Самодельная резистивная USB нагрузка из мощных 25Вт резисторов

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о том, как сделать простую резистивную USB нагрузку для длительного тестирования емкости повербанков (ПБ), анализа качества кабелей и сетевых адаптеров. Это одна из нескольких возможных статей о самостоятельном изготовлении резистивной нагрузки (на балластных резисторах), при удачном раскладе возможно руки дойдут и до электронной нагрузки, с регулировкой и стабилизацией тока. Данная нагрузка служит уже достаточно давно и постоянно мелькает в моих обзорах, поэтому если заинтересовало, прошу под кат.

В последнее время, такая самоделка уже не очень актуальна, т.к. появились бюджетные электронные нагрузки, поэтому имеет смысл доплатить и купить готовую. Я же покупал еще по старому курсу, да и электронных нагрузок особо не было. Поэтому, если нужна именно резистивная, то приступим…

Возможные пути приобретения/изготовления резистивной нагрузки:
1) купить готовую плату-нагрузку с резисторами:

Плюсы:
+ готовое работающее устройство (минимум телодвижений)
+ не нужны штекеры и провода (минимум потерь)
+ переключатель на 1А/2А (индикация)
+ небольшие размеры
+ небольшая стоимость

Минусы:
— очень сильно нагревается (около 180°С при токе 1А и около 230°С при токе 2А) и начинает жутко вонять (судя по отзывам, сам такой не имею)
— не имеет корпуса, токоведущие/нагревающиеся части открыты (можно обжечься/прожечь что-нибудь, закоротить)
— сложно прикрепить радиатор

Так как изготовление хорошего нагрузочного модуля отнимает силы и время, то можно воспользоваться данной приблудой, но оставлять без присмотра не стоит

2) найти в закромах мощные резисторы (советские ПЭВ, ППБ и подобные), рассеиваемая им мощность для продолжительной работы должна быть не менее 10 Вт

Плюсы:
+ меньший, но все равно достаточно высокий нагрев
+ не нужно покупать/средняя стоимость (наличие дома/покупка в магазе)
+ регулировка сопротивления, т.е. можно плавно изменять ток в широких пределах (только некоторые резюки, либо небольшая доработка)

Минусы:
— нужно припаивать штекер и провода
— большие размеры
— невозможность крепления радиатора (на большинстве)
— нет переключателя (можно переделать, нужен второй резистор)
— не имеет корпуса, токоведущие/нагревающиеся части также открыты (можно обжечься/прожечь что-нибудь)

Я не имею таких резисторов в наличие, поэтому выбор за вами.

3) покупка резисторов 25-100 Вт в металлическом корпусе для отвода тепла и сборка своего модуля с кожухом

Плюсы:
+ средний нагрев (могут без опаски работать без доп. радиаторов)
+ средняя стоимость
+ возможность крепления дополнительного радиатора

Минусы:
— нужно припаивать штекер и провода
— большие размеры
— нет переключателя (можно переделать, нужен второй резистор)

При этом они могут работать и без дополнительного охлаждения, но при этом неплохо греются, в пределах нормы, конечно. Я включал 25W резюки на полную разрядку моего ПБ — выдержали, но сильно грелись. Я рекомендую купить 100W резисторы, тогда дополнительный радиатор может совсем не пригодиться.

Итак, если решили собрать самодельный стенд из похожих резисторов, то приступим. Необходимые компоненты:
1) два резистора 25-100W по 4,7 Ом каждый. Как на зло, цены поднялись и многих номиналов уже не стало в продаже. Но наебайке есть 25W, 100W. Ищем по «Power resistor».

2) выключатель, я покупал тут

3) разборный USB штекер «папа», к примеру тут или тут

4) небольшой кусок медного многожильного провода большого сечения, к примеру, акустический провод

5) небольшой алюминиевый радиатор (по желанию)
6) пластиковая коробка

Номиналы резисторов рассчитываются по знакомой всем формуле закона Ома — I=U/R или R=U/I, где R – сопротивление (Ом), I –ток (А) и U – напряжение (V). К примеру, нам нужен ток 2А, поэтому для нагрузки 5V адаптеров нам нужен резюк 2,5Ома, т.к. 5/2=2,5 Ом. Для 1А рассчитываем аналогично — 5/1=5 Ом. Так как большинство адаптеров/БП снижают напряжение под нагрузкой, то необходимо делать поправку на это и считать в среднем от 4,8V. Тогда на ток 2А нужен будет резюк R= U/I=4,8V/2А=2,4Ома, а для 1А — R= U/I=4,8V/1А=4,8Ома. Также нужно помнить, что соединительные провода, выключатель и USB штекер также имеют некоторое сопротивление. Напомню одну хитрость, что при последовательном соединении резисторов общее сопротивление складывается, а при параллельном – будет чуть меньше самого маленького резистора. Общее сопротивление нескольких резисторов можно посчитать здесь.
Чтобы не искать подходящие номиналы и не мудрить со схемой, я рекомендую сделать по моему варианту, правда с другими номиналами – 2 резистора по 4,7 Ом и небольшой выключатель. Для 1А будет задействован один резистор, для 2А – два в параллель. При этом, если мощность резистора или сопротивление не подходят, можете группировать несколько по указанным выше формулам.
В своем нагрузочном модуле я использовал 2 резистора: 5,1Ом и 6Ом, т.к. я их выиграл на аукционе наEbay’ки за копейки, на другие номиналы тогда аукционов не было. При соединении параллельно, я получаю 2,7Ома для тока в 2А (в действительности 1,75А), а для тока в 1А (0,95А)задействую 1 резюк на 5,1 Ом. Они чуток не подходят, идеальный вариант был бы при использовании двух резюков по 4,7Ома, но таких лотов на аукционе не было.

