Не так давно я публиковал пару обзоров, где описывал
усилитель сигнала с датчика тока и маленький
блок питания.
Этот обзор является логическим продолжением мой эпопеи по конструированию самодельной электронной нагрузки. Я уже
описывал такое устройство, но данный вариант планировался еще до него и планировался мощнее, с электронным управлением и прочими фишками. Но сами «мозги» я опишу скорее всего уже в следующем месяце, а вот про силовую часть расскажу сегодня.
Мощность силового модуля я запланировал на уровне 200-300 Ватт, максимальное напряжение до 60 Вольт, ток до 15 Ампер.
В устройстве используется нестандартное напряжение питания управляющей электроники в 8 Вольт. Так же напряжение сигнала управление в 0-250мВ. Это не моя прихоть, это то, что может давать блок управления, потому модуль я подстраивал под него.
Изначально конструкция подразумевала один канал с максимальным током в 5 Ампер и шунтом с сопротивлением 50мОм. Но в описании устройства была возможность навесить еще пару таких же каналов и перекалибровать устройство под ток 15 Ампер.
Я решил пойти немного по другому пути. Для начала я задумал не три, а восемь каналов.
При этом я исходил из модульной конструкции, это упрощает построение и расчет.
Задумывалось 8 каналов, при этом получалось по 2 канала на плату, по 2 платы на радиатор и 2 радиатора на устройство.
Сначала приведу схему силовой части.
Номиналы многих деталей можно менять в широких пределах, так же можно применять разные полевые транзисторы.
У меня получалось что надо получить напряжение с шунта одного канала до 250мВ в полном диапазоне регулировки тока.
Значит выходило 15/8=1.875 Ампера на канал. Соответственно номинал шунта для получения 250мВ составляет 0.25/1.875=0.133(3) Ома. Лучше когда номинал шунта чуть чуть меньше, но не больше, иначе не хватит напряжения регулировки (макс 250мВ).
Я решил не заморачиваться с шунтами и просто купил сотню точных резисторов номиналом 1.33 Ома 1%. При монтаже я использовал 10 штук параллельно, 2х5шт.
По схеме страссировал печатную плату, правда потом выяснилось что площадки для подключения силовых проводов немного мелковаты, лучше их увеличить.
При трассировке я старался делать силовую часть максимально симметричной в месте подключения земляного проводника и измерительного шунта.
После изготовил печатные платы, я сразу сделал 4 штуки на одной заготовке, описание процесса
здесь.
Список примененных компонентов.
Резисторы:
1.33 Ома 1% — 80шт (1206)
22 Ома — 8шт (1206)
560 Ом — 4шт (0805)
6.2 КОм — 8шт (1206)
22 КОм — 8 шт (1206)
3 МОм — 8шт (0805)
Конденсатор 220мкФ х 16Вольт 105 градусов. Samwha RD.
Операционный усилитель LM358 — 4шт (SO-8)
Регулируемый стабилитрон TL431 — 4шт (SOT23)
Полевые транзисторы — IRFP250 — 8шт
Платы спаяны. Как я писал, резисторы шунта смонтированы в два слоя по 5 штук в слое.
С обратной стороны присутствует только электролитический конденсатор. Так как платы устанавливаются вблизи элементов с большим выделением тепла, то лучше применять конденсаторы рассчитанные на работу при температуре до 105 градусов.
Так как транзисторы при работе активно выделяют тепло (сама суть электронной нагрузки это переводить все в тепло), то я приготовил пару радиаторов. Эти радиаторы у меня уже мелькали в некоторых обзорах, например в
этом, теперь придется искать им замену.
С радиаторов были удалены транзисторы и почти раритетные микросхемы стабилизаторов.
После этого радиаторы были очищены при помощи ватки и спирта :)
В конце я немного укоротил их, это был один из самых сложных этапов. Радиаторы имели в высоту 88мм, а корпус имел высоту 84мм. Чтобы удобно было использовать вентиляторы размером 80мм я отрезал по 3мм с каждой стороны. Вот самое сложное и было отрезать эти 3мм в длину и постараться сделать это ровно :)
Длина радиаторов 100мм, высота ребра 25мм, тело 4.5мм, радиаторы черненые и имеют 9 ребер.
Разметил крепежные отверстия под вентиляторы, думаю из этого фото уже понятная планируемая конструкция силового модуля.
