Схема активной нагрузки для испытаний блоков питания

Нагрузка предназначена для испытаний стабилизированных источников питания и преобразователей напряжения мощностью до 100 Вт, с выходным напряжением до 30 В и током нагрузки до 5 А. Этого достаточно для многих приложений радиолюбительской практики. Силовые параметры стенда определяются типом выбранного полевого транзистора. На основе предложенных схемных решений, используя транзисторы с другими параметрами, легко изготовить устройство для регулировки источников питания повышенной мощности или напряжения.

— уровень выходного напряжения;

— наличие стабилизации выходного напряжения в диапазоне рабочих токов (в режиме холостого хода, при номинальной нагрузке, при максимальной нагрузке);

— переходные процессы, возникающие при включении/отключении нагрузки;

— уровень тока ограничения (защита от перегрузки БП).

— вольтметр постоянного напряжения;

— амперметр постоянного тока;

— большой набор нагрузочных сопротивлений большой мощности;

— элементы коммутации нагрузочных сопротивлений, контрольных приборов, источника питания.

При простейших испытаниях, на рабочем столе присутствует большое количество деталей, проводов, приборов. Кроме неудобства в работе, все это обеспечивает большую вероятность замыкания проводников, что может привести к выходу источника питания, который подвергается испытанию. Предлагаемый стенд и предназначен для устранения этих проблем в работе.

— активная нагрузка мощностью 100 Вт с плавной регулировкой сопротивления;

— стрелочные индикаторы напряжения источника питания и тока, протекающего через нагрузку;

— кнопка имитации обрыва нагрузки (отключение нагрузки);

— тумблер управления источника питания (дистанционное включение/ выключение ТТЛ уровнем, током, замыканием контактов);

— дополнительные вспомогательные стабилизированные напряжения (+5 В, +12 В);

— вентилятор воздушного охлаждения;

— кабель для подключения стенда к испытуемому БП.

Предлагаемый стенд, имея простую схему и минимальное количество деталей, может оказаться одним из настольных приборов любого радио-мастера. Особенно это касается любителей силовой электроники средней мощности, разработчиков импульсных блоков питания и преобразователей напряжения постоянного тока.

Постоянное использование стенда многократно окупит средства на его изготовление. Он обеспечит комфортные условия работы, сбережет полезную площадь рабочего стола. Использование этого стенда на производстве источников питания позволит сэкономить рабочее время за счет значительного ускорения работ по регулировке и испытанию приборов.

Основным элементом схемы является активное регулируемое сопротивление, выполненное на транзисторе VT1. Транзистор IRFZ44 имеет следующие параметры:

1. — максимальное напряжение 60 В;
2. — максимальный ток 50А;
3. — максимальная мощность 150 Вт;
4. — температура корпуса не более +175°С.

Паспортные данные IRFZ44 определяют основные технические характеристики активной нагрузки. Проводимость транзистора регулируют переменным резистором R4. Напряжение на нагрузке контролируют стрелочным вольтметром, выполненном на основе микроамперметра РА1. Ток, протекающий по активной нагрузке, контролируется по падению напряжения на проволочном резисторе R7 с помощью микроамперметра РА2. Для оценочных измерений, которые используются в ежедневной практической деятельности радиомастера, точности показаний измерителей напряжения и тока вполне достаточно.

Для имитации обрыва нагрузки служит кнопочный выключатель S3. С помощью него на затвор полевого транзистора подается нулевой потенциал. Проводимость транзистора падает, что эквивалентно обрыву нагрузки. Этот режим удобно использовать для испытания источника питания на воздействие переходных процессов.

Внутренний источник питания стенда, выполненный по простейшей схеме, обеспечивает формирование стабилизированных напряжения +5 В и +12 В. Интегральные стабилизаторы DA1 и DA2 можно установить на общий радиатор площадью 20 см2.

Узел управления исследуемым источником питания выполнен на тумблере S1. Он используется при испытании устройств, которые имеют внешнее управление включения/ выключения. Например, некоторые блоки питания, имеющие оптронную развязку от управляющего устройства, могут включаться по сигналу токовой петли.

Другие устройства могут управляться с помощью подачи на вход управления ТТЛ-уровня. Компьютерными блоками питания с функцией АТХ можно управлять с помощью замыкания на землю контакта 14 разъема, идущего к материнской плате. Все эти способы управления и заложены в узле "Вкл.БП".

Устройство легко размещается в компактном пластмассовом корпусе. Эскиз передней панели стенда показан на рис. 2. Включатель сетевого питания с подсветкой "Вкл." предназначен для включения питания прибора.

