Для начала давайте разберем схему. Я не претендую на оригинальность, так как подсмотрел составные элементы и адаптировал под то, что имелось у меня из деталей.

Цепь защиты составлена из плавкого предохранителя FU1 и диода VD1 (возможно она лишняя). Нагрузка выполнена на четырех 818 транзисторах VT1…VT4. У них приемлемые характеристики по току и рассеиваемой мощности, а также они не дороги и не являются дефицитом. Управление VT5 на 815 транзисторе, а стабилизация на операционном усилителе LM358. Амперметр, показывающих ток, проходящий через нагрузку, я установил отдельно. Т.к. если амперметром заменить резисторы R3 R4 (как в схеме по ссылке выше), то, на мой взгляд, будет теряться часть тока, который потечет через VT5 и показания будут занижены. А судя по тому, как нагревается 815, ток через него протекает приличный. Я даже подумываю, что между эмиттером VT5 и землей надобно поставить еще одно сопротивление Ом так в 50…200.

Отдельно надо рассказать о цепи R10…R13. Так как регулировка происходит не линейно, необходимо брать одно переменное сопротивление в 200…220 кОм с логарифмической шкалой, либо ставить два переменных резистора, которые обеспечивают плавное регулирование во всем диапазоне. При чем R10 (200кОм) регулирует ток от 0 до 2.5А, а R11 (10 кОм) при выкрученном в ноль R10 регулирует ток от 2.5 до 8 А. Верхний предел тока устанавливается резистором R13. При настройке будьте осторожны, если напряжение питания случайно попадет на третью ногу операционного усилителя, 815 открывается полностью, что с большой вероятностью приведет к выходу из строя всех 818 транзисторов.

Теперь немного о блоки питания для нагрузки.

Нет, это не извращение. Просто у меня под рукой не нашлось малогабаритного трансформатора на 12 вольт. Пришлось делать умножитель и повышать напряжение с 6-ти вольт до 12-ти для вентилятора и ставить стабилизатор для питания самой нагрузки и сигнализации.

Да, в это устройство я вставил простенькую сигнализацию по температуре. Схему я подсмотрел . Когда радиатор нагревается выше 90 градусов, включается красный светодиод и пищалка с интегрированным генератором, которая издает очень неприятный звук. Это указывает на то, что пора снижать ток в нагрузке, а то можно лишиться устройства из-за его перегрева.

Казалось бы, при таких мощных транзисторах, которые выдерживают до 80 вольт и 10 А суммарная мощность должна быть не менее 3 кВт. Но, так как мы делаем «кипятильник» и вся мощность источника уходит в тепло, то ограничение накладывается показателем рассеиваемой мощности транзисторов. По даташиту она всего лишь 60 Вт на один транзистор, а с учетом того, что теплопроводность между транзистором и радиатором не идеальна, то фактическая рассеиваемая мощность и того меньше. И поэтому чтобы хоть как-то улучшить теплоотвод я прикрутил транзисторы VT1…VT4 непосредственно к радиатору без прокладок на теплопроводную пасту. При этом мне пришлось организовать специальные накладки на радиатор, чтобы он не замыкал на корпус.

К сожалению, у меня не было возможности протестировать работу устройства во всем диапазоне напряжений, но при 22V 5A нагрузка работает, стабильно не перегреваясь. Но как всегда в бочке меда есть и ложка дегтя. Из-за недостаточной площади радиатора взятого мной, при нагрузке более 130 ватт, через какое-то время (3…5 минут) транзисторы начинают перегреваться. На что указывает сигнализация. Отсюда вывод. Если будете делать нагрузку, берите радиатор как можно большей площади и обеспечите ему надежное принудительное охлаждение.

Также ложкой дегтя можно считать небольшой дрейф в сторону уменьшения тока нагрузки на 100…200 мА. Думаю этот дрейф происходит из-за нагрева резисторов R3, R4. Так, что если есть возможность найти резисторы на 0,15 Ом на 20 Вт или больше, то лучше использовать их.

В целом схема, насколько я понял, не критична к замене деталей. Четыре 818транзистора можно заменить двумя кт896а , кт815г можно, а возможно и нужно, заменить на кт817г. Операционный усилитель думаю тоже можно взять другой.

Хочу особо подчеркнуть, что обязательно при наладке ставьте резистор R13 не менее 10 кОм, потом по мере понимания какой ток вам нужен, уменьшайте это сопротивление. Печатную плату не выкладываю, потому, что монтаж основной части нагрузки сделан навесным.

Дополнение.

Как оказалось, нагрузкой мне приходится пользоваться регулярно и в процессе ее использования пришло понимание того, что по мимо амперметра также нужен вольтметр чтобы контролировать напряжения источника. На Али мне попался небольшой приборчик, который совмещает в себе вольтметр и амперметр. Приборчик 100 V / 10 А мне обошёлся в 150 рублей с пересылкой. Как по мне это копейки т.к. полтарашка пива стоит примерно столько же. Недолго думая я заказал два.

Эта простая схема электронной нагрузки может быть использована для тестирования различных видов блоков питания. Система ведет себя как резистивная нагрузка с возможностью регулирования.

С помощью потенциометра мы можем зафиксировать любую нагрузку от 10мА до 20А, и такое значение будет поддерживаться независимо от падения напряжения. Величина тока непрерывно отображается на встроенном амперметре — поэтому нет необходимости для этой цели использовать сторонний мультиметр.