Разметил и нарезал кучу резьб. Я не стал разбираться где будет верх, где низ, а просто нарезал все симметрично, чтобы потом при сборке не задумываться об этом. Т.е. модуль можно ставить хоть вверх ногами, закрепиться получится в любом случае и крепежные отверстия будут на тех же местах. Для сверления и нарезания резьбы я давно пользуюсь небольшим шуруповертом, очень удобно.
Платы подготовлены к установке. На фото понятен принцип установки. Я долго думал, ставить платы параллельно или перпендикулярно к радиатору, но решил остановиться на параллельном варианте установки как на более компактном.
Радиаторы и все что будет устанавливаться на них, ну или почти все. планируются еще элементы термоконтроля и т.п…
Кстати насчет термоконтроля. Так как устройство выделяет много тепла, то в целях безопасности я установил на каждый радиатор по биметаллическому размыкателю. Температура уставки 90 градусов, ток контактов 10 Ампер, но так как один размыкатель обслуживает только половину общего тока, то думаю что при 7.5 Ампера они будут работать нормально.
Выводы у терморазмыкателей разные, к одному можно припаяться нормально, ко второму нет, для меня это было новостью. Но так получилось, что я случайно разместил их одинаково, потому одноименные контакты припаяны, для вторых я использовал клеммы, к которым уже припаивал провод. Будьте внимательны.
Первая примерка. Еще без термопасты, просто посмотреть как оно получается вместе.
При креплении транзисторов я использовал родные отверстия оставшиеся от предыдущих элементов. у меня получилось так, что каждый транзистор стоит примерно в центре своей четверти радиатора, при повторении лучше стремиться именно к такому расположению транзисторов.
Для соединения я взял кучку разных проводов. попались даже какие то аудиофилские, вроде как посеребренные, но при этом мне было удобно то, что они свиты из очень большой кучи тоненьких жилок и соответственно очень мягкие и имеют при этом сечение в 2.5мм.
Этот кабель я использовал для соединения земляной цепи.
При соединении я использовал принцип «звезда», т.е. все земляные провода сводятся в одну точку, расположенную так, чтобы сопротивление до каждой из плат было идентичным, это позволит равномерно распределить ток между модулями.
Модуль почти собран. Для разводки проводов я использовал отверстия оставшиеся от старых элементов.
В качестве нагнетающего вентилятора использован вентилятор фирмы Sunon
EE80251S1-A99, вентилятор подбирался исходя из небольшой цены и большой производительности.
Вытяжной вентилятор фирмы Thermaltake, S0801512M, был в наличии и используется потому, что требовалась небольшая толщина. Корпус очень маленький, потому с местом проблемы.
В работе планирую использовать питание до 15 Вольт, но проверял и при 20, работали нормально.
Соединение земляных проводников располагается между радиаторами. Это далеко не самое лучшее решение, как и размещение каких либо проводов там вообще. Но вариантов у меня не было, в обход пускать провода было слишком далеко. Снизу или сверху нереально вообще. Буду рад предложениям по улучшению конструкции.
Верхняя и нижняя щель между радиаторами будет конечно закрыта, опять же, еще не решил чем, думаю пока просто заклеить парой слове скотча.
Силовой модуль собран, спаян, осталось только проверить :)
На всякий случай (вдруг кто то решится повторить) более детальное фото.
Ну и как же без проверки :)
В эксперименте я настроил нагрузку на ток в 5 Ампер и подал 40 Вольт (на самом деле 41).
Рассеиваемая мощность составила 204 Ватта. Больше давать пока не стал так как в эксперименте работал всего один вентилятор (тот что виден на фото, кажется что он стоит), который был включен от 8 Вольт и не были закрыты щели между радиаторами.
Управляющее напряжение я подавал с переменного резистора.
Получилось по 25 Ватт на каждый из транзисторов. Кстати, пускай вас не вводит в заблуждение указанная в даташите максимальная рассеиваемая мощность транзисторов. В линейном режиме лучше стараться не превышать 25-30% от заявленной так как может начаться выход из строя ячеек кристалла транзистора (полевые транзисторы как бы набраны из большого количества мелких).
Я считаю что данный этап проекта закончился успешно, планирую в ближайшем времени продолжить или вернее полностью закончить данное устройство. Описание этого процесса будет в одном из обзоров следующего месяца.
