Küçük Yük - Sabit Akım Yükü: 4 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Kendime bir tezgah PSU'su geliştiriyordum ve sonunda nasıl performans gösterdiğini görmek için ona bir yük uygulamak istediğim noktaya ulaştım. Dave Jones'un mükemmel videosunu izledikten ve diğer birkaç internet kaynağına baktıktan sonra Tiny Load ile karşılaştım. Bu, yaklaşık 10 amper kaldırabilmesi gereken ayarlanabilir bir sabit akım yüküdür. Voltaj ve akım, çıkış transistörünün değerleri ve soğutucunun boyutu ile sınırlıdır.

Söylemek gerekir ki, gerçekten akıllı tasarımlar var! Tiny Load gerçekten basit ve basittir, Dave'in tasarımında küçük bir değişiklik, ancak yine de bir psu'yu test etmek için gereken gücü, kaldırabileceğinden daha fazla meyve suyu almadığı sürece dağıtacaktır.

Tiny Load'a bağlı bir akım ölçer yoktur, ancak harici bir ampermetre bağlayabilir veya geri besleme direncindeki voltajı izleyebilirsiniz.

Tasarımı oluşturduktan sonra biraz değiştirdim, bu nedenle burada sunulan sürümde açık olduğunu söyleyen bir LED ve anahtar için daha iyi bir pcb modeli var.

Şematik ve PCB düzeni burada PDF dosyaları ve ayrıca JPEG görüntüleri olarak sunulmaktadır.

Adım 1: Çalışma Prensibi

Elektronik prensipler konusunda bilgili olmayanlar için devrenin nasıl çalıştığına dair bir açıklama burada. Bütün bunlar sizin için iyi biliniyorsa, atlamaktan çekinmeyin!

Tiny Load'un kalbi, yükte akan akımı sizin belirlediğiniz bir değerle karşılaştıran bir LM358 ikili op-amp'dir. Op-amp'ler akımı doğrudan algılayamazlar, bu nedenle akım, akım algılama direnci olarak bilinen direnç R3 tarafından op-amp'in algılayabileceği bir voltaja dönüştürülür. R3'te akan her amper için 0,1 volt üretilir. Bu, Ohm yasası, V=I*R ile gösterilir. R3 gerçekten düşük bir değer olduğu için 0,1 ohm'da aşırı ısınmaz (kaybettiği güç I²R tarafından verilir).

Ayarladığınız değer, referans voltajın bir kısmıdır - yine, op-amp akımı algılayamadığı için voltaj kullanılır. Referans voltajı, seri olarak 2 diyot tarafından üretilir. Her diyot, içinden bir akım geçtiğinde 0,65 volt bölgesinde bir voltaj geliştirecektir. Genellikle bu değerin her iki tarafında 0,1 volta kadar olan bu voltaj, silikon p-n bağlantılarının doğal bir özelliğidir. Yani referans voltajı 1,3 volt civarındadır. Bu hassas bir alet olmadığı için burada büyük bir kesinliğe gerek yoktur. Diyotlar akımlarını bir direnç üzerinden alırlar. aküye bağlı. Yükü maksimum 10 amper ayarlamak için referans voltajı biraz yüksektir, bu nedenle çıkış voltajını ayarlayan potansiyometre, voltajı biraz düşüren 3k'lık bir dirençle seri olarak bağlanır.

Referans ve akım algılama direnci birbirine bağlı olduğundan ve op-amp'in sıfır volt bağlantısına bağlı olduğundan, op-amp iki değer arasındaki farkı algılayabilir ve çıkışını, fark sıfıra yakın olacak şekilde ayarlayabilir. Burada kullanılan temel kural, bir op-amp'in çıkışını her zaman iki girişi aynı voltajda olacak şekilde ayarlamaya çalışmasıdır.

Op-amp kaynağına giren herhangi bir gürültüden kurtulmak için aküye bağlı bir elektrolitik kapasitör vardır. Ürettikleri gürültüyü azaltmak için diyotlara bağlı başka bir kapasitör var.

Minik Yükün iş tarafı bir MOSFET (Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkili Transistör) tarafından oluşturulur. Bunu seçtim çünkü çöp kutumdaydı ve bu amaç için yeterli voltaj ve akım değerlerine sahipti, ancak yeni bir tane alıyorsanız bulabileceğiniz çok daha uygun cihazlar var.

Mosfet, test etmek istediğiniz kaynağın + tarafına tahliyenin bağlı olduğu, kaynağın R3'e bağlı olduğu ve bunun aracılığıyla test etmek istediğiniz kaynağın - ucuna bağlı olduğu ve kapının bağlı olduğu değişken bir direnç gibi davranır. op-amp çıkışına. Kapıda voltaj olmadığında mosfet, dreni ile kaynağı arasında açık devre gibi davranır, ancak belirli bir değerin ("eşik" voltajı) üzerine voltaj uygulandığında iletmeye başlar. Geçit voltajını yeterince yükseltin ve direnci çok düşük olacaktır.

