Что такое электронная нагрузка: общая информация, для чего они используются и какие бывают. Ремонт БП

Для начала давайте разберем схему. Я не претендую на оригинальность, так как подсмотрел составные элементы и адаптировал под то, что имелось у меня из деталей.

Цепь защиты составлена из плавкого предохранителя FU1 и диода VD1 (возможно она лишняя). Нагрузка выполнена на четырех 818 транзисторах VT1…VT4. У них приемлемые характеристики по току и рассеиваемой мощности, а также они не дороги и не являются дефицитом. Управление VT5 на 815 транзисторе, а стабилизация на операционном усилителе LM358. Амперметр, показывающих ток, проходящий через нагрузку, я установил отдельно. Т.к. если амперметром заменить резисторы R3 R4 (как в схеме по ссылке выше), то, на мой взгляд, будет теряться часть тока, который потечет через VT5 и показания будут занижены. А судя по тому, как нагревается 815, ток через него протекает приличный. Я даже подумываю, что между эмиттером VT5 и землей надобно поставить еще одно сопротивление Ом так в 50…200.

Отдельно надо рассказать о цепи R10…R13. Так как регулировка происходит не линейно, необходимо брать одно переменное сопротивление в 200…220 кОм с логарифмической шкалой, либо ставить два переменных резистора, которые обеспечивают плавное регулирование во всем диапазоне. При чем R10 (200кОм) регулирует ток от 0 до 2.5А, а R11 (10 кОм) при выкрученном в ноль R10 регулирует ток от 2.5 до 8 А. Верхний предел тока устанавливается резистором R13. При настройке будьте осторожны, если напряжение питания случайно попадет на третью ногу операционного усилителя, 815 открывается полностью, что с большой вероятностью приведет к выходу из строя всех 818 транзисторов.

Теперь немного о блоки питания для нагрузки.

Нет, это не извращение. Просто у меня под рукой не нашлось малогабаритного трансформатора на 12 вольт. Пришлось делать умножитель и повышать напряжение с 6-ти вольт до 12-ти для вентилятора и ставить стабилизатор для питания самой нагрузки и сигнализации.

Да, в это устройство я вставил простенькую сигнализацию по температуре. Схему я подсмотрел . Когда радиатор нагревается выше 90 градусов, включается красный светодиод и пищалка с интегрированным генератором, которая издает очень неприятный звук. Это указывает на то, что пора снижать ток в нагрузке, а то можно лишиться устройства из-за его перегрева.

Казалось бы, при таких мощных транзисторах, которые выдерживают до 80 вольт и 10 А суммарная мощность должна быть не менее 3 кВт. Но, так как мы делаем «кипятильник» и вся мощность источника уходит в тепло, то ограничение накладывается показателем рассеиваемой мощности транзисторов. По даташиту она всего лишь 60 Вт на один транзистор, а с учетом того, что теплопроводность между транзистором и радиатором не идеальна, то фактическая рассеиваемая мощность и того меньше. И поэтому чтобы хоть как-то улучшить теплоотвод я прикрутил транзисторы VT1…VT4 непосредственно к радиатору без прокладок на теплопроводную пасту. При этом мне пришлось организовать специальные накладки на радиатор, чтобы он не замыкал на корпус.

К сожалению, у меня не было возможности протестировать работу устройства во всем диапазоне напряжений, но при 22V 5A нагрузка работает, стабильно не перегреваясь. Но как всегда в бочке меда есть и ложка дегтя. Из-за недостаточной площади радиатора взятого мной, при нагрузке более 130 ватт, через какое-то время (3…5 минут) транзисторы начинают перегреваться. На что указывает сигнализация. Отсюда вывод. Если будете делать нагрузку, берите радиатор как можно большей площади и обеспечите ему надежное принудительное охлаждение.

Также ложкой дегтя можно считать небольшой дрейф в сторону уменьшения тока нагрузки на 100…200 мА. Думаю этот дрейф происходит из-за нагрева резисторов R3, R4. Так, что если есть возможность найти резисторы на 0,15 Ом на 20 Вт или больше, то лучше использовать их.

В целом схема, насколько я понял, не критична к замене деталей. Четыре 818транзистора можно заменить двумя кт896а , кт815г можно, а возможно и нужно, заменить на кт817г. Операционный усилитель думаю тоже можно взять другой.

Хочу особо подчеркнуть, что обязательно при наладке ставьте резистор R13 не менее 10 кОм, потом по мере понимания какой ток вам нужен, уменьшайте это сопротивление. Печатную плату не выкладываю, потому, что монтаж основной части нагрузки сделан навесным.

Дополнение.

Как оказалось, нагрузкой мне приходится пользоваться регулярно и в процессе ее использования пришло понимание того, что по мимо амперметра также нужен вольтметр чтобы контролировать напряжения источника. На Али мне попался небольшой приборчик, который совмещает в себе вольтметр и амперметр. Приборчик 100 V / 10 А мне обошёлся в 150 рублей с пересылкой. Как по мне это копейки т.к. полтарашка пива стоит примерно столько же. Недолго думая я заказал два.

