oz. Els díodes i els condensadors i el mosfet són antics, i l’amplificador operatiu és d’un paquet de 10 que vaig aconseguir fa un temps perquè eren barats. El cost és l'única raó per utilitzar un dispositiu smd per a això: 10 dispositius smd em costen el mateix que un forat passant que es tindria.

• 2 díodes 1N4148. Utilitzeu-ne més si voleu carregar més corrent.
• Transistor MOSFET, he utilitzat un BUK453 perquè és el que he tingut, però trieu el que vulgueu, sempre que la valoració actual sigui superior a 10A, el voltatge llindar sigui inferior a uns 5v i el Vds sigui superior al màxim que espereu. utilitzeu-lo a, hauria d’estar bé. Proveu de triar-ne una dissenyada per a aplicacions lineals en lloc de per canviar-la.
• Potenciòmetre de 10 k. Vaig agafar aquest valor perquè és el que tenia per casualitat, que vaig desmuntar d’un televisor antic. Hi ha disponibles amb el mateix espaiat de pins, però no estic segur de les puntes de muntatge. Pot ser que hagueu de modificar el disseny del tauler per a això.
• Pom per ajustar el potenciòmetre
• 3k resistència. 3.3k hauria de funcionar igual de bé. Utilitzeu un valor inferior si voleu poder carregar més corrent amb la referència de 2 díodes que es mostra.
• Amplificador operatiu LM358. Realment, qualsevol subministrament, tipus ferroviari a ferrocarril, hauria de fer la feina.
• Resistència de 22 k
• 1k resistència
• Condensador 100nF. Això hauria de ser realment de ceràmica, tot i que n'he fet servir una de pel·lícula
• Condensador de 100uF. Cal classificar-se com a mínim a 10V
• Resistència de 0,1 ohm, potència mínima de 10W. El que vaig fer servir és de grans dimensions, de nou el cost va ser el factor aclaparador aquí. Una resistència de 0,1 ohm de 25W amb carcassa metàl·lica era més barata que els tipus classificats més adequadament. Estrany però cert.
• Dissipador de calor: un dissipador de calor antic de la CPU funciona bé i té l’avantatge que està dissenyat per tenir un ventilador connectat si en necessiteu.
• Compost de dissipador tèrmic. Vaig aprendre que els compostos a base de ceràmica funcionen millor que els de base metàl·lica. Vaig fer servir Arctic Cooling MX4 que, per casualitat, tenia. Funciona bé, és barat i en tens molts!
• Peça d'alumini per a suport
• Cargols i femelles petites
• petit interruptor lliscant

Pas 3: construcció

Vaig construir la petita càrrega amb una caixa d’escombraries o peces molt barates

El dissipador de calor és un antic dissipador de CPU de l'era pentium. No sé quina és la seva resistència tèrmica, però suposo que té aproximadament 1 o 2 ° C / W segons les imatges de la part inferior d'aquesta guia: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc … tot i que ara l'experiència suggereix que és bastant millor que això.

Vaig perforar un forat al mig del dissipador de calor, el vaig tapar i el vaig muntar el transistor amb compost tèrmic MX4 i vaig cargolar el cargol de muntatge directament al forat tapat. Si no teniu els mitjans necessaris per fer forats, només cal que foradeu una mica més i utilitzeu una rosca.

Originalment vaig pensar que això es limitava a una dissipació d’uns 20W, tot i que l’he tingut en funcionament a 75W o superior, on feia força calor, però encara no era massa calent per utilitzar-lo. Amb un ventilador de refrigeració connectat, això seria encara més alt.

No hi ha cap necessitat real de fixar la resistència de sentit actual a la placa, però, quin sentit té tenir forats de cargol si no els podeu fixar alguna cosa? Vaig utilitzar petits trossos de fil gruixut que quedaven d’alguns treballs elèctrics per connectar la resistència a la placa.

L'interruptor d'alimentació provenia d'una joguina desapareguda. Em van equivocar els espaiats dels forats al meu pcb, però l’espaiat del disseny del pcb indicat aquí hauria d’adaptar-se si teniu el mateix tipus d’interruptor SPDT en miniatura. No he inclòs cap LED al disseny original per demostrar que Tiny Load és activat, tot i que em vaig adonar que es tracta d’una omissió insensata, així que l’he afegit.

Les pistes gruixudes tal com són no són realment prou gruixudes per a 10 amperes amb la placa de coure de 1 oz que s’utilitza, de manera que s’amplia amb una mica de fil de coure. Cadascuna de les vies té un tros de fil de coure de 0,5 mm col·locat al seu voltant i soldat de forma puntual a intervals, excepte el curt tram que està connectat a terra, ja que el pla de terra afegeix gran quantitat. Assegureu-vos que el cable afegit vagi directament al mosfet i als pins de la resistència.

Vaig fabricar el PCB usant el mètode de transferència de tòner. Hi ha una gran quantitat de literatura a la xarxa sobre això, així que no hi entraré, però el principi bàsic és que utilitzeu una impressora làser per imprimir el disseny en un paper brillant, després planxar-lo a la pissarra i després gravar-lo això. Utilitzo paper de transferència de tòner groc barat de la Xina i una planxa de roba ajustada a una mica per sota dels 100 ° C. Faig servir acetona per netejar el tòner. Simplement seguiu netejant amb draps amb acetona fresca fins que quedin nets. Vaig fer moltes fotos per il·lustrar el procés. Hi ha materials molt millors disponibles per a la feina, però una mica més enllà del meu pressupost. Normalment he de retocar les meves transferències amb un retolador.