В полном варианте она будет уметь больше, но к силовому модулю это уже отношения не имеет.
Надо и по работе и хобби, просто у меня работа и хобби это одно и то же :)
завидую по-хорошему
А вы платы не пробовали с Китая заказывать? По времени столько же, что и любую другую посылку, но зато заводские.
Да и иногда бывают даже с нашими косяки и недопонимания, особенно в расположении слоев.
Но вообще думаю в этом направлении.
А точнее — где заказывали? А то последний заказ на изготовление печатных плат в России мне обошелся в 10 000 руб. А всего-то две платы, двухсторонние, ничего космического, кроме цены.
Смотрю, цены не изменились. Может условия какие изменились…
Я серьёзно не понял эту фишку…
Насколько я понял из описания (на китайском языке) это необходимо для смещения, улучшает работу при околонулевых значениях установки тока.
Значение 1:1365 не критично, просто должно быть небольшое смещение, потом оно компенсируется при калибровке.
Т.е. само по себе значение не так важно, важна его стабильность от температуры и напряжения питания.
Это дополнительное смещение, обеспечивающее гарантированный нулевой выходной ток при нулевом задании даже при воздействии дестабилизирующих факторов
Мало того, каждая плата это два независимых канала.
Т.е. получается восемь параллельных ячеек.
Но лучше 2512. И контактные площадки под них побольше — тепло отводить. А мелочевку друг на друга паять — это неправильно. И так у них теплоотвод плохой, а так еще раза в полтора ухудшается.
Правда, недавно такую конструкцию видел. Не в два слоя, конечно, но штук 30 напаяно. Говорю, нафига такую печку в космос запускать? Типа, пофиг. В габариты и вес вписались, а надежности более чем. Даже если пара сдохнет — параметры сильно не уйдут.
Впрочем, там от плоскости тепло отводить легче — не герметичная конструкция.
Они в работе не греются.
Я искал 2512, но не нашел, если знаете где водятся, поделитесь ссылкой.
Vishay серии WSL, WSC, WSN.
Мда… Проще, действительно из мелочи набрать…
Уж очень неходовой номинал. 1,3 или 0,1 — легко.
Я использовал 8 потому, что на радиаторе равномернее размещались и мощность на ячейку меньше выходила, из-за этого и номинал такой.
8/6=1.333(3)
Т.е. можно собрать то же самое, только использовать три платы, но шунт тогда 0.1 Ома (можно 10шт по 1 Ом), будет работать так же.
Например поставить 1 радиатор и на нем разместить три платы.
2. Считается легче
3. 0.134 это больше чем 1.33(3), соответственно диапазон перестройки уменьшится, так как макс напряжение на выходе ЦАП 250мВ.
Можно конечно было подкорректировать делитель ЦАПа, чтобы увеличить выходное напряжение, но хотелось сделать с минимальными переделками.
Потому я стремился сделать не больше чем 1.33(3), а лучше даже меньше.
Как показывает практика получается не всегда так как хочется.
Всегда с интересом читаю Ваши обзоры.
Вопросов на тему: для чего нужен эквивалент нагрузки — не возникает.
Для начала проверьте магнитом, липнет ли (китайцы используют железо вместо меди в радиаторе кристалла)
Далее посмотрите оригинальный IRFP064N в таком-же корпусе. Он весь блестит- луженный, с обратной стороны ободок вокруг отверстия намного меньше. Шрифт другой.
Не вижу по вашей фотке есть ли какие индексы в нижнем кружочке вылитые в корпусе(ниже маркировки)
Если не жалко стукните сбоку транзистора по корпусу молотком, чтоб увидеть как выглядит кристалл и какого он размера :)
Фоткал на калькулятор :)
Кстати окно с маркировкой у вас шершавое, как после шлифовки. Мож только фото так неудачно передает
Насколько я помню, производитель не регламентирует это.
****
kirich. Извините, редактировал пост и нечайно стер. Но думаю ваши перемаркировка китайского изделия неясного производителя. Могут держать все параметры. Но не похожи они мне на IRF/VISHAY даже по виду
А на подделки я тоже нарывался и неоднократно.
Да, но не у всех. У того на котором смог легко прочитать написано 31.
