Beban Kecil - Beban Arus Konstan: 4 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Saya telah mengembangkan sendiri PSU bangku, dan akhirnya mencapai titik di mana saya ingin menerapkan beban untuk melihat bagaimana kinerjanya. Setelah menonton video luar biasa Dave Jones dan melihat beberapa sumber internet lainnya, saya menemukan Tiny Load. Ini adalah beban arus konstan yang dapat disesuaikan, yang seharusnya mampu menangani sekitar 10 amp. Tegangan dan arus dibatasi oleh peringkat transistor keluaran dan ukuran heatsink.

Harus dikatakan, ada beberapa desain yang sangat pintar di luar sana! Tiny Load benar-benar mendasar dan sederhana, sedikit modifikasi dari desain Dave, tetapi itu masih akan menghilangkan daya yang dibutuhkan untuk menguji psu, asalkan tidak mendapatkan lebih banyak jus daripada yang dapat ditanganinya.

Tiny Load tidak memiliki pengukur arus yang terpasang, tetapi Anda dapat menghubungkan ammeter eksternal, atau memantau tegangan melintasi resistor umpan balik.

Saya mengubah desain sedikit setelah saya membuatnya, jadi versi yang disajikan di sini memiliki LED untuk memberi tahu Anda bahwa itu diaktifkan dan pola PCB yang lebih baik untuk sakelar.

Skema dan tata letak PCB disajikan di sini sebagai file PDF dan juga sebagai gambar JPEG.

Langkah 1: Prinsip Operasi

Bagi mereka yang tidak berpengalaman dalam prinsip-prinsip elektronik, berikut adalah penjelasan tentang cara kerja rangkaian. Jika semua ini sudah diketahui oleh Anda, jangan ragu untuk melompat ke depan!

Inti dari Tiny Load adalah op-amp ganda LM358, yang membandingkan arus yang mengalir dalam beban dengan nilai yang Anda tetapkan. Op-amp tidak dapat mendeteksi arus secara langsung, sehingga arus diubah menjadi tegangan, yang dapat dideteksi oleh Op-amp, oleh resistor, R3, yang dikenal sebagai resistor penginderaan arus. Untuk setiap amp yang mengalir di R3, dihasilkan 0,1 volt. Hal ini ditunjukkan oleh hukum Ohm, V=I*R. Karena R3 adalah nilai yang sangat rendah, pada 0,1 ohm, ia tidak menjadi terlalu panas (daya yang hilang diberikan oleh I²R).

Nilai yang Anda tetapkan adalah sebagian kecil dari tegangan referensi - sekali lagi, tegangan digunakan karena op-amp tidak dapat mendeteksi arus. Tegangan referensi dihasilkan oleh 2 dioda secara seri. Setiap dioda akan mengembangkan tegangan melintasinya di wilayah 0,65 volt, ketika arus mengalir melaluinya. Tegangan ini, yang biasanya mencapai 0,1 volt di kedua sisi nilai ini, merupakan sifat yang melekat pada sambungan p-n silikon. Jadi tegangan referensi sekitar 1,3 volt. Karena ini bukan instrumen presisi, akurasi tinggi tidak diperlukan di sini. Dioda mendapatkan arusnya melalui resistor. terhubung ke baterai. Tegangan referensi agak tinggi untuk mengatur beban hingga maksimum 10 amp, sehingga potensiometer yang mengatur tegangan output dihubungkan secara seri dengan resistor 3k yang menurunkan tegangan sedikit.

Karena referensi dan resistor penginderaan arus dihubungkan bersama, dan terhubung ke koneksi nol volt op-amp, op-amp dapat mendeteksi perbedaan antara dua nilai, dan menyesuaikan outputnya sehingga perbedaannya berkurang hingga mendekati nol. Aturan praktis yang digunakan di sini adalah bahwa sebuah op-amp akan selalu mencoba untuk menyesuaikan outputnya sehingga dua input berada pada tegangan yang sama.

Ada kapasitor elektrolitik yang terhubung di baterai untuk menghilangkan kebisingan yang masuk ke suplai op-amp. Ada kapasitor lain yang terhubung di dioda untuk meredam kebisingan yang mereka hasilkan.

Ujung bisnis Tiny Load dibentuk oleh MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Saya memilih yang ini karena ada di kotak sampah saya dan memiliki peringkat tegangan dan arus yang memadai untuk tujuan ini, namun jika Anda membeli yang baru, ada banyak perangkat yang lebih cocok untuk ditemukan.

MOSFET bertindak seperti resistor variabel, di mana saluran terhubung ke sisi + pasokan yang ingin Anda uji, sumber terhubung ke R3, dan melalui itu ke - kabel pasokan yang ingin Anda uji, dan gerbang terhubung ke output op-amp. Ketika tidak ada tegangan di gerbang, MOSFET bertindak seperti sirkuit terbuka antara saluran dan sumbernya, namun ketika tegangan diterapkan di atas nilai tertentu (tegangan "ambang"), ia mulai berjalan. Naikkan tegangan gerbang cukup dan resistansinya akan menjadi sangat rendah.