Böylece op-amp, kapı voltajını, R3'ten akan akımın, potansiyometreyi çevirerek ayarladığınız referans voltajının kesrine neredeyse eşit bir voltajın gelişmesine neden olduğu bir seviyede tutar.

Mosfet bir direnç gibi davrandığından, üzerinde voltaj ve içinden akan akım vardır, bu da gücü ısı şeklinde dağıtmasına neden olur. Bu ısı bir yere gitmeli, yoksa transistörü çok hızlı bir şekilde yok eder, bu nedenle bir soğutucuya cıvatalanır. Soğutucu boyutunu hesaplamanın matematiği basittir, ancak aynı zamanda biraz karanlık ve gizemlidir, ancak yarı iletken bağlantı noktasından dış havaya ısı akışını engelleyen çeşitli termal dirençlere ve kabul edilebilir sıcaklık artışına dayanır. Böylece, bağlantıdan transistör kasasına, kasadan soğutucuya ve soğutucudan havaya kadar termal dirence sahip olursunuz, bunları toplam termal direnç için bir araya getirin. Bu, °C/W cinsinden verilmiştir, dolayısıyla harcanan her watt için sıcaklık bu derece kadar artacaktır. Bunu ortam sıcaklığına ekleyin ve yarı iletken bağlantınızın çalışacağı sıcaklığı elde edin.

Adım 2: Parçalar ve Araçlar

Tiny Load'u çoğunlukla çöp kutusu parçalarını kullanarak yaptım, bu yüzden biraz keyfi!

PCB, ucuz olduğu için sahip olduğum SRBP'den (FR2) yapılmıştır. 1 oz bakır ile kaplanmıştır. Diyotlar ve kapasitörler ve mosfet eski kullanılmışlardır ve op-amp ucuz olduğu için bir süre önce aldığım 10'lu paketlerden biridir. Bunun için bir smd cihazı kullanmanın tek nedeni maliyettir - 10 smd cihazı bana 1 açık delikten sahip olacağı ile aynı maliyete mal olur.

• 2 x 1N4148 diyot. Daha fazla akım yükleyebilmek istiyorsanız daha fazlasını kullanın.
• MOSFET transistörü, bir BUK453 kullandım çünkü sahip olduğum şey buydu, ancak istediğinizi seçin, akım değeri 10A'nın üzerinde olduğu sürece, eşik voltajı yaklaşık 5v'nin altında ve Vds beklediğiniz maksimum değerden daha yüksek onu kullan, iyi olmalı. Anahtarlama yerine doğrusal uygulamalar için tasarlanmış birini seçmeye çalışın.
• 10k potansiyometre. Bu değeri seçtim çünkü sahip olduğum şey bu, eski bir TV'den söktüm. Aynı pim aralığına sahip olanlar yaygın olarak mevcuttur, ancak montaj pabuçlarından emin değilim. Bunun için pano düzenini değiştirmeniz gerekebilir.
• Potansiyometreye uyacak düğme
• 3k direnç. 3.3k de aynı şekilde çalışmalıdır. Gösterilen 2 diyot referansıyla daha fazla akım yükleyebilmek istiyorsanız daha düşük bir değer kullanın.
• LM358 op-amp. Gerçekten, herhangi bir tek tedarik, raydan raya tipi işi yapmalıdır.
• 22k direnç
• 1k direnç
• 100nF kapasitör. Bu gerçekten seramik olmalı, ancak bir film kullandım
• 100uF kapasitör. En az 10V olarak derecelendirilmesi gerekiyor
• 0.1 ohm direnç, minimum 10W derecelendirmesi. Benim kullandığım aşırı büyük, yine maliyet burada en büyük etkendi. Metal kasalı 25W 0.1 ohm direnç, daha uygun şekilde derecelendirilmiş tiplerden daha ucuzdu. Garip ama gerçek.
• Soğutucu - eski bir CPU soğutucusu iyi çalışır ve ihtiyacınız olduğunda fan takılı olacak şekilde tasarlanmış olması avantajına sahiptir.
• Termal soğutucu bileşimi. Seramik esaslı bileşiklerin metal esaslı olanlardan daha iyi çalıştığını öğrendim. Sahip olduğum Arctic Cooling MX4'ü kullandım. İyi çalışıyor, ucuz ve çok şey alıyorsunuz!
• Braket için küçük alüminyum parçası
• Küçük vidalar ve somunlar
• küçük slayt anahtarı

Adım 3: İnşaat

Küçük yükü çöp kutusundan veya çok ucuz parçalardan yaptım

Soğutucu, eski bir pentium dönemi CPU soğutucusudur. Termal direncin ne olduğunu bilmiyorum, ancak bu kılavuzun altındaki resimlere göre yaklaşık 1 veya 2°C/W olduğunu tahmin ediyorum: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc… deneyim şimdi bundan daha iyi olduğunu önerse de.