Traieu els forats amb el vostre mètode preferit i, a continuació, afegiu el fil de coure a les vies amples. Si us fixeu bé, veureu que he desordenat una mica la perforació (perquè he utilitzat una perforadora experimental que és una mica imperfecta. Quan funcioni correctament, us prometo una instrucció).

Primer munteu l’ampli operatiu. Si no heu treballat abans amb smd's, no us deixeu intimidar, és molt fàcil. Primer conserveu un dels coixinets del tauler amb una quantitat molt petita de soldadura. Col·loqueu el xip amb molta cura i fixeu el passador corresponent cap a la coixinet que heu conservat. D'acord, ara el xip no es mourà, podeu soldar tots els altres pins. Si teniu una mica de flux líquid, aplicar-ne una mica fa que el procés sigui més fàcil.

Ajusteu la resta de components, els més petits primer, que és molt probable que siguin els díodes. Assegureu-vos que els obtingueu de la manera correcta. Vaig fer les coses lleugerament cap enrere muntant primer el transistor al dissipador de calor, perquè inicialment el vaig fer servir.

Durant un temps, la bateria es va muntar a la placa amb coixinets adhesius, que funcionaven molt bé. Es va connectar mitjançant un connector PP3 estàndard, però la placa està dissenyada per tenir un tipus de suport més substancial que s’adhereix a tota la bateria. Vaig tenir alguns problemes per solucionar el suport de la bateria, ja que es necessiten cargols de 2,5 mm, que tinc poca quantitat i no hi ha cap femella. He foradat els forats del clip fins a 3,2 mm i els heu compensat fins a 5,5 mm (no és realment contrapès, només he utilitzat una broca!), Tot i que he trobat que la broca més gran agafa el plàstic molt fort i he anat a la dreta per un dels forats.. Per descomptat, podríeu fer servir coixinets enganxosos per solucionar-ho, cosa que a la vista posterior pot ser millor.

Retalleu els cables del clip de la bateria de manera que tingueu aproximadament una polzada de filferro, esteneu els extrems, passeu-los pels orificis del tauler i torneu a soldar els extrems pel tauler.

Si utilitzeu una resistència de carcassa metàl·lica com la que es mostra, col·loqueu-la amb cables gruixuts. Ha de tenir algun tipus de separadors entre la placa i la placa perquè no s’escalfi massa l’amplificador operatiu. Jo feia servir fruits secs, però les mànigues metàl·liques o les piles de volanderes enganxades al tauler haurien estat millors.

Un dels cargols que fixa el clip de la bateria també passa per una de les orelles de la resistència. Això ha resultat ser una mala idea.

Pas 4: posar-lo en ús, millores, algunes reflexions

Ús: Tiny Load està dissenyat per treure un corrent constant d’un subministrament, independentment del voltatge, per la qual cosa no cal que hi connecteu res més, excepte un amperímetre, que heu de col·locar en sèrie amb una de les entrades.

Baixeu el comandament a zero i activeu Tiny Load. Hauríeu de veure una petita quantitat de flux de corrent, fins a uns 50 mA.

Ajusteu lentament el comandament fins que flueixi el corrent en què vulgueu provar, feu les proves que hàgiu de fer. Comproveu que el dissipador de calor no estigui excessivament calent: la regla general és que si us crema els dits, fa massa calor. En aquest cas, teniu tres opcions:

1. Baixeu la tensió de subministrament
2. Baixeu Tiny Load
3. Executeu-lo per intervals curts amb molt de temps per refredar-vos pel mig
4. Col·loqueu un ventilador al dissipador de calor

D'acord, això són quatre opcions:)

No hi ha cap protecció d'entrada, així que tingueu molt de compte que les entrades es connectin correctament. S'equivoca i el díode intrínsec del mosfet conduirà tot el corrent disponible i probablement destruirà el mosfet durant el procés.

Millores: ràpidament es va fer evident que Tiny Load necessita tenir els seus propis mitjans per mesurar el corrent que extreu. Hi ha tres maneres d’aconseguir-ho.

1. L'opció més senzilla és ajustar un amperímetre en sèrie amb l'entrada positiva o negativa.
2. L'opció més precisa és connectar un voltímetre a través de la resistència de sentit, calibrada a aquesta resistència de manera que la tensió mostrada indiqui el corrent.
3. L’opció més barata és fer una bàscula de paper que s’adapti darrere del pom de control i marcar-hi una escala calibrada.

Potencialment, la manca de protecció inversa podria ser un gran problema. El díode intrínsec del mosfet conduirà si Tiny Load està activat o no. De nou, hi ha diverses opcions per resoldre-ho:

1. El mètode més senzill i barat seria connectar un díode (o alguns díodes en paral·lel) en sèrie amb l'entrada.
2. Una opció més cara és utilitzar un mosfet que té una protecció inversa. D'acord, així que també és el mètode més senzill.
3. L'opció més complexa és connectar un segon mosfet en anti-sèrie amb el primer, que només funciona si la polaritat és correcta.

Em vaig adonar que de vegades el que realment es necessita és una resistència ajustable que pugui dissipar molta energia. Per fer-ho, és possible fer una modificació d’aquest circuit, molt més barat que comprar un reòstat gran. Així que busqueu Tiny Load MK2, que es podrà canviar al mode resistiu.

Tiny Load ha demostrat ser útil fins i tot abans que s’acabés i funciona molt bé. No obstant això, vaig tenir alguns problemes per construir-lo i em vaig adonar després que un indicador de mesurament i "activat" seria una millora valuosa.