עומס זעיר - עומס זרם קבוע: 4 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

פיתחתי לעצמי PSU ספסל, ולבסוף הגעתי לנקודה שבה אני רוצה להטיל עליה עומס כדי לראות כיצד היא מתפקדת. אחרי שצפיתי בסרטון המעולה של דייב ג'ונס ובחנתי כמה משאבי אינטרנט אחרים, הגעתי ל- Tiny Load. זהו עומס זרם קבוע מתכוונן, שאמור להתמודד עם כ -10 אמפר. המתח והזרם מוגבלים על ידי הדירוגים של טרנזיסטור הפלט וגודל גוף הקירור.

יש לומר, יש כמה עיצובים ממש חכמים! Tiny Load הוא ממש בסיסי ופשוט, שינוי קל בעיצובו של דייב, אך הוא עדיין יוריד את הכוח הדרוש לבדיקת PSU, כל עוד הוא לא יקבל יותר מיץ ממה שהוא יכול להתמודד.

ל- Tiny Load אין מצורף מד זרם, אך ניתן לחבר מד חיצוני או לעקוב אחר המתח על פני הנגד המשוב.

שיניתי מעט את העיצוב לאחר שבניתי אותו, כך שלגירסה המוצגת כאן יש נורית LED שתגיד לך שהיא דולקת ותבנית PCB טובה יותר למתג.

הפריסה הסכימטית וה- PCB מוצגים כאן כקובצי PDF וגם כתמונות JPEG.

שלב 1: עקרון הפעולה

לאלה שאינם בקיאים בעקרונות אלקטרוניים, להלן הסבר כיצד פועל המעגל. אם כל זה ידוע לכם היטב, אתם מוזמנים לדלג קדימה!

לב המטען הזעיר הוא מגבר אופטי כפול LM358, המשווה את הזרם הזורם בעומס עם ערך שהגדרת. מגברי אופ לא יכולים לזהות זרם ישירות, ולכן הזרם הופך למתח, אשר מגבר ה- op יכול לזהות, על ידי הנגד, R3, המכונה הנגד החישה הנוכחי. עבור כל מגבר שזורם ב- R3, נוצר 0.1 וולט. זה מוצג על ידי חוק אוהם, V = I*R. מכיוון ש- R3 הוא ערך ממש נמוך, ב -0.1 אוהם, הוא לא מתחמם במיוחד (הכוח שהוא מפיג ניתן על ידי I²R).

הערך שהגדרת הוא שבריר של מתח ייחוס - שוב משתמשים במתח מכיוון שהמגבר ה OP אינו יכול לזהות זרם. מתח הייחוס מיוצר על ידי 2 דיודות בסדרה. כל דיודה תפתח מתח לאורכה באזור של 0.65 וולט, כאשר זרם זורם דרכה. מתח זה, אשר בדרך כלל הוא עד 0.1 וולט משני צדי הערך הזה, הוא תכונה מובנית של צומת p-n סיליקון. אז מתח הייחוס הוא סביב 1.3 וולט. מכיוון שלא מדובר במכשיר דיוק, אין כאן צורך בדיוק רב. הדיודות מקבלים את זרם באמצעות הנגד. מחובר לסוללה. מתח ההתייחסות מעט גבוה להגדרת העומס למקסימום של 10 אמפר, כך שהפוטנציומטר שקובע את מתח המוצא מחובר בסדרה עם נגד 3k שמוריד קצת את המתח.

מכיוון שההתייחסות ונגד החישה הנוכחי מחוברים יחדיו ומחוברים לחיבור האפס של מגבר ה- op-amp, מגבר ה- op יכול לזהות את ההבדל בין שני הערכים ולהתאים את תפוקתו כך שההפרש יצטמצם עד לאפס. חוק האצבע בשימוש כאן הוא שמגבר אופטי תמיד ינסה להתאים את הפלט שלו כך ששתי הכניסות יהיו באותו מתח.