Soğutucunun ortasına bir delik açtım, vidaladım ve üzerine MX4 termal bileşik ile transistörü monte ettim ve montaj vidasını doğrudan dişli deliğe vidaladım. Delik açma imkanınız yoksa, biraz daha büyük delin ve bir somun kullanın.

Başlangıçta bunun yaklaşık 20W dağıtımla sınırlı olacağını düşündüm, ancak 75W veya daha yüksekte çalıştırdım, burada oldukça ısındı, ancak yine de kullanmak için çok sıcak değil. Bir soğutma fanı takılıyken bu daha da yüksek olacaktır.

Mevcut algılama direncini panoya cıvatalamaya gerçekten gerek yok, ancak onlara bir şey cıvatalayamazsanız cıvata deliklerine sahip olmanın anlamı nedir? Direnci panoya bağlamak için bazı elektrik işlerinden kalan küçük kalın tel parçaları kullandım.

Güç düğmesi, kullanılmayan bir oyuncaktan geldi. Bilgisayarımdaki delik aralıklarını yanlış anladım, ancak aynı türde minyatür SPDT anahtarınız varsa, burada verilen pcb düzenindeki boşluk sığmalıdır. açıldı, ancak bunun aptalca bir ihmal olduğunu fark ettim, bu yüzden ekledim.

Kalın paletler, kullanılan 1 oz bakır kaplı pano ile 10 amper için yeterince kalın değil, bu yüzden bir miktar bakır tel ile şişirilmiş. Rayların her biri, toprak düzlemi bol miktarda kütle eklediğinden, toprağa bağlanan kısa streç dışında, etrafına yerleştirilmiş ve aralıklarla tack-lehimlenmiş bir parça 0,5 mm bakır tel içerir. Eklenen kablonun mosfet ve direnç pinlerine doğru gittiğinden emin olun.

Pcb'yi toner aktarma yöntemini kullanarak yaptım. İnternette bununla ilgili çok miktarda literatür var, bu yüzden buna girmeyeceğim, ancak temel ilke, tasarımı parlak bir kağıda yazdırmak için bir lazer yazıcı kullanmanız, ardından tahtaya ütülemeniz ve ardından dağlamanızdır. o. Çin'den ucuz sarı toner transfer kağıdı ve 100°C'nin biraz altına ayarlanmış bir çamaşır ütüsü kullanıyorum. Toneri temizlemek için aseton kullanıyorum. Temizlenene kadar taze asetonlu bezlerle silmeye devam edin. Süreci anlatmak için bol bol fotoğraf çektim. Bu iş için çok daha iyi malzemeler var ama bütçemi biraz aşıyor! Genellikle transferlerime bir işaretleyici kalemle rötuş yapmam gerekir.

En sevdiğiniz yöntemi kullanarak delikleri delin, ardından bakır teli geniş raylara ekleyin. Yakından bakarsanız, sondajımı biraz berbat ettiğimi görebilirsiniz (çünkü biraz kusurlu olan deneysel bir sondaj makinesi kullandım. Düzgün çalıştığında, üzerinde bir Eğitilebilir Tablo yapacağım söz veriyorum!)

İlk önce op-amp'i monte edin. Daha önce smd'lerle çalışmadıysanız gözünüz korkmasın, oldukça kolay. İlk olarak, tahtadaki pedlerden birini çok az miktarda lehimle kalaylayın. Çipi çok dikkatli bir şekilde konumlandırın ve ilgili pimi kalayladığınız pede yapıştırın. Tamam, şimdi çip hareket etmeyecek, diğer tüm pimleri lehimleyebilirsiniz. Biraz sıvı akınız varsa, bunun bir lekesini uygulamak işlemi kolaylaştırır.

Büyük olasılıkla diyotlar olan, önce en küçük olan bileşenlerin geri kalanını takın. Onları doğru yoldan aldığınızdan emin olun. İlk önce transistörü soğutucuya monte ederek işleri biraz geriye doğru yaptım, çünkü başlangıçta denedim.