Когда я начал пробовать ремонтировать компьютерные блоки питания у меня возникла одна проблемка. Дело в том, что не очень удобно постоянно подключать БП к компьютеру (просто масса неудобств), а также не безопасно (так как неправильно или не до конца отремонтированный блок может вывести из строя материнскую плату или другую периферию).
Немного поискав по интернету схемы, нашел немного схемотехнических решений этой проблемы. Были и на микроконтроллере, на транзисторах-резисторах с печатной платой (что в будущем думаю сделать и себе), и на нихромовых спиралях. Так как ближайший радиомагазин от меня 150км то я решил собирать нагрузку из того что завалялось в гараже и нихромовой спирали, которая продается к электрическим плитам почти в любом електромагазине.

Корпус я выбрал от того же БП, основные соединения паял, а некоторые брал на зажимные колодки, сделал светодиодную индикацию каналов: +12, +5, +3,3, +5VSB, PG. Нет пока нагрузки на каналы -5, -12. Поставил включатель от БП который соединяет PS_ON и GND. Вывел на заднюю панель провода от всех номиналов питания, для проверки напряжения тестером. Разъем выпаян от материнской платы, а также остался вентилятор для обдува спиралей и резисторов. На нагрузку +12В были использованы два резистора от старых телевизоров 5,1Ом.

Несколько слов о том, как измерить спираль. Берем тестер и мерим все сопротивление, дальше мерим длину всей спирали. Зная длину спирали до миллиметра, делим сопротивление в Ом на миллиметры и узнаем, сколько Ом на 1мм. Дальше вычисляем длину отрезка спирали.
Пример.

Смотрим схему (она очень простая и легкая для повторения):

А теперь несколько фото завершенного прибора.

Регулируемая по мощности нагрузка является частью испытательного оборудования, необходимого при налаживании различных электронных проектов. Например, при построении лабораторного источника питания, оно может "симулировать" подключенный потребитель тока, чтобы увидеть, насколько хорошо ваша схема работает не только на холостом ходу, но и на нагрузку. Добавление силовых резисторов для выхода можно делать только в крайнем случае, но не у каждого они есть да и долго их не продержать - сильно греются. В этой статье будет показано, как можно построить блок регулируемой электронной нагрузки с помощью недорогих компонентов, доступных для радиолюбителей.

Схема электронной нагрузки на транзисторах

В этой конструкции максимальный ток должен быть примерно 7 ампер и он ограничен 5W резистором, который был использован, и относительно слабым полевым транзистором. Ещё большие нагрузочные токи могут быть достигнуты с помощью резистора на 10 или 20 Вт. Входное напряжение, не должно превышать 60 вольт (максимум на эти полевые транзисторы). Основой служит ОУ LM324 и 4 полевых транзистора.

Два "запасных" операционных усилителя микросхемы LM324 используются для защиты и управления вентилятором охлаждения. U2C образует простой компаратор между напряжением, установленным термистором и делителем напряжения R5, R6. Гистерезис контролируется положительной обратной связью, полученной R4. Термистор помещается в непосредственный контакт с транзисторами на радиаторах и его сопротивление уменьшается с ростом температуры. Когда температура превышает установленный порог, выход U2C будет высокий. Вы можете заменить R5 и R6 с регулируемым переменником и вручную подбирать порог срабатывания. При настройке убедитесь, что защита срабатывает, когда температура транзисторов MOSFET чуть ниже предельно-допустимой, указанной в даташите. Светодиод D2 сигнализирует, когда активируется функция защиты от перегрузки - он установлен на передней панели.

В элементе U2B операционного усилителя также есть гистерезис компаратора напряжений и используется он для управления вентилятором 12 В (можно использовать от старых PC). Диод 1N4001 защищает MOSFET BS170 от индуктивный бросков напряжения. Нижний температурный порог для активации вентилятора, контролируется резистором RV2.

Сборка устройства

Была использована для корпуса старая алюминиевая коробка от коммутатора с большим количеством внутреннего пространства для компонентов. В электронной нагрузке использовал старые AC/DC адаптеры для питания 12 В для главной цепи и 9 В для приборной панели - она имеет цифровой амперметр, чтоб сразу видеть ток потребления. Мощность вы уже рассчитаете и сами по известной формуле.

Вот фотография тестовой установки. Лабораторный блок питания настроен на 5 В. Нагрузку показывает 0.49A. Так же подключен мультиметр на нагрузке, так что ток нагрузки и напряжение контролируются одновременно. Вы сами можете убедится в чёткой работе всего модуля.

При тестировании мощных блоков питания используется электронная нагрузка, например, для принудительной установки заданного тока. На практике часто применяются лампы накаливания (что является плохим решением из-за низкого сопротивления холодной нити) или резисторы. На сайтах интернет-магазинов доступен для покупки модуль электронной нагрузки (по цене около 600 рублей).

