Jest to moje pierwsze wystąpienie w dziale DIY w mojej karierze:)
Chciałbym Wam przedstawić własny projekt aktywnego źródła obciążenia. Pierwszy raz zrobiłem takie urządzonko:)
Nie jest co prawda oparte na mikrokontrolerze ale myślę, że w tym dziale mogę je przedstawić a w razie czego proszę o przeniesienie do działu WARSZTAT.
Jest to prototyp więc obudowa troszkę zmasakrowana przy uruchomieniu:)
Podstawowe założenia i parametry:
1. Imax - prąd obciążenia 5A
2. Umax - napięcie wejściowe 30V przy 5A co nam daje 150W mocy pochłanianej:)
3. 3 funkcje pracy:
- obciążenie stałą wartością prądu (I const) (badania statyczne)
- obciążenie stałą wartością "rezystancji" (R const) (badania statyczne) REZYSTANCJA JEST SYMULOWANA.
- obciążenie falą prostokątną f=1kHz i D=50% (do badania stanów dynamicznych)
4. Wyjście do oscyloskopu.
5. Zabezpieczenie termiczne tranzystorów mocy.
Poniżej przedstawiam schemat układu.
Schemat.pdf
Przedstawiony schemat jest scalony z dwóch schematów więc jak się zdarzy że jakieś elementy mają powielone indeksy to proszę wybaczyć:) mogłem przeoczyć.
Płytek nie będę przedstawiał ponieważ w fazie uruchamiania zrobiłem drobne zmiany i ich nie naniosłem do projektu.
Opis:
Schemat możemy podzielić na kilka bloków, najważniejsze z nich to:
1. Blok wykonawczy : T1-T5 IRFZ44N z rezystorami R11-R15.
2. Regulator prądu U2B NE5532, R5, C5.
3. Źródło odniesienia oparte na układzie TL431.
4. Generator przebiegu prostokątnego 1kHz z wypełnieniem 50% : NE555.
5. Zabezpieczenie termiczne z wykorzystaniem termistora 1kom na układzie U5A LM358 w konfiguracji komparatora.
Może nie będę szczegółowo pisał jak działa a skupię się tylko na najważniejszych szczegółach i problemach jakie napotkałem przy uruchamianiu.
Całym sercem układu są tranzystory T1-T5, U2B. To właśnie na tych tranzystorach wytraca się cała moc jaka jest wymuszana przez zadany przepływ prądu. A jaki prąd popłynie to zależy od tego na ile otworzą się te tranzystory.
Układ U2B (NE5532) wraz z rezystorem R5 i kondensatorem C5 stanowią układ regulacji czyli kontroli aby płynął taki prąd jak nastawiliśmy. Rezystor R5 i kondensator C5 umieszczone w sprzężeniu zwrotnym w skrócie mówiąc zapobiegają wzbudzaniu się układu regulacji. C5 nie może mieć zbyt dużej pojemności w tym układzie ze względu na to żeby nie spowalniać regulatora .
Do pomiaru prądu zastosowałem 4 rezystory (R16, R16A, R17, R17A) 0,47om 5W połączone równolegle. Oj teraz zauważyłem, że na schemacie napisałem 2W POWINNO BYĆ 5W..
Przy tych 4 rezystorach przy 5A odkłada się 0,5875V. I takie napięcie musimy mieć jako napięcie odniesienia.
Do uzyskania napięcia odniesienia zastosowałem układ TL431 (potocznie mówiąc regulowana dioda zenera) w podstawowej konfiguracji z dokumentacji. Przy czym na wyjściu tego układu ustawiam sobie napięcie w granicach 5,1V. Na początku miało to być równe 5V ale musiałem trochę podnieść, ponieważ miałem zastosowane 2 rezystory 0,22om 5W do pomiaru prądu. W czasie testów dość sporo się grzały. Na tyle aby zmieniły swoją rezystancję co spowodowało zmianę wartości zadanej prądu. No wiadomo przy wzroście temperatury wzrosła rezystancja więc i spadek napięcia wzrósł, wartość zadana stała więc układ regulacji obniżył wartość prądu. A zmiany były na poziomie 0,1A. Powiedzmy, że przy prądzie 5A to nie dużo. Ale chciałem się tego efektu pozbyć
Oj temperatura dała mi trochę w kość.
Do zadawania wartości prądu obciążenia służy P3 10kom. Wraz z rezystorem R4 i potencjometrem P2 jest zbudowany dzielnik napięcia. Potencjometrem P2 mogę ustawić, wyżej wspomnianą wartość 0,5875V (patrz schemat). W praktyce sprowadza się do tego, że przy nastawionym P3 na maximum, tak ustawiam P2 aby płynął prąd 5A.
Przed tym dzielnikiem dałem jeszcze wtórnik emiterowy z drugiej połówki NE5532 U2A.
W zasadzie mogłoby go nie być gdyby układ pełnił jedną funkcję czy aktywne obciążenie pracujące z I=const. Ale, z uwagi na pozostałe dwie funkcje o których pisałem wyżej to właśnie go zastosowałem.
Druga funkcja czyli symulacja R=const zrealizowałem w ten sposób, że sygnałem zadanym jest napięcie wejściowe zasilacza, tzn jeżeli P3 ustawimy jakąś wartość to przy zmianie napięcia wejściowego będzie się zmieniać prąd obciążenia. Czyli P3 ustawiamy "rezystancję".
W tym przypadku napięcie wejściowe podawane jest na dzielnik z R22 i P5. Potencjometrem P5 ustawiamy wartość 5,1V.
Do funkcji 3 użyłem kostki NE555. I tutaj się rozczarowałem z tą opcją. Już tłumaczę.
Funkcja ta ma służyć do badania odpowiedzi układu badanego na skok jednostkowy.