Непосредственная сборка:

До этого пользовался вот таким простеньким модулем, он годился даже для длительных нагрузок, хотя при длительной работе он сильно нагревался, но не вонял и не перегорал (доставать, правда, его не удобно, можно было обжечься). Как только приехал второй резюк на 6 Ом, начал собирать стенд.

Вот размеры типичных 25W резисторов в алюминиевом корпусе:

Обратная сторона неровная и покрыта лаком, к тому же проушины для крепления имеют заусенцы, поэтому резисторы могут неплотно прилегать к радиатору, я рекомендую пройтись нулевой наждачкой:

Сам радиатор я взял из старых запасов. Это распиленный пополам радиатор от бюджетных кулеров GlacialTech для процессоров на Socket A. В сервис центрах по ремонту компьютеров и бытовой техники за 50-100р вам отдадут целую пачку, на любой вкус и цвет. Можно использовать цельный радиатор, температура нагрева будет еще меньше. Мой нагрузочный стенд на 2А (точнее 1,75А) выше 70гр не нагревается. К тому же, к цельному радиатору можно приспособить небольшой вентилятор, тогда можно гонять модуль на высоких токах. При использовании 100Вт резисторов радиатор может вообще не понадобиться. Вот тот самый радиатор:

Подошва у радиатора неровная, лучше отшлифовать. Можно оставить и так, теплообмен будет чуть похуже.

Размеры моего радиатора:

Вот что нам понадобится для изготовления модуля (наждачная бумага/шкурка на 1000/2000, стекло, в качестве идеально ровной поверхности, дрель, сверла, метчики для нарезки резьбы и машинное масло):

Идеально полировать с пастой ГОИ не имеет особого смысла, хватит и 2000 наждачки. Затем сверлим отверстия и метчиком нарезаем резьбу (как это делать рассказывать не буду, см. в интернете). Если нет подходящего инструмента, то используйте термоклей/термоскотч/термопрокладки (ссылки внизу), сверлить ничего не придется. От себя добавлю, чтобы не сломать инструмент, капайте масло и через два полных оборота метчика, делайте пол оборота назад. Так вы 100% не сломаете метчик. По возможности пройдите чистовым метчиком (смотрите по количеству рисок на нем). Получается в итоге что-то вроде этого:

В качестве кожуха я использовал защитный экран от старого холодильника. Можно использовать что угодно: от органики до любых пластиковых штуковин. Оргстекло небольшой толщины легко гнется при нагреве, я как-то гнул его над жалом мощного паяльника, только потом края придется немного подровнять. В общем, используем все, что есть под рукой.

Перед окончательной сборкой пройдитесь по отверстиям сверлом большего диаметра, чтобы убрать заусенцы, иначе резюки плотно прилегать не будут (раззенковать):

Далее намазываем тонкий слой термопасты на резисторы, можно просто выдавить каплю пасты, при затяжке она сама расползется. Я использовал российскую «народную» термопасту КПТ-8 (покупается в магазинах электрики):

У нее средняя эффективность, со временем она подсыхает, но зато стоит копейки и продается в любых магазинах радиоэлектроники, для нашего модуля сгодится.

Прикручиваем винты и загибаем вывода резисторов (можно до крепежа):

Как видите, излишки термопасты вылезли наружу, они мешать не будут:

Берем штекер USB «папа», желательно с позолоченными контактами (см. предыдущие пункты) и акустический провод с медными (не омедненными!) жилами толстого сечения. Для защиты от термического и механического воздействия я натянул термоусадку. Так как провод толстый, ножиком раздраконьте выходное отверстие:

Берем выключатель, он будет вкл/выкл режим «2А». Подойдет любой силовой. Я использовал простенький KCD11, рассчитанный на 220V и 3А. В качестве окантовки использовал старый кабель-канал, немного срезав края. В одном из них вырезаем окошко под выключатель. Затем припаиваем выключатель к выводам резисторов:

Сам провод припаиваем к резистору, который будет работать на 1А «по умолчанию». В моем случае это резистор 5,1 Ома. Если вы используете два одинаковых резюка по 4,7Ом, то припаиваем к любому:

Одна сторона выводов будет соединена через выключатель, т.е. в положении «выкл» ток – 1А, в положении «вкл» — 2А, т.к. включается второй резюк в параллель.
Получается вот такая простая схема:

Далее прикручиваем кожух:


Ставим верхнюю планку из того же кабель-канала или чего-нибудь похожего на место проема. Получается довольно неплохо:

Ну и подклеиваем режимы работы, бумага и скотч в помощь:


В итоге при хорошем адаптере имеем следующее (0,95А и 1,75А):

Температура радиатора при токе 2А (1,75А) ни разу не поднималась выше 70°С, при 0,95А в районе 60°С:

Итого: устройство работает, сильно не нагревается, не воняет, свои функции выполняет на 100%. Да, с номиналами чуток не повезло, но ничего страшного. Все мои обзоры ПБ протестированы именно с этой нагрузкой, при желании можно расширить диапазон токов, к примеру, на 0,5А/1А/1,5А/2А/2,5А…