Но мне больше было критично как они работают в реальности, с этим я проблем не обнаружил, по крайней мере пока. Когда соберу все окончательно, попробую на больших токах и мощностях.
Я не заявляю что это оригинал и в обзоре это не упоминал, допускаю что подделка, но тогда довольно качественная подделка.
У меня есть реальный пример, микросхема, с качественной лазерной маркировкой, в нормальном корпусе подделка, а другая с маркировкой краской — нормальная. причем первая не работает вообще, куплены в оффлайне. Это будет упомянуто в одном из моих ближайших обзоров.
Проверил, не липнут, абсолютно.
Что старые IRFP460, что эти IRFP250.
Сейчас вообще бывает тяжело найти оригинал, я скорее верю тому, как оно потом будет работать.
Они знают все продакшн коды и как он выглядить внешне (нижняя строка маркировки)
www.irf.com/package/marking/pm_to247ac.pdf
www.irf.com/package/outline/po_to247ac.pdf
Судя по нему ободок вокруг отверстия может быть разного диаметра, нормируется только максимальный размер 7,39мм
Добавил фотку покачественнее
ru.aliexpress.com/store/721141/search?SearchText=KSD301&origin=y
Если покупать много, то выгоднее в Китае, если пару штук, проще в оффлайне.
И большой минус себе.
Еще когда с месяц назад был мини-обзорчик электронной нагрузки, я вроде писал, что детали лежат на столе под сабж уже пару месяцев.
Что за месяц изменилось?
Ну, детали лежат на столе на месяц больше…
А нагрузка мне таки нужна, может, эту повторю, хотя суть у них у всех одинаковая…
Одно только не совсем понял: сопротивление открытого канала измерялось чисто с целью проверки соответствия значения заявленному?
Потому как особой роли в данной схеме, где транзисторы полностью не открыты никогда, это вроде и роли особой не играет?
в простом варианте с переменным резистором одинаковая, но к этой потом будут «мозги», там не только можно ток регулировать.
Да.
Можно сказать что не влияет.
Может влиять если надо нагрузить совсем низковольтный источник, но это уже экстрим. Врядли кто то будет нагружать БП с напряжением в пол вольта.
А вот нагрузить 0.85-1.1 Вольта думаю вполне реально будет.
1. еще вопрос по шунту, при сопротивлении перехода менее сопротивления шунта шунт будет греться в первую очередь?
2. Так как шунт нужен для формирования напряжения падения на себе и как следствие переводе силы тока в напряжение 250мв, в случае если надо тестировать низковольтные источники можно и не получить такое падение, и для его решения думаю можно использовать ACS712 скажем на 30А, сопротивление у него тоже несколько мОм, при 0 токе выдает 2.5 вольта, и линейно увеличивает Uвых712 -> 5В при Iцепи -> 30А так что выход можно нагрузить на делитель и также подать на инвертирующий вход ОУ (для тестирования 1-2.5 вольта с токами в 10-30А)?
2. Да, шунт будет греться сильнее перехода
3. Если высокая точность не нужна — можно использовать ACS712. При этом потребуется 2 ОУ. На первом — сумматор входного и образцового +2,5В (для сдвига уровня). Второй включается по схеме из этой темы.
Производитель заявляет
Total output error 1.5% at TA = 25°C
Что сопоставимо со средне взвешенной точностью делителя на двух 1% сопротивлениях.
к стати встает вопрос переходных процессов на полевом транзисторе при подключении отключении проверяемого БП или АКБ
Как пишет автор данного схемного решения нагрузки — первый ОУ предназначен для автоматического включения-отключения регулятора при появлении-исчезновении напряжения на стоке.
без этой примочки при установленном значении когда будет максимальное напряжение на затворе, и при подключении проверяемого источника полностью открытый мосфет создаст кз, ведь можно в какойто момент запарится и не выкрутить ручку потенциометра в 0 перед подключением проверяемого источника.
Думаю что ACS712 будет иметь худшую линейность.
Но тут вопрос в другом, данный силовой модуль делался под вполне конкретный блок управления, и прикрутить к нему ACS712 будет сложнее, чем использовать шунт с которым эта электроника изначально рассчитывалась.
КЗ не будет, будет максимальный ток, в данном случае это 15 Ампер.
Но тут переменного резистора не будет.