Такой модуль имеет следующие параметры: максимальная мощность 70 Вт, длительная мощность 50 Вт, максимальный ток 10 А, максимальное напряжение 100 В. На плате имеется измерительный резистор (в виде изогнутого провода), транзистор IRFP250N, TL431, LM258, LM393. Чтобы запустить модуль искусственной нагрузки необходимо закрепить транзистор на радиаторе (лучше оснастить вентилятором), включить потенциометр, обеспечивающий регулировку тока и подключить источник питания 12 В. Вот упрощенная структурная схема:

Разъем V- V+ используется для подключения проводов, соединяющих испытуемое устройство, последовательно с этой цепи стоит включить амперметр для контроля заданного тока.

Питание подводится на разъем J3, само устройство потребляет ток 10 мА (не считая потребления тока вентилятора). Потенциометр подключаем к разъему J4 (PA).

Вентилятор на 12 В можно подключить к разъему J1 (FAN), на этом разъеме присутствует напряжение питания с разъема J3.

На разъеме J2 (VA) есть напряжение на клеммах V- V+, можем подключить здесь вольтметр и проверить, что за напряжение на выходе нагрузки источника питания.

При токе 10 А, ограничение непрерывной мощности до 50 Вт приводит к тому, что напряжение на входе не должно превышать 5 В, для мощности 75 Вт, напряжение 7.5 В соответственно.

После тестирования с блоком питания в качестве источника напряжения подключили аккумулятор с напряжением 12 В, чтобы не превышать 50 Вт — ток не должен быть больше 4 A, для мощности 75 Вт — 6 A.

Уровень колебаний напряжения на входе модуля является вполне приемлемым (согласно осциллограммы).

Схема принципиальная эл. нагрузки

Это не 100% точная схема, но вполне похожая и неоднократно собранная людьми. Есть и рисунок печатной платы.

Принцип действия

Транзистор — МОП-транзистор с каналом N-типа, с большим током Id и мощностью Pd и меньшим сопротивлением RDSON. От его параметров будут зависеть предельные токи и напряжения работы блока искусственной нагрузки.

Был использован транзистор NTY100N10, его корпус to-264 обеспечивает хорошее тепловыделение, а его максимальная мощность рассеивания 200 Вт (зависит от радиатора, на котором его разместим).

Вентилятор также необходим, для его управления применен термистор RT1 — при температуре 40 oC он отключает питание и опять включает когда температура радиатора превышает 70 oC. При нагрузке 20 А, резистор должен иметь мощность 40 Вт и быть хорошо охлажден.

Для измерения тока использован амперметр на популярной микросхеме ICL7106. Схема не требует настройки, после правильной сборки работает сразу. Нужно только подобрать R02 чтобы минимальный ток составлял 100 мА, также можно выбрать значение R01 чтобы максимальный ток не превышал 20 А.

Эта простая схема электронной нагрузки может быть использована для тестирования различных видов блоков питания. Система ведет себя как резистивная нагрузка с возможностью регулирования.

С помощью потенциометра мы можем зафиксировать любую нагрузку от 10мА до 20А, и такое значение будет поддерживаться независимо от падения напряжения. Величина тока непрерывно отображается на встроенном амперметре — поэтому нет необходимости для этой цели использовать сторонний мультиметр.

Схема регулируемой электронной нагрузки

Схема настолько проста, что практически любой желающий может собрать ее, и думаю, она будет незаменима в мастерской каждого радиолюбителя.

Операционный усилитель LM358 делает так, чтобы падение напряжения на R5 было равно значению напряжения заданного с помощью потенциометров R1 и R2. R2 предназначен для грубой подстройки, а R1 для точной.

Резистор R5 и транзистор VT3 (при необходимости и VT4) необходимо подобрать соответствующими максимальной мощности, которой мы хотим нагрузить наш блок питания.

Подбор транзистора

В принципе подойдет любой N-канальный MOSFET транзистор. От его характеристики будет зависеть рабочее напряжение нашей электронной нагрузки. Параметры, которые должны заинтересовать нас — большой I k (ток коллектора) и P tot (рассеиваемая мощность). Ток коллектора — это максимальный ток, который может пустить через себя транзистор, а рассеиваемая мощность — это мощность, которую транзистор может отвести в виде тепла.

В нашем случае транзистор IRF3205 теоретически выдерживает ток до 110А, однако его максимальная мощность рассеивания около 200 Вт. Как нетрудно подсчитать, максимальный ток 20А мы можем задать при напряжении до 10В.

Для того чтобы улучшить эти параметры, в данном случае используем два транзистора, что позволит рассеивать 400 Вт. Плюс ко всему нам будет нужен мощный радиатор с принудительным охлаждением, если мы действительно собираемся выжать максимум.