יש קבל אלקטרוליטי המחובר על פני הסוללה כדי להיפטר מכל רעש שמוצא את דרכו אל אספקת המגבר. יש קבלים נוספים המחוברים על פני הדיודות כדי לעכב את הרעש שהם יוצרים.

הקצה העסקי של העומס הזעיר נוצר על ידי MOSFET (טרנזיסטור אפקט שדה מוליך למחצה מתכת תחמוצת). בחרתי בזה מכיוון שהוא היה בתוך ארגז הזבל שלי והיה לו דירוג מתח וזרם נאותים למטרה זו, אולם אם אתה קונה אחד חדש יש הרבה יותר מכשירים מתאימים.

המוספט פועל כמו נגד משתנה, כאשר ניקוז מחובר לצד + של האספקה שברצונך לבדוק, המקור מחובר ל- R3, ובאמצעותו אל - ההובלה של האספקה שברצונך לבדוק, והשער מחובר. לפלט של מגבר ה- op. כאשר אין מתח על השער, המוספט פועל כמעגל פתוח בין הניקוז למקורו, אולם כאשר מתח מופעל מעל ערך מסוים (מתח "סף"), הוא מתחיל להתנהל. הרם את מתח השער מספיק והתנגדותו תהפוך נמוכה מאוד.

אז מגבר ה- op שומר על מתח השער ברמה שבה הזרם הזורם ב- R3 גורם להתפתחות מתח השווה כמעט לשברי מתח המתייחס שהגדרת על ידי סיבוב הפוטנציומטר.

מכיוון שהמופת פועלת כמו נגד, יש לה מתח ומתח וזרם הזורם דרכה, מה שגורם לו להפיג את הכוח בצורה של חום. החום הזה צריך ללכת למקום כלשהו, אחרת הוא יהרוס את הטרנזיסטור מהר מאוד, ולכן מסיבה זו הוא מוברג לגוף קירור. המתמטיקה לחישוב גודל גוף הקירור היא פשוטה אך גם מעט אפלה ומסתורית, אך מבוססת על ההתנגדות התרמיות השונות המעכבות את זרימת החום דרך כל חלק מצומת המוליכים למחצה לאוויר החיצוני, ועליית הטמפרטורה המקובלת. אז יש לך את ההתנגדות התרמית מהצומת למארז הטרנזיסטור, מהמקרה אל גוף הקירור, ודרך גוף הקירור לאוויר, הוסף אותם יחד להתנגדות התרמית הכוללת. זה נתון ב- ° C/W, ולכן על כל וואט שמתפזר הטמפרטורה תעלה במספר מעלות זה. הוסף זאת לטמפרטורת הסביבה ותקבל את הטמפרטורה שבה צומת המוליכים למחצה שלך תעבוד.

שלב 2: חלקים וכלים

בניתי את ה- Tiny Load בעיקר באמצעות חלקי תיבת זבל, כך שזה קצת שרירותי!

ה- PCB עשוי SRBP (FR2) שיש לי במקרה כי הוא היה זול. הוא מצופה בנחושת של 1 עוז. הדיודות והקבלים והמופט הם משומשים ישנים, ומגבר ה- OP הוא אחד מחבילה של 10 שקיבלתי לפני זמן מה מכיוון שהם היו זולים. העלות היא הסיבה היחידה לשימוש במכשיר smd לשם כך - 10 התקני SMD עולים לי אותו דבר כמו חור דרך אחד שיהיה.