Jadi op-amp menjaga tegangan gerbang pada tingkat di mana arus yang mengalir melalui R3 menyebabkan tegangan berkembang yang hampir sama dengan fraksi tegangan referensi yang Anda atur dengan memutar potensiometer.

Karena MOSFET bertindak seperti resistor, ia memiliki tegangan dan arus yang mengalir melaluinya, yang menyebabkannya membuang daya, dalam bentuk panas. Panas ini harus pergi ke suatu tempat atau yang lain akan menghancurkan transistor dengan sangat cepat, jadi untuk alasan ini dibaut ke heatsink. Matematika untuk menghitung ukuran heatsink sangat mudah tetapi juga agak gelap dan misterius, tetapi didasarkan pada berbagai hambatan termal yang menghambat aliran panas melalui setiap bagian dari sambungan semikonduktor ke udara luar, dan peningkatan suhu yang dapat diterima. Jadi Anda memiliki resistansi termal dari sambungan ke casing transistor, dari casing ke heatsink, dan melalui heatsink ke udara, tambahkan ini bersama-sama untuk resistansi termal total. Ini diberikan dalam °C/W, jadi untuk setiap watt yang dihamburkan, suhu akan naik sejumlah derajat tersebut. Tambahkan ini ke suhu sekitar dan Anda mendapatkan suhu persimpangan semikonduktor Anda akan bekerja.

Langkah 2: Suku Cadang dan Alat

Saya membuat Tiny Load sebagian besar menggunakan bagian-bagian kotak sampah, jadi ini sedikit sewenang-wenang!

PCBnya terbuat dari SRBP (FR2) yang kebetulan saya punya karena murah. Itu dilapisi dengan tembaga 1oz. Dioda dan kapasitor dan MOSFET adalah yang bekas, dan op-amp adalah salah satu dari paket 10 yang saya dapatkan beberapa waktu lalu karena harganya murah. Biaya adalah satu-satunya alasan untuk menggunakan perangkat smd untuk ini - 10 perangkat smd harganya sama dengan 1 lubang yang dimiliki seseorang.

• 2x1N4148 dioda. Gunakan lebih banyak jika Anda ingin dapat memuat lebih banyak arus.
• Transistor MOSFET, saya menggunakan BUK453 karena itulah yang kebetulan saya miliki, tetapi pilih yang Anda suka, selama peringkat arus lebih dari 10A, tegangan ambang di bawah sekitar 5v dan Vds lebih tinggi dari maksimum yang Anda harapkan menggunakannya di, itu harus baik-baik saja. Cobalah untuk memilih satu yang dirancang untuk aplikasi linier daripada untuk beralih.
• potensiometer 10k. Saya memilih nilai ini karena itulah yang kebetulan saya miliki, yang merupakan nilai yang saya bongkar dari TV lama. Yang dengan jarak pin yang sama tersedia secara luas, tetapi saya tidak yakin tentang lug pemasangan. Anda mungkin harus mengubah tata letak papan untuk ini.
• Knob agar sesuai dengan potensiometer
• 3k resistor. 3.3k harus bekerja dengan baik. Gunakan nilai yang lebih rendah jika Anda ingin dapat memuat lebih banyak arus dengan referensi 2-dioda yang ditunjukkan.
• Op-amp LM358. Sungguh, setiap pasokan tunggal, jenis rel-ke-rel harus melakukan pekerjaan itu.
• resistor 22k
• resistor 1k
• kapasitor 100nF. Ini seharusnya benar-benar keramik, meskipun saya menggunakan yang film
• kapasitor 100uF. Perlu diberi peringkat setidaknya 10V
• Resistor 0,1 ohm, nilai minimum 10W. Yang saya gunakan terlalu besar, sekali lagi biaya adalah faktor yang luar biasa di sini. Resistor 25W 0,1 ohm berselubung logam lebih murah daripada jenis dengan nilai yang lebih tepat. Aneh tapi Nyata.
• Heatsink - heatsink CPU lama bekerja dengan baik, dan memiliki keuntungan bahwa ia dirancang untuk memiliki kipas yang terpasang jika Anda membutuhkannya.
• Senyawa heatsink termal. Saya belajar bahwa senyawa berbasis keramik bekerja lebih baik daripada senyawa berbasis logam. Saya menggunakan Arctic Cooling MX4 yang kebetulan saya miliki. Ini bekerja dengan baik, murah dan Anda mendapatkan banyak!
• Sepotong kecil aluminium untuk braket
• Sekrup dan mur kecil
• sakelar geser kecil

Langkah 3: Konstruksi

Saya membuat muatan kecil dari kotak sampah atau suku cadang yang sangat murah

Heatsink adalah heatsink CPU era pentium lama. Saya tidak tahu apa itu hambatan termal, tapi saya kira sekitar 1 atau 2°C/W berdasarkan gambar di bagian bawah panduan ini: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc… meskipun pengalaman sekarang menyarankan itu lebih baik dari ini.

