Jednoduchá Elektronická zaťaž

[Dumitru]

Dobrý deň chcel by som sa podeliť o jednoduchú konštrukciu umelej záťaže ktorá pracuje v režime konštantného prúdu. Dana konštrukcia mala pokryť moje potreby v testovaní impulzných zdrojov.

Parametre :
Napájanie : 12Vdc/300mA

Vstupne napätie : 3-24Vdc 4-vodičove meranie
Vstupný prúd : 0,2-10A
Max výkon : 50W krátkodobe až 100W
Vystúp pre pripojenie k PC : USB/UART

Presnosť : 0,2A - 1A +/-30mA
: 1A - 1,5A +/-50mA
: 1,5A - 2,5A +/-130mA
: 2,5A - 3,5A +/-150mA
: 3,5A - 5,5A +/-200mA
: 5,5A - a viac +/-250mA

Ako zaťažovací prvok vystupuje IGBT tranzistor ktorý je tvorený z mosfetu IRLZ44n a bipolárnym tranzistorom 13009L , zapojenie viď príloha.

Meranie prúdu
sa uskutočňuje pomocou modulu ACS712ELCTR-20A-T ktoré nedisponuje vysokou presnosťou ale je postačujúce, presnosť som zvýšil pomocou operačného zosilňovača LM358N kde som posunul merací rozsah zo 100mV/A na 250mV/A. Hlavnou nevýhodou prúdového senzoru je veľká citlivosť na akékoľvek vonkajšie elektromagnetické pole. Ak som na začiatku projektu chcel regulovať rýchlosť chladiaceho ventilátoru v závislosti od teploty, tak na konci som musel od toho upustiť a nechať ho zapnutý stále nakoľko vnášal chybovosť až 0,5A pri vypnutom/zapnutom stave.

Chladenie,
nakoľko sa mi povaľoval chladič z procesoru socket 775 využil som ho, je ho trošku malo pri vyšších prúdoch ale je veľmi kompaktný a 50W zvláda. Teplota chladiča sa meria pomocou teplotného snímača DS18B20 ( je ho nutne pripevniť čo najbližšie k tranzistorom) a ma čisto informatívny charakter, mohol som samozrejme nastaviť vypnutie pri vysokej teplote ale nechcem nikoho obmedzovať

Pripojenie k PC,
merane údaje sa pomocou Uart prevodniku nonstop odosielajú možno ich prijať ako obyčajným terminálom alebo pomocou jednoduchej aplikácie napísanej mnou ktorá prijíma a vykresluje údaje do grafickej podobe, taktiež je možne prijate údaje uložiť a importovať napríklad do excelu.

Ďalej v prílohe pripájam schémy a obrazky.

[oravan]

Prosím a soft kde zoženiem k tomu ďakujem

[Dumitru]

V prílohe je HEX súbor
fuse bits su High 0xD7 LOW 0xE2

[oravan]

ďakujem

[Wili]

ako si ten intelacky chladic poradil s odpadovym teplom? meral si nejake teploty? napr. tych 50W to zvlada v pohode trvale aj v zavretej krabicke cez vetracie otvory?

pytam sa lebo akurat mam rozrobene cosi podobne kde mam tiez pouzity intel chladic a mam prave obavy ako to bude s chladenim

[breta1]

Malý dotaz - proč je zdroj +5V řešen s LM317+TL431 - nestačí samotný LM317 nebo jen nějaký 7805?

[F-r-a-n-t-i-s-e-k]

Priznám sa, že vôbec nerozumiem potrebe posilniť mosfet spínacím trandom v rovnako malom púzdre.
Okrem toho takto zapojené je source trochu v "lufte" pri vybíjaní gatu. Chýba mi tam Rbe pre Q7.
Možno mi niečo uniká a opravíte ma
Osobne by som tam dal len jeden trand a niečo robustnejšie, napríklad low cost:
https://www.tme.eu/sk/details/irl2910pb ... ineon-irf/

[Dumitru]

Wili : je to síce na hrane ale áno poradí si mal som teplotu 80-85C ale viac ako 50W to nedá a ani ten tranzistor v puzdre TO220

breta1 : presnosť, podla datasheetu 7805 ma napätia v rozsahu od 4,8-5,2 keďže mam AVCC spojene s VCC teda toto napätie je referenčne pre meranie, samozrejme by to šlo použiť LM317 a potenciometrom doladiť presne na 5V ale rozhodol som sa pre toto zapojenie.

F-r-a-n-t-i-s-e-k : je to posilnené pretože IRLZ44n v lineárnom režime by sa jednoznačne odpálil viď príloha, hodí sa skôr pre impulzný režim, tebou navrhovaný tranzistor možno by bol vhodnejší safe operating area ma lepšiu. Ohľadom odporu Rbe nechám si poradiť

[F-r-a-n-t-i-s-e-k]

Písal som skorej všeobecne...ale neva...ten mosfet v kombinácii so spínacím trandom do lineárneho režimu, je minimálne veselá kombinácia s dvomi TO220 púzdrami za sebou, nehovoriac o tom, že ho OZ zrejme priviera cez kapacitný delič gatu a parazitné kapacity a zbytkové prúdy Q7 alebo netuším kade.. Pri otváraní to ešte valí cez be prechod, ale pri zatváraní a vybíjani gatu je be v nevodivom stave a source tak ostáva v lufte. Preto ten Rbe..kludne len 100R. možno mi niečo uniká, ale snáď sa niekto vyjadrí.
Ale celému tomu sa dá vyhnuť lepšie zvoleným mosfetom, alebo darlingtonom vhodným na lineárne zaťaženie a radšej v TO247 alebo v TO264.