• 2 דיודות 1N4148. השתמש יותר אם אתה רוצה להיות מסוגל לטעון יותר זרם.
• טרנזיסטור MOSFET, השתמשתי ב- BUK453 כי זה מה שיש לי במקרה, אבל בחר מה שאתה אוהב, כל עוד הדירוג הנוכחי הוא מעל 10A, מתח הסף הוא מתחת ל -5 וו וה Vds גבוה מהמקסימום שאתה מצפה השתמש בו ב, זה אמור להיות בסדר. נסה לבחור אחד המיועד ליישומים ליניאריים ולא למעבר.
• פוטנציומטר 10k. בחרתי בערך הזה כי זה מה שיש לי במקרה, וזה פירקתי מטלוויזיה ישנה. כאלה עם מרווח סיכות זהה זמינים באופן נרחב, אך אינני בטוח לגבי זיזי ההרכבה. ייתכן שיהיה עליך לשנות את פריסת הלוח לשם כך.
• ידית להתאמה לפוטנציומטר
• נגד 3k. 3.3k אמור לעבוד לא פחות טוב. השתמש בערך נמוך יותר אם אתה רוצה להיות מסוגל לטעון יותר זרם עם הפניה ל -2 דיודות המוצגת.
• מגבר LM358. באמת, כל סוג אספקה יחיד, רכבת למסילה, צריך לעשות את העבודה.
• נגד 22k
• נגד 1k
• קבל 100nF. זה באמת צריך להיות קרמי, אם כי השתמשתי בסרט
• קבל 100uF. צריך להיות מדורג לפחות 10V
• נגד 0.1 אוהם, דירוג מינימלי של 10W. זה שהשתמשתי בו הוא גדול מדי, שוב העלות הייתה הגורם המכריע כאן. נגדת מתכת בגודל 25 ואט 0.1 אוהם הייתה זולה יותר מסוגים מדורגים יותר. מוזר אבל נכון.
• גוף קירור - גוף קירור ישן פועל היטב, ויש לו את היתרון בכך שהוא מיועד לחיבור מאוורר אם אתה צריך אותו.
• מתחם גוף קירור תרמי. למדתי שתרכובות מבוססות קרמיקה פועלות טוב יותר מאשר חומרים מבוססי מתכת. השתמשתי ב- Arctic Cooling MX4 שהיה לי במקרה. זה עובד טוב, זול ומקבלים המון!
• חתיכת אלומיניום קטנה לתושבת
• ברגים ואומים קטנים
• מתג שקופיות קטן

שלב 3: בנייה

בניתי את העומס הזעיר מקופסת זבל או מחלקים זולים מאוד

גוף הקירור הוא גוף קירור מעבד עידן פנטיום ישן. אני לא יודע מה זה עמידות תרמית, אבל אני מניח שזה בערך 1 או 2 ° C/W על סמך התמונות בתחתית המדריך הזה: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc … למרות שהניסיון מציע כעת שהוא טוב יותר מזה.

קידחתי חור באמצע גוף הקירור, הקשתי עליו והרכבתי עליו את הטרנזיסטור עם תרכובת תרמית MX4 והברגתי את בורג ההרכבה ישירות לתוך החור שהותקן. אם אין לך אמצעים להקיש חורים, פשוט קדח אותו מעט יותר והשתמש באום.

במקור חשבתי שזה עומד להיות מוגבל לכ- 20W פיזור, אולם היה לי אותו פועל על 75W ומעלה, שם הוא התחמם למדי, אך עדיין לא היה חם מדי לשימוש. עם מאוורר קירור מצורף זה עדיין יהיה גבוה יותר.

אין צורך בפועל להבריח את הנגד החוש הנוכחי ללוח, אבל מה הטעם שיש חורי בורג אם לא תוכל להבריח להם משהו? השתמשתי בחתיכות קטנות של חוט עבה שנותר מעבודות חשמל, כדי לחבר את הנגד ללוח.

מתג ההפעלה הגיע מצעצוע שהופסק. טעיתי שמרווחי החורים במחשב הלוח שלי, אך המרווח בפריסת ה- PCB שניתנה כאן אמור להתאים אם יש לך אותו סוג של מתג SPDT מיניאטורי. לא כללתי LED בעיצוב המקורי, כדי להראות ש- Tiny Load הוא נדלק, אולם הבנתי שמדובר במחדל טיפשי, אז הוספתי אותו.

