Эквивалент нагрузки источника питания

Для проверки и налаживания блоков питания, особенно мощных, требуется низкоомная регулируемая нагрузка с допустимой рассеиваемой мощностью до 100 Вт и даже более.

Применение для этой цели переменных резисторов не всегда возможно, в основном из-за ограниченной мощности рассеяния. Эквивалент нагрузки на ток несколько десятков ампер можно изготовить на основе стабилизатора тока на мощном полевом переключательном транзисторе [1—3]. Но эти эквиваленты не всегда удобны для применения, поскольку для них требуется отдельный источник питания.
Схема эквивалента нагрузки

Его схема показана на рис. 1. На ОУ DA1.2 и полевом транзисторе VT2 собран стабилизатор тока. Ток через полевой транзистор (IVT2) зависит от сопротивления датчика тока RI (резисторов R11—R18) и напряжения на движке переменного резистора R8 (UR8), которым регулируют ток: IVT2 = UR8/RI. Конденсатор С4 подавляет высокочастотные помехи, а С5 и С6 в цепи обратной связи ОУ DA1.2 и полевого транзистора соответственно повышают устойчивость работы стабилизатора.

Питается ОУ от повышающего стабилизированного преобразователя напряжения с выходным напряжением 5 В, собранного на микросхеме DA2. Это же напряжение через резистор R7 поступает на регулятор тока. Благодаря преобразователю напряжения устройство можно питать от испытываемого источника питания. При этом минимальное входное напряжение — 0,8…1 В, что позволяет применять предлагаемый эквивалент для проверки и измерения параметров Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов типоразмера АА или ААА.

На ОУ DA1.1 и транзисторе VT1 собран ограничитель напряжения питания преобразователя. При входном напряжении менее 3,8 В на выходе ОУ DA1.1 присутствует напряжение около 4 В, транзистор VT1 открыт полностью и питающее напряжение поступает на преобразователь. Когда входное напряжение превышает 3,8 В, напряжение на выходе ОУ DA1.1 снижается, поэтому рост напряжения на эмиттере транзистора VT1 прекращается и оно остаётся стабильным. Ограничитель напряжения необходим, поскольку предельное значение питающего напряжения микросхемы преобразователя (DA2) 6 В.

Конструкция и детали эквивалента нагрузки

Применены постоянные резисторы для датчика тока серии RC (типоразмер 2512, максимальная рассеиваемая мощность 1 Вт), остальные — РН1-12 типоразмера 1206 или 0805, переменный — СП4-1, СПО. Все конденсаторы для поверхностного монтажа, оксидные — танталовые типоразмера В или С, остальные — керамические, причём конденсатор С6 монтируют непосредственно на выводах транзистора. Разъём Х1 — винтовой клеммник, рассчитанный на требуемый ток. Транзистор ВС846 можно заменить транзистором серии КТ3130, a IRL2910 — транзистором 1RL3705N, IRL1404Z или другим мощным полевым переключательным с пороговым напряжением не более 2,5 В. Дроссель — для поверхностного монтажа SDR0703 или с проволочными выводами ЕС24.

Все элементы, кроме переменного резистора, полевого транзистора, разъёма, вентилятора и конденсатора С6, монтируют на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1… 1,5 мм, её чертёж показан на рис. 2. Применён теплоотвод с вентилятором на напряжение 12 В от процессора персонального компьютера. Транзистор и разъём крепят к теплоотводу винтами, а плату приклеивают. Применение теплопроводящей пасты для транзистора обязательно. Электродвигатель вентилятора начинает вращение при входном напряжении 3…4 В и при 8…10 В уже достаточно эффективно обдувает теплоотвод. Для данного варианта конструкции применён датчик тока с суммарным сопротивлением 0,05 Ом и рассеиваемой мощностью 8 Вт, поэтому максимальный ток эквивалента — 12…13 А, а максимальная рассеиваемая мощность не превышает 100 Вт. Применив более мощные резисторы в качестве датчика тока и более эффективный теплоотвод, можно соответственно увеличить и ток, и рассеиваемую мощность. Максимальное входное напряжение в данном случае зависит от допустимого напряжения питания вентилятора.

Устройство размещают в корпусе подходящего размера (подойдёт корпус от блока питания персонального компьютера), на передней панели устанавливают входные гнёзда, соединённые с разъёмом Х1, и переменный резистор, который можно снабдить проградуированной шкалой. Теплоотвод следует изолировать от металлического корпуса, поскольку он имеет гальваническую связь со стоком полевого транзистора.

Максимальное значение тока устанавливают подборкой резистора R7, при этом движок переменного резистора R8 должен быть в верхнем по схеме положении. Поскольку электродвигатель вентилятора подключён непосредственно к входному разъёму, ток, потребляемый им, складывается с током стабилизатора, поэтому при изменении входного напряжения суммарный ток также изменяется. Чтобы этот ток был стабильным, нижний по схеме вывод электродвигателя подключают не к минусовой линии питания, а к истоку полевого транзистора, как показано на рис.1 штриховой линией.

Эквивалент нагрузки можно использовать для проверки источников питания переменного тока частотой 50 Гц, например, понижающих трансформаторов. В этом случае устройство подключают (с соблюдением полярности) к выходу выпрямительного моста, в котором желательно применить диоды Шотки. Между плюсовым выводом конденсатора С1 и точкой соединения резистора R3 и коллектора транзистора VT1 устанавливают диод того же типа, что и VD1, а ёмкость конденсатора С2 следует увеличить до 100 мкФ. В диодном мосте диоды должны быть рассчитаны на ток эквивалента. Следует учесть, что в этом случае минимальное и максимально допустимое напряжение возрастёт на величину падения напряжения на диодах моста и дополнительном диоде.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Нечаев И. Эквивалент нагрузки. — Радио, 2007, № 3, с. 34.
2. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2005, № 1, с. 35.
3. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2002, № 2, с. 40, 41.

Автор: И. Нечаев, г. Москва

C этой схемой также часто просматривают:

Стабилизированный источник питания 1-40В 0..2А
Устройство для автоматической подзарядки аккумуляторов в системе аварийного питания
Блок питания на 3В
Лабораторный блок питания 1,3-30v 0-5A
Лабораторный блок питания 0...30 В 3А
Компрессор аудиосигнала для микрофонного усилителя
Светильник на SMD светодиодах своими руками
Схема цифрового диктофона
Имитатор звука мотора и гудка автомашины