[StefanST]

Zaujímalo by ma (a možno aj iných):
(1) Prečo si zvolil regulačnú slučku zdroja prúdu cez uC - nie je to pomalé?
(1a) Ak by si mal zdroj prúdu riešený analógovo, stačilo by s uC a DAC len nastaviť požadovanú hodnotu prúdu s požadovanou presnosťou a nie riešiť SW pre riadenie výkonového tranzistora pomocou komplikovaného DAC s odporovou sieťou.
(2) Prečo si zvolil snímanie prúdu pomocou hallového snímača a nie jednoducho pomocou odporového bočníka.
(3) Ako rýchlo sa dá zmeniť prúd prúdového zdroja, t.j. ako rýchlo vie prúdový zdroj reagovať na požiadavku zmeny hodnoty?
Napríklad, ak chceš merať rýchlosť odozvy testovaného zdroja na zmenu záťaže. Aj v súvislosti s mojou poznámkou (1) a pripomienkou od Frantisek ohľadom budenia tvojho zloženého tranzistora.
(4) Vieš zverejniť aj program pre uC, nielen HEX kód?

[Dolfi]

Pri otváraní to ešte valí cez be prechod, ale pri zatváraní a vybíjani gatu je be v nevodivom stave a source tak ostáva v lufte. Preto ten Rbe..kludne len 100R. možno mi niečo uniká, ale snáď sa niekto vyjadrí.

Já s týmto názorom nesúhlasím. Ten zvláštny "Darlington" bude fungovať normálne ! Lebo, pokiaľ mi je známe, tak bipolárne tranzistory sú riadené prúdom. A pokiaľ výkonový tranzistor (Q7) neide v nejakom "besnom" spínacom režime, tak vybíjanie kapacity BE prechodu je nepodstatné, (to nie je unipolárny tranzistor) ! Odpor medzi BE je akurát tak dobrý na zvedenie prípadného zbytkového prúdu z predchádzajúceho unipolárneho tranzistora.

No poďme si popísať jeden nápad. Q7 je mizerný 100 W vysokonapäťový spínací tranzistor. Myslím si, že na danú pozíciu by som našiel "stovku" vhodnejších. Ale nech, máme tam aj tranzistor Q?, ktorý je totálne výkonovo nevyužitý. Predstavme si čo sa stane, ak medzi BE Q7 dáme malý odpor, trebárs 1R0. Q? preberie na seba prúd cca 0,6 A a teda aj časť stratového výkonu. Poviete si, že chladič sa nezmenil. Áno, ale "paralelný" vnútorný tepelný odpor tranzistorov Q? a Q7 sa výrazne zníži, čím klesne teplota prechodov a stúpne celková dovolená výkonová strata "Darlingtona".

[F-r-a-n-t-i-s-e-k]

Nie vybíjanie kapacity be prechodu ale vybíjanie kapacity gatu mosfetu cez be prechod. Gate mosfetu sa cez be prechod nabije ľahko, ale ako dochádza k vybíjani gatu mosfetu, ked na source bude záporné napätie a be prechod tak bude pre neho nevodivý.
Tak to zrejme ide cez vnútorný odpor mosfetu source-drain a opiera sa o testovaný zdroj a cez neho pekná slučka do zeme.

[StefanST]

Nie vybíjanie kapacity be prechodu ale vybíjanie kapacity gatu mosfetu cez be prechod. Gate mosfetu sa cez be prechod nabije ľahko, ale ako dochádza k vybíjani gatu mosfetu, ked na source bude záporné napätie a be prechod tak bude pre neho nevodivý.
Tak to zrejme ide cez vnútorný odpor mosfetu source-drain a opiera sa o testovaný zdroj a cez neho pekná slučka do zeme.

Áno, jedna cesta pre vybíjanie kapacity Cgs je cez prúd Ids FETu, keďže ním tečie prúd rádu mA až 100mA. Postupným znižovaním napätia na gate sa postupne zatvára aj FET, ale jeho prúd môže byť dostačujúci pre vybíjanie Cgs.

Druhý, možno aj významnejší, je efekt vstupnej kapacity Cbe BJT tranzistora podľa náhradného modelu tranzistora. Kapacita Cbe je dosť veľká v porovnaní s Cgs FETu. Preto Cbe "podrží" napätie Ube na dostatočnú dobu, kým sa Cgs "vybije", resp. sa zníži Ugs.
Pri rýchlom znížení gate FETu voči emitoru BJT účinkuje aj delič z kapacít Cgs a Cbe. Ten spôsobí, že sa rýchlejšie znižuje Vgs ako Vbe .
Toto už nemám z vlastnej hlavy, ale zo simulácie obvodu.