Saya mengebor lubang di tengah heatsink, mengetuknya dan memasang transistor di atasnya dengan senyawa termal MX4 dan memasang sekrup pemasangan langsung ke lubang yang disadap. Jika Anda tidak memiliki alat untuk melubangi, cukup bor sedikit lebih besar dan gunakan mur.

Saya awalnya mengira ini akan terbatas pada disipasi sekitar 20W, namun saya telah menjalankannya pada 75W atau lebih tinggi, di mana ia menjadi cukup panas, tetapi masih tidak terlalu panas untuk digunakan. Dengan kipas pendingin terpasang ini akan lebih tinggi.

Sebenarnya tidak perlu memasang resistor indra saat ini ke papan, tetapi apa gunanya memiliki lubang baut jika Anda tidak dapat memasang sesuatu padanya? Saya menggunakan potongan kecil kawat tebal yang tersisa dari beberapa pekerjaan listrik, untuk menghubungkan resistor ke papan.

Saklar daya berasal dari mainan yang sudah mati. Saya mendapatkan jarak lubang yang salah pada pcb saya, tetapi jarak pada tata letak pcb yang diberikan di sini harus sesuai jika Anda memiliki jenis sakelar SPDT mini yang sama. Saya tidak menyertakan LED dalam desain aslinya, untuk menunjukkan bahwa Beban Kecil adalah diaktifkan, namun menyadari ini adalah kelalaian yang bodoh, jadi saya menambahkannya.

Trek tebal saat berdiri tidak cukup tebal untuk 10 amp dengan papan berlapis tembaga 1oz yang digunakan, jadi ditumpuk dengan beberapa kawat tembaga. Setiap trek memiliki sepotong kawat tembaga 0,5 mm yang diletakkan di sekelilingnya dan disolder dengan paku pada interval, kecuali untuk bentangan pendek yang terhubung ke tanah, karena bidang tanah menambahkan banyak curah. Pastikan kabel yang ditambahkan tepat ke pin mosfet dan resistor.

Saya membuat pcb menggunakan metode transfer toner. Ada banyak sekali literatur di internet tentang ini jadi saya tidak akan membahasnya, tetapi prinsip dasarnya adalah Anda menggunakan printer laser untuk mencetak desain pada kertas mengkilap, lalu menyetrikanya ke papan tulis, lalu mengetsa dia. Saya menggunakan kertas transfer toner kuning murah dari China, dan setrika pakaian yang disetel sedikit di bawah 100 °C. Saya menggunakan aseton untuk membersihkan toner. Terus bersihkan dengan lap dengan aseton segar sampai bersih. Saya mengambil banyak foto untuk mengilustrasikan prosesnya. Ada banyak bahan yang lebih baik yang tersedia untuk pekerjaan itu, tetapi sedikit di luar anggaran saya! Saya biasanya harus menyentuh transfer saya dengan spidol.

Bor lubang menggunakan metode favorit Anda, lalu tambahkan kawat tembaga ke jalur lebar. Jika Anda melihat lebih dekat, Anda dapat melihat saya mengacaukan pengeboran saya sedikit (karena saya menggunakan mesin bor eksperimental yang agak tidak sempurna. Ketika bekerja dengan benar, saya akan melakukan Instructable di atasnya saya berjanji!)

Pertama pasang op-amp. Jika Anda belum pernah bekerja dengan smd sebelumnya, jangan terintimidasi, itu cukup mudah. Pertama, timah salah satu bantalan di papan dengan jumlah solder yang sangat kecil. Tempatkan chip dengan sangat hati-hati dan tempelkan pin yang relevan ke bantalan yang Anda kaleng. Ok sekarang chip tidak akan bergerak, Anda bisa menyolder semua pin lainnya. Jika Anda memiliki sedikit fluks cair, mengoleskan ini akan membuat prosesnya lebih mudah.

Pasangkan komponen lainnya, yang terkecil terlebih dahulu, yang kemungkinan besar adalah dioda. Pastikan Anda mendapatkannya dengan cara yang benar. Saya melakukan hal-hal sedikit mundur dengan memasang transistor pada heatsink terlebih dahulu, karena saya menggunakannya pada awalnya bereksperimen.