По крайней мере в данном случае, вернее в том варианте, в котором будет собрано это устройство :)
Но при 15 Амперах на шунте выделяется около 0.47 Ватта (на каждом), думаю 10 штук 1206 уж как нибудь справятся, при условии что они так же будут немного обдуваться.
А на внешние магнитные поля он реагирует слабо, магнитная система там замкнута и очень компактна.
Радиаторы стоят ребрами наружу, мало транзисторов (я в обзоре писал почему применил много).
Хотя этого автора знаю и уважаю :)
Ваши имеют полное название STGW60V60DF, даташит. 600 Вольт, 60 Ампер, падение 1.85 Вольта при 60 Ампер.
Это гибрид полевого и биполярного транзистора, управляется как полевой, но коммутирует как биполярный.
На Вашем месте я бы искал родные, они имеют довольно неплохие характеристики.
Если совсем проблема, могу поискать замену.
Хватает на все случаи жизни. При малых токах — хоть ПЭВ, хоть МЛТ малую добавляем… Для любых аккумуляторов (больших и малых) идеальный вариант.
Александр.
А вот 90 Ампер это круто.
Уже не помню, сколько я мечтаю о хорошей нагрузке, но мне, почему-то, хочется импульсную — чтобы покачать БП. Ну и статический режим, конечно же, полезен.
Буду делать вот такую.
вот, тоже интересный вариант. Исходники есть, так что, при желании, функционал можно нарастить.
200-300 Ватт нагрузка позволяет рассеивать длительно, часами, в корпусе.
Вот с мощностью в 350-400 проблема :(
350 только с открытым корпусом, 400 кратковременно (несколько минут)
Мне пока 300 Вт хватит, чтож, выходит схема типа труба эффективна. Буду строить нечто похожее. А в дальних планах хочу на 300 Вольт 5 Ампер сделать. Покупные нагрузки неоправданно дороги.
С одним 200 Ватт снять можно, но у меня вентилятор довольно мощный.
Она была бы еще более эффективна если бы радиаторы имели больше ребер.
Я в обзоре использовал радиаторы, рассчитанные под естественную конвекцию, под активку они не сильно эффективны.
Поэтому и не получилось сдуть приличную мощность. Радиаторы заказал такие www.chipdip.ru/product/hs-135-100 с тепловым сопротивлением 1,7дюйм*град/Вт. У них по краям полочки, вот ими и соединю, а с торца вентилятор 120 мм поставлю.
kirich, у меня большая просьба. Померьте пожалуйста падение напряжение на всех 8 шунтах.
Для этого желательно подать максимальный ток, выждать с полчаса для стационарного режима и пробежаться милливольтметром по всем шунтам раза три в одном порядке, чтобы уменьшить дрейф и случайную погрешность.
А я попробую запитать 4 транзистора немного по-другому и также сделаю замеры. Мне не очень нравиться, что ток идет по 8 шунтам, а измеряется только в одном. Мои вариант тоже имеет изъяны. Измерения помогут определиться с выбором.
Резисторы стоят 1%, кроме того все это калибруется, потому разница особого значения не имеет.
Они более живучие и стабильные
Например, FGH60N60SMD (60А 600V 300W) Брать не в Китае!
Я сам их частенько ставлю в силовую электронику и работают они замечательно.
Единственный минус — минимальное падение напряжения высоковато, но для нагрузок это обычно не проблема
Из вариантов были либо IGBT, либо банальные КТ827 :)
Их мы тоже используем (вынуждены). Лучше не связывайтесь — дорого и ненадёжно.
Хорошие IGBT у нас лежат по 170р.
Ещё нормальные HGTG30N60A4, но они дороже.
В планах повторить предыдущую нагрузку, но под мощность порядка 1 кВт. Напряжение скорее всего не более 100 Вольт, максимальный ток не меньше 50 Ампер, возможно и до 100.
У нас в оффлайне они около 3 долларов «с хвостиком», вполне терпимо. Заложить 8 или 12 штук.
Можно попробовать сделать без снаббера и посмотреть как оно будет.
Вот пример реализации.одной ячейки
Своего мнения не навязываю, просто есть некоторый опыт применения IGBT в силовых цепях.
Вопрос: могу ли я заменить обозреваемые транзисторы на IRFP064N в описанной нагрузке?
Поставить их конечно можно, но для нагрузки они подходят заметно хуже.
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.