המסלולים העבים כפי שהם עומדים אינם ממש עבים מספיק לעשרה אמפר עם הלוח העוזר בנפח 1oz, ולכן הוא מכופף בכמה חוטי נחושת. לכל אחת מהמסילות יש חתיכת חוט נחושת 0.5 מ מ מונח סביבו ומלוחמת במרווחים, למעט הקטע הקצר המחובר לקרקע, מכיוון שמטוס הקרקע מוסיף הרבה נפח. וודא שהחוט המתווסף עובר ישירות לסיכות המוספט ונגד.

הכנתי את הלוח באמצעות שיטת העברת הטונר. יש הרבה ספרות ברשת על זה אז אני לא אכנס לזה, אבל העיקרון הבסיסי הוא שאתה משתמש במדפסת לייזר כדי להדפיס את העיצוב על נייר מבריק, ואז לגהץ אותו על הלוח ואז לחרוט. זה. אני משתמש בנייר העברת טונר צהוב זול מסין, ומגהץ בגדים שנקבע לקצת פחות מ -100 מעלות צלזיוס. אני משתמש באצטון כדי לנקות את הטונר. פשוט המשיכו לנגב עם סמרטוטים עם אצטון טרי עד שהם נקיים. צילמתי המון תמונות כדי להמחיש את התהליך. יש חומרים הרבה יותר טובים לתפקיד, אבל קצת מעבר לתקציב שלי! בדרך כלל אני צריך לגעת בהעברות שלי בעזרת עט סימון.

לקדוח את החורים בשיטה המועדפת עליך, ולאחר מכן להוסיף את חוט הנחושת למסלולים הרחבים. אם תסתכל מקרוב, אתה יכול לראות שבלבלתי קצת את הקידוח (כי השתמשתי במכונת קידוח ניסיונית שהיא קצת לא מושלמת. כשהיא עובדת כמו שצריך אני אעשה עליה הוראה אני מבטיח!)

תחילה הרכיב את מגבר ה- op. אם לא עבדת עם סמדים בעבר, אל תפחד, זה די קל. תחילה הדבי את אחת הרפידות שעל הלוח עם כמות זעירה של הלחמה. מקם את השבב בזהירות רבה והדבק את הסיכה הרלוונטית עד לרפידה שחיברת. אוקיי עכשיו השבב לא יזוז, אתה יכול להלחם את כל הסיכות האחרות. אם יש לך שטף נוזלים כלשהו, החלת כתם של זה מקלה על התהליך.

התאימו לשאר הרכיבים, הקטנים תחילה, שהם ככל הנראה הדיודות. ודא שאתה מקבל אותם בדרך הנכונה. עשיתי דברים מעט לאחור על ידי הרכבה של הטרנזיסטור על גוף הקירור תחילה, כי השתמשתי בו בהתחלה בניסוי.

במשך זמן מה הסוללה הותקנה על הלוח באמצעות רפידות דביקות, שעבדו להפליא! הוא היה מחובר באמצעות מחבר pp3 רגיל, אולם הלוח נועד לקחת מחזיק מהותי יותר אשר מקליט את כל הסוללה. היו לי כמה בעיות בתיקון מחזיק הסוללה מכיוון שהוא דורש ברגים של 2.5 מ"מ, שיש לי מחסור ואין להם אגוזים להתאים. קידחתי את החורים בקליפ ל -3.2 מ"מ ונקדתי אותם ל -5.5 מ"מ (לא נקודה נגדית אמיתית, פשוט השתמשתי במקדח!), אולם מצאתי שהמקדח הגדול יותר תופס את הפלסטיק בחדות רבה ועברתי דרך אחד החורים. כמובן שאתה יכול להשתמש ברפידות דביקות כדי לתקן את זה, מה שבדיעבד עשוי להיות טוב יותר.

חתכו את חוטי תפס הסוללה כך שיהיה לכם כסנטימטר של חוט, הפכו את הקצוות, השחילו אותם דרך החורים בלוח והלחמו את הקצוות בחזרה דרך הלוח.