Untuk sementara baterai dipasang ke papan menggunakan bantalan lengket, yang bekerja sangat baik! Itu terhubung menggunakan konektor pp3 standar, namun papan ini dirancang untuk mengambil jenis dudukan yang lebih besar yang dijepit di seluruh baterai. Saya memiliki beberapa masalah dalam memperbaiki dudukan baterai karena membutuhkan sekrup 2,5 mm, yang saya miliki dalam jumlah sedikit dan tidak ada mur yang pas. Saya mengebor lubang di klip menjadi 3,2 mm dan memotongnya menjadi 5,5 mm (bukan counterboring sungguhan, saya hanya menggunakan mata bor!), namun ternyata mata bor yang lebih besar menangkap plastik dengan sangat tajam dan menembus salah satu lubang.. Tentu saja Anda bisa menggunakan bantalan lengket untuk memperbaikinya, yang mungkin lebih baik.

Potong kabel klip baterai sehingga Anda memiliki sekitar satu inci kawat, timah ujungnya, masukkan melalui lubang di papan dan solder ujungnya kembali melalui papan.

Jika Anda menggunakan resistor berselubung logam seperti yang ditunjukkan, pasanglah dengan kabel tebal. Perlu memiliki semacam spacer antara itu dan papan sehingga tidak terlalu panas op-amp. Saya menggunakan mur, tetapi selongsong logam atau tumpukan mesin cuci yang direkatkan ke papan akan lebih baik.

Salah satu baut yang memperbaiki klip baterai juga melewati salah satu lug resistor. Ini ternyata menjadi ide yang buruk.

Langkah 4: Menerapkannya, Peningkatan, Beberapa Pemikiran

Penggunaan:Beban Kecil dirancang untuk menarik arus konstan dari suplai, tidak peduli berapa tegangannya, jadi Anda tidak perlu menghubungkan apa pun ke sana, kecuali ammeter, yang harus Anda tempatkan secara seri dengan salah satu input.

Putar kenop ke nol, dan nyalakan Tiny Load. Anda akan melihat sejumlah kecil aliran arus, hingga sekitar 50mA.

Sesuaikan kenop secara perlahan hingga arus yang ingin Anda uji mengalir, lakukan pengujian apa pun yang perlu Anda lakukan. Periksa heatsink tidak terlalu panas - aturan praktis di sini adalah jika jari Anda terbakar, itu terlalu panas. Anda memiliki tiga opsi dalam kasus ini:

1. Turunkan tegangan suplai
2. Kecilkan Beban Kecil
3. Jalankan untuk interval pendek dengan banyak waktu untuk mendinginkan di antaranya
4. Pasang kipas ke heatsink

OK oke itu empat pilihan:)

Tidak ada perlindungan input, jadi berhati-hatilah agar input terhubung dengan benar. Lakukan kesalahan dan dioda intrinsik MOSFET akan mengalirkan semua arus yang tersedia dan mungkin merusak MOSFET dalam prosesnya.

Penyempurnaan: Dengan cepat menjadi jelas bahwa Tiny Load perlu memiliki cara sendiri untuk mengukur arus yang ditariknya. Ada tiga cara untuk ini.

1. Pilihan paling sederhana adalah memasang amperemeter secara seri dengan input positif atau negatif.
2. Pilihan yang paling akurat adalah menghubungkan voltmeter melintasi resistor indera, dikalibrasi ke resistor itu sehingga tegangan yang ditunjukkan menunjukkan arus.
3. Pilihan termurah adalah membuat skala kertas yang pas di belakang kenop kontrol, dan menandai skala yang dikalibrasi di atasnya.

Berpotensi kurangnya perlindungan terbalik bisa menjadi masalah besar. Dioda intrinsik MOSFET akan bekerja apakah Beban Kecil diaktifkan atau tidak. Sekali lagi ada sejumlah opsi untuk menyelesaikan ini:

1. Metode paling sederhana dan termurah adalah menghubungkan dioda (atau beberapa dioda secara paralel) secara seri dengan input.
2. Pilihan yang lebih mahal adalah menggunakan mosfet yang memiliki perlindungan terbalik. OK jadi itu juga metode paling sederhana.
3. Opsi yang paling kompleks adalah menghubungkan MOSFET kedua di anti-seri dengan yang pertama, yang berjalan hanya jika polaritasnya benar.

Saya menyadari bahwa terkadang yang benar-benar dibutuhkan adalah resistansi yang dapat disesuaikan yang dapat menghabiskan banyak daya. Dimungkinkan untuk menggunakan modifikasi sirkuit ini untuk melakukan itu, jauh lebih murah daripada membeli rheostat besar. Jadi, perhatikan Tiny Load MK2 yang dapat dialihkan ke mode resistif!

Pikiran terakhirTiny Load telah membuktikan dirinya berguna bahkan sebelum selesai, dan bekerja dengan sangat baik. Namun saya memiliki beberapa masalah dalam membangunnya, dan menyadari setelah itu bahwa meteran dan indikator "on" akan menjadi perangkat tambahan yang berharga.