Co znaczy, że układ sam w sobie powinien być szybki czyli szybko otwierać tranzystory T1 do T5. Niestety w tej konfiguracji wzmacniacz operacyjny nie daje rady tak szybko przeładować pojemności MOSFETÓW, żeby uzyskać krótkie czasy. Byłem tego świadom rysując taki schemat ale troszkę miałem nadzieję, że będzie ciut szybszy. Powodem tego jest to, że:
- jest połączonych 5 tranzystorów równolegle więc mamy 5 pojemności bramkowych do przeładowania,
- dałem rezystory na bramkach 150om ,jak dawałem mniejsze to nie było znacznej poprawy więc zostawiłem to 150om, bo wzmacniacz operacyjny i tak więcej nie da prądu niż może.
Próbowałem dać między wzmacniaczem a bramkami tranzystory bipolarne jako DRIVER czyli parę NPN i PNP ale to z kolei doprowadzało układ do wzbudzenia, no to zwiększałem pojemność C5 w układzie regulatora ale w brew pozorom układ jeszcze bardziej się spowolnił. Oscylacji nie było ale był wolniejszy (chodzi o zbocze narastające).
Jak wspominałem wcześniej największą zmorą dla mnie była temperatura.
Na początek narysowałem sobie ładnie obudowę z otworami pod wentylator ale nie jako jeden duży otwór tylko dużo małych otworków fi3. Wentylator nie dał rady zassać na tyle powietrza żeby schłodzić radiator. Musiałem więc wyciąć jeden otwór i założyć siatkę tak jak widać na zdjęciu powyżej.
Potem się okazało że to jeszcze za mało bo po kilku minutach pracy przy Uwe 24V i 5A zadziałało zabezpieczenie termiczne. No to wtedy po obu bokach wywierciłem 3 rzędy z góry na dół otwory fi5 zdjęcie poniżej.
I dopiero po tych zabiegach temperatura wewnątrz ustabilizowała się na poziomie 50stopni.
Mierzyłem termometrem pokojowym z możliwością pomiaru na zewnątrz. Na kabelku wisi termistor to wsadziłem do środka przez jeden otwór.
Wspomnę jeszcze o jednej rzeczy jaka mi się przytrafiła uruchamiając ten układ.
Jak zauważyliście na schemacie generator jest zasilany przez przełącznik a to dlatego, że jak pracuje to na wyjściu TL431 pojawiają się szpilki z częstotliwością jaką ma generator. Ponieważ mam przełącznik z 3 sekcjami to postanowiłem właśnie tak rozwiązać problem, że generator pracuje wtedy kiedy przełączam na 3 funkcję (jej ale to brzmi 
). Niestety nie mam zrobionego zdjęcia oscylogramu to wam nie pokażę.
Całość złożona jest z trzech płytek:
1. Zasilacz +/- 12V.
2. Aktywne obciążenie.
3. Zabezpieczenie termiczne.
Płytki wykonałem termotransferem żelazkiem. W termotransferze dopiero raczkuję więc nie są super.
Tak wygląda w środku:
A teraz chciałbym Wam pokazać jak działa w praktyce. Pomiary domowe:) robiłem na dwóch zasilaczach. Jeden impulsowy 24V na 10A SITOP SIEMENS a drugi liniowy samoróbka na płytce uniwersalnej made in JA:). Ale widać przynajmniej jak oba zasilacze pracują a przede wszystkim jak sprawuję się moje aktywne obciążenie.
1. SITOP
Zasilacz:
Stanowisko:)
W pełni obciążony przy napięciu 24V.
Składowa zmienna przy 5A ustawienia oscyloskopu 2mV/dz i podstawa czasu 5us
Praca układu jako "generator" funkcja 3.
Zbocze narastające podstawa czasu 1us - i to właśnie za długie czasy.
2. Zasilacz liniowy na szybciocha robiony bo nie miałem żadnego:))
Obciążenie zasilacza 2A przy 28V - tutaj widać jak trochę kiepski jest ten zasilacz (na 3 tranzystorach i z diodą zenara jako źródło odniesienia, właśnie ta dioda zenera robi że zasilacz jest kiepski - ponieważ wychodzi duża rezystancja wewnętrzna zasilacza.)
Składowa zmienna przy obciążeniu 2A. Ustawienia oscyloskopu 2mV/dz i 5ms/dz.
A jednak da radę wyciągnąć 5A ale spadek napięcia aż do 17V 
kiepściutko.
Oscylogramów zboczy już pokazywał nie będę bo są podobne do tych z zasilacza impulsowego.
Ale jeszcze wam pokaż jak wyglądają tętnienia zasilacz liniowego przy 2A i ustawionych 28V.
Na drugim kanale 10mV/dz, tym wyżej widać tętnienia przy 2A, na czerwono zaznaczyłem poziom 0 dla prądu:)
Na tym kończę moją opowieść. Oj miało być krótko a wyszła epopeja.
Mam nadzieję że was nie zanudziłem.
Jeśli chodzi auto ocenę to ze stanu statycznego jestem zadowolony bo osiągnąłem zamierzony efekt.
Ale z dynamicznego to już nie:( będzie do poprawki jak. Na razie ta funkcjonalność mi wystarcz.
Dziękuję wszystkim którzy doczytali do końca i chętnie wysłucham krytykę:)
Jeśli coś zagmatwałem w opisie i coś jest nie jasne, a na pewno tak będzie:) bo niektóre rzeczy mogłem potraktować jako skróty myślowe, to pytajcie a jak będę umiał odpowiedzieć to odpowiem:)
Pozdrawiam
ArturStatystyki: Napisane przez Artur_26 — 20 gru 2014, o 20:07
]]>