Bir süre için pil, son derece iyi çalışan yapışkan pedler kullanılarak tahtaya monte edildi! Standart bir pp3 konektörü kullanılarak bağlandı, ancak kart, tüm pile takılan daha önemli bir tutucu tipini alacak şekilde tasarlanmıştır. Pil tutucuyu sabitlemekte bazı sorunlar yaşadım, çünkü yetersiz tedarik ettiğim ve sığacak somun olmadığı 2,5 mm vidalar gerekiyor. Klipsteki delikleri 3,2 mm'ye kadar açtım ve onları 5,5 mm'ye kadar havşaladım (gerçek havşa açma değil, sadece bir matkap ucu kullandım!), ancak daha büyük matkap ucunun plastiği çok keskin bir şekilde tuttuğunu ve deliklerden birinden geçtiğini gördüm. Tabii ki, bunu düzeltmek için yapışkan pedler kullanabilirsiniz, ki bu sonradan daha iyi olabilir.

Pil klipsi kablolarını yaklaşık bir inç tel olacak şekilde kesin, uçlarını kalaylayın, bunları tahtadaki deliklerden geçirin ve uçları tekrar tahtaya lehimleyin.

Gösterilen gibi metal kasalı bir direnç kullanıyorsanız, kalın uçlarla takın. Op-amp'i aşırı ısıtmaması için kart ile kart arasında bir çeşit ara parçası olması gerekir. Somun kullandım, ancak tahtaya yapıştırılmış metal manşonlar veya pul yığınları daha iyi olurdu.

Akü klipsini sabitleyen cıvatalardan biri de direnç pabuçlarından birinden geçer. Bunun kötü bir fikir olduğu ortaya çıktı.

Adım 4: Kullanıma Alma, Geliştirmeler, Bazı Düşünceler

Kullanım:Tiny Load, voltaj ne olursa olsun bir kaynaktan sabit bir akım çekmek için tasarlanmıştır, bu nedenle girişlerden birine seri olarak yerleştirmeniz gereken bir ampermetre dışında başka bir şey bağlamanıza gerek yoktur..

Düğmeyi sıfıra çevirin ve Tiny Load'u açın. Yaklaşık 50mA'ya kadar az miktarda akım akışı görmelisiniz.

Düğmeyi, test etmek istediğiniz akım akana kadar yavaşça ayarlayın, yapmanız gereken testleri yapın. Soğutucunun aşırı sıcak olmadığını kontrol edin - buradaki temel kural, parmaklarınızı yakıyorsa çok sıcak olmasıdır. Bu durumda üç seçeneğiniz var:

1. Besleme voltajını azaltın
2. Küçük Yükü Kapatın
3. Arada soğuması için bol zaman olacak şekilde kısa aralıklarla çalıştırın.
4. Soğutucuya bir fan takın

tamam tamam bu dört seçenek:)

Herhangi bir giriş koruması yoktur, bu nedenle girişlerin doğru şekilde bağlanmasına çok dikkat edin. Yanlış anlayın ve mosfet'in içsel diyotu mevcut tüm akımı iletecek ve muhtemelen süreçte mosfet'i yok edecektir.

Geliştirmeler: Tiny Load'un çektiği akımı ölçmek için kendi araçlarına sahip olması gerektiği hızla ortaya çıktı. Bunun üç yolu vardır.

1. En basit seçenek, pozitif veya negatif girişe seri olarak bir ampermetre takmaktır.
2. En doğru seçenek, gösterilen voltajın akımı göstermesi için o dirence kalibre edilmiş algılama direncine bir voltmetre bağlamaktır.
3. En ucuz seçenek, kontrol düğmesinin arkasına uyan bir kağıt terazi yapmak ve üzerinde kalibre edilmiş bir terazi işaretlemektir.

Potansiyel olarak ters korumanın olmaması büyük bir sorun olabilir. Mosfet'in içsel diyotu, Tiny Load'un açılıp açılmadığını iletecektir. Bunu çözmek için yine birkaç seçenek var:

1. En basit ve en ucuz yöntem, bir diyotu (veya bazı diyotları paralel olarak) girişe seri bağlamak olacaktır.
2. Daha pahalı bir seçenek, yerleşik bir ters korumaya sahip bir mosfet kullanmaktır. Tamam, bu aynı zamanda en basit yöntem.
3. En karmaşık seçenek, anti-serideki ikinci bir mosfet'i, yalnızca polarite doğruysa ileten birincisine bağlamaktır.

Bazen gerçekten ihtiyaç duyulanın, çok fazla güç harcayabilen ayarlanabilir bir direnç olduğunu fark ettim. Bunu yapmak için, büyük bir reosta satın almaktan çok daha ucuza bu devrenin bir modifikasyonunu kullanmak mümkündür. Bu yüzden dirençli moda geçebilecek Tiny Load MK2'ye dikkat edin!

Son düşünceler Tiny Load, daha bitmeden faydalı olduğunu kanıtladı ve çok iyi çalışıyor. Ancak, onu oluştururken bazı sorunlar yaşadım ve daha sonra bir sayaç ve "açık" göstergesinin değerli geliştirmeler olacağını fark ettim.