Кнопка "Напр.ХХ" имитирует отключение нагрузки от источника питания. Тумблером "Вкл.БП" можно дистанционно управлять включением/ отключением источником питания, при наличии в нем такой функции.

Переменным резистором "Peг. тока" изменяют "активное" сопротивление нагрузки, тем самым устанавливая необходимый ток потребления от испытуемого источника питания. Уровень тока потребления контролируют по стрелочному индикатору "Ток, 5А". Уровень напряжения на выходе источника питания контролируют по стрелочному индикатору "Напряжение, 30В".

Вспомогательные напряжения с током потребления до 0,5 А снимают с гнезд "+5В" и "+12В". В качестве выходных разъемов удобно использовать гнезда типа "тюльпан". Эти выходы могут быть использованы для питания различных маломощных устройств.

Разъем "Нагрузка" предназначен для подключения к стенду исследуемого источника питания с помощью дополнительного кабеля. Одновременно в этот же разъем выведены сигналы управления БП.

Стенд обеспечивает постоянную индикацию напряжения и тока потребления от источника питания. Стрелочные индикаторы освобождают регулировщика от замера параметров внешними измерительными приборами. Зная величины тока и напряжения, можно оперативно оценить мощность исследуемого источника питания. Дополнительно, по стрелочному индикатору напряжения, удобно наблюдать переходные процессы при подключении нагрузки различной величины, при регулировке тока ограничения в цепи защиты БП.

Встроенный блок питания можно собрать на небольшой макетной плате. Проволочный резистор R7 необходимо установить на монтажные стойки ближе к выводам транзистора VT1. Остальные детали можно запаять навесным монтажом на элементах передней панели. Особое внимание при сборке стенда необходимо уделить теплоотводу силового элемента. Транзистор VT1 необходимо установить на внутреннюю сторону задней панели стенда, выполненной из дюралюминия, хорошо проводящего тепло. Дополнительно, на внешней стороне задней панели, необходимо установить внешний радиатор охлаждения.

Для уменьшения теплового сопротивления радиатор-транзистор, можно использовать теплопроводную пасту КПТ-8. Низковольтный вентилятор М1 предназначен для увеличения теплоотдачи радиатора. В идеальном случае, на заднюю панель стенда можно установить подходящих размеров кулер от ПК.

От качества теплосъема во многом зависит максимально допустимая мощность собранной активной нагрузки. Но если учесть, что все замеры параметров источников питания являются достаточно кратковременными, благодаря большой инерционности нагрева радиатора, активная нагрузка стенда легко выдерживает кратковременные перегрузки повышенной мощности.

Работа со стендом достаточно простая. При включении прибора необходимо установить регулятор в положение минимального тока нагрузки. Подключить исследуемый БП. Плавно изменяя проводимость VT1, контролируя напряжение на нагрузке, установить номинальный ток. Затем можно проводить дальнейшие испытания.

За счет использования полевого транзистора большей мощности, с большим напряжением, применяя параллельное соединение силовых элементов, можно значительно увеличить диапазон рабочих напряжений и максимальную выходную мощность. В этом случае потребуется увеличение габаритов радиаторов охлаждения, что приведет к изменению габаритов всей конструкции.

При прогреве активной нагрузки возможно незначительное изменение тока, что не мешает в практической деятельности радиолюбителя. Ток можно стабилизировать с помощью обратной связи на операционном усилителе, но такая доработка значительно усложняет конструкцию.

Для исследования переходных процессов, в качестве увеличения функциональности стенда, можно встроить генератор импульсов с рабочей частотой порядка одного герца. С помощью него можно имитировать регулярное включение/отключение нагрузки от БП. Синхронизировав осциллограф от генератора, можно по осциллограммам оценить качество стабилизации БП при переходных процессах в нагрузке.

Может появиться желание собрать многовходовую активную нагрузку, на различные рабочие напряжения и токи. Но практика показывает, что удобнее сделать самостоятельные стенды, собранные по единым схемотехническим принципам, для конкретных требований пользователя.

В предлагаемой схеме выбранные компоненты помещаются в достаточно миниатюрный корпус. Стенд занимает небольшое место на рабочем столе, заменяя своей функциональностью часть измерительных приборов.

Все компоненты, из которых собирается стенд, доступны любому радиолюбителю.

В качестве индикаторных головок удобно использовать микроамперметры типа М4248. Они имеют внутреннее сопротивление 3 кОм и полную шкалу отклонения стрелки при токе 100 мкА.

Линейные стабилизаторы можно заменить аналогичными отечественными. Трансформатор-любой маломощный, с напряжением на вторичной обмотке 12.. 15 В. Выбор остальных компонентов некритичен.