אם אתה משתמש בנגד מעטפת מתכת כמו זה שמוצג, התאם אותו עם מוליכים עבים. הוא צריך שיהיה איזשהו מרווח בינו לבין הלוח כדי שהוא לא יחמם את המגבר האופטי יתר על המידה. השתמשתי באגוזים, אבל שרוולי מתכת או ערימות של מכונות כביסה שהודבקו ללוח היו טובים יותר.

אחד הברגים המתקנים את קליפ הסוללה עובר גם הוא באחד מזיזי הנגד. התברר שזה רעיון גרוע.

שלב 4: שימוש בו, שיפורים, כמה מחשבות

שימוש: Tiny Load מיועד לשאוב זרם קבוע מהאספקה, לא משנה מהו המתח, כך שלא תצטרך לחבר אליו שום דבר אחר, למעט מד, אותו עליך למקם בסדרה עם אחת הכניסות.

סובב את הכפתור למטה לאפס, והפעל את Tiny Load. אתה אמור לראות כמות קטנה של זרימה הנוכחית, עד כ 50mA.

כוונן את הכפתור לאט עד שהזרם שבו אתה רוצה לבדוק זורם, בצע את כל הבדיקות שאתה צריך לעשות. בדוק כי גוף הקירור אינו חם מדי - כלל האצבע כאן הוא שאם הוא שורף את האצבעות, הוא חם מדי. יש לך שלוש אפשרויות במקרה זה:

1. הורד את מתח האספקה
2. הפחת את העומס הזעיר
3. הפעל אותו לפרקי זמן קצרים עם הרבה זמן להתקרר בין לבין
4. חבר מאוורר לגוף הקירור

בסדר בסדר זה ארבע אפשרויות:)

אין הגנת כניסה, לכן היזהר מאוד שהכניסות מחוברות בצורה הנכונה. אם תטעה והדיודה הפנימית של המוספט תוביל את כל הזרם הזמין וכנראה תהרוס את המסת בתהליך.

שיפורים: מהר מאוד התברר של Tiny Load צריך להיות אמצעי משלה למדידת הזרם שהוא שואב. ישנן שלוש דרכים לכך.

1. האפשרות הפשוטה ביותר היא להתאים מד זרם בסדרה עם הקלט החיובי או השלילי.
2. האפשרות המדויקת ביותר היא לחבר מד מתח על פני הנגד החוש, המכויל לנגד זה כך שהמתח המוצג מציין את הזרם.
3. האפשרות הזולה ביותר היא ליצור סולם נייר שמתאים מאחורי כפתור הבקרה, ולסמן עליו סולם מכויל.

פוטנציאל העדר הגנה הפוכה יכולה להיות בעיה גדולה. הדיודה הפנימית של המוספט תנהל האם Tiny Load מופעל או לא. שוב ישנן מספר אפשרויות לפתרון הבעיה:

1. השיטה הפשוטה והזולה ביותר תהיה לחבר דיודה (או כמה דיודות במקביל) בסדרה עם הקלט.
2. אפשרות יקרה יותר היא להשתמש ב- mosfet שבנה הגנה הפוכה. בסדר אז זו גם השיטה הפשוטה ביותר.
3. האפשרות המורכבת ביותר היא חיבור מוספת שני באנטי-סדרה לראשון, המתנהל רק אם הקוטביות נכונה.

הבנתי שלפעמים מה שבאמת נחוץ הוא התנגדות מתכווננת שיכולה לפזר הרבה כוח. אפשר להשתמש בשינוי של המעגל הזה לשם כך, הרבה יותר זול מאשר רכישת ראוסטאט גדול. אז חפשו את Tiny Load MK2 אשר יוכלו לעבור למצב התנגדות!

מחשבות אחרונות Tiny Load הוכיחה את עצמה כשימושית עוד לפני שסיימה, ועובדת טוב מאוד. עם זאת היו לי כמה בעיות בבנייתו, והבנתי אחר כך שמד ומחוון "על" יהיו שיפורים יקרי ערך.