Схема регулируемой электронной нагрузки

Схема настолько проста, что практически любой желающий может собрать ее, и думаю, она будет незаменима в мастерской каждого радиолюбителя.

Операционный усилитель LM358 делает так, чтобы падение напряжения на R5 было равно значению напряжения заданного с помощью потенциометров R1 и R2. R2 предназначен для грубой подстройки, а R1 для точной.

Резистор R5 и транзистор VT3 (при необходимости и VT4) необходимо подобрать соответствующими максимальной мощности, которой мы хотим нагрузить наш блок питания.

Подбор транзистора

В принципе подойдет любой N-канальный MOSFET транзистор. От его характеристики будет зависеть рабочее напряжение нашей электронной нагрузки. Параметры, которые должны заинтересовать нас — большой I k (ток коллектора) и P tot (рассеиваемая мощность). Ток коллектора — это максимальный ток, который может пустить через себя транзистор, а рассеиваемая мощность — это мощность, которую транзистор может отвести в виде тепла.

В нашем случае транзистор IRF3205 теоретически выдерживает ток до 110А, однако его максимальная мощность рассеивания около 200 Вт. Как нетрудно подсчитать, максимальный ток 20А мы можем задать при напряжении до 10В.

Для того чтобы улучшить эти параметры, в данном случае используем два транзистора, что позволит рассеивать 400 Вт. Плюс ко всему нам будет нужен мощный радиатор с принудительным охлаждением, если мы действительно собираемся выжать максимум.

Источники питания

И. НЕЧАЕВ, г. Курск
Радио, 2002 год, № 2

Известно, что при налаживании и испытании блоков питания постоянного и переменного тока необходима активная нагрузка. Обычно это набор переменных или постоянных резисторов, сопротивление которых должно быть в пределах от единиц до десятков ом, а мощность рассеяния достигать 100 Вт и более. Применив транзисторы, можно изготовить универсальный эквивалент нагрузки (см., например, мартовский номер журнала "Радио" за 1986 г .). Вниманию читателей предлагаем более совершенное устройство, основа которого - мощный полевой транзистор. С помощью этого прибора можно проверять стабилизированные блоки питания, нестабилизированные выпрямители, трансформаторы, аккумуляторы и т. д. как в статическом, так и в динамическом режимах.

Схема устройства показана на рис. 1 .

Функцию эквивалента нагрузки выполняет мощный полевой транзистор VT3 с допустимым током стока 25 А, напряжением сток-исток 400 В и рассеиваемой мощностью 100 Вт. На логической микросхеме DD1 и транзисторах VT1, VT2 собран узел управления полевым транзистором, а на микросхеме DA1 - стабилизатор напряжения. Для проверки источников переменного напряжения эквивалент нагрузки следует дополнить выпрямительным мостом VD4.

Работает устройство так. В динамическом режиме (рис. 1) работает генератор прямоугольных импульсов, собранный на элементах DD1.1, D1.2. Его частоту можно изменять переключателем SA2: 1 кГц или 0,1 Гц.

На выходах элементов DD1.3 и DD1.4 формируются противофазные сигналы прямоугольной формы со стабильной амплитудой, которые поступают на базы транзисторов VT2 и VT1 соответственно. В эмиттерные цепи транзисторов включены переменные резисторы R3, R2 и светодиоды HL1, HL2. Через диоды VD1 и VD2 напряжение с движков переменных резисторов поступает на затвор полевого транзистора. Он начинает открываться уже при напряжении на затворе примерно 4...5 В, а при 10...11 В сопротивление его канала уменьшается до нескольких ом. Резисторами R2 и R3 можно устанавливать требуемое напряжение на затворе в течение четных и нечетных полупериодов импульсной последовательности. Светодиоды будут также поочередно включаться, сигнализируя о том, на какой из переменных резисторов поступает напряжение.

Таким образом, у транзистора периодически с частотой генератора будет меняться сопротивление канала, значение которого можно регулировать этими резисторами. Следовательно, будет изменяться и ток, протекающий через него. Переменным резистором R3 устанавливают максимальное значение тока, a R2 - минимальное. Такой режим можно использовать для проверки блоков питания, аккумуляторов и т. д.

В статическом режиме на входе логического элемента DD1.1 - низкий логический уровень, и генератор перестает работать. При этом напряжение поступает на переменный резистор R3 и светится светодиод HL2. В этом случае управление полевым транзистором осуществляется только с помощью переменного резистора R3. Проверяемый источник постоянного напряжения подключают с соблюдением полярности к гнездам XS2. Источник с большим напряжением, как постоянного, так и переменного тока, можно подключать к гнездам XS1 без соблюдения полярности.

Для питания эквивалента нагрузки можно использовать любой, в том числе и нестабилизированный блок с напряжением от 16 до 25 В и током до 50 мА. Диод VD3 защищает устройство от неправильной полярности питающего напряжения.

Большинство деталей размещают на печатной плате из односторонне фоль-гированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2 .

Плату устанавливают на верхней крышке корпуса из изоляционного материала. Через отверстия в плате переменные резисторы, переключатели и светодиоды крепят на верхней крышке корпуса. Гнезда закрепляют на одной из боковых стенок. Полевой транзистор размещают на теплоотводе соответствующей площади. К нему прикрепляют корпус с платой.

В устройстве можно применить любые транзисторы из серий КТ315, КТ312 (VT1, VT2), КП707Б, КП707А2 или другие аналогичные (VT3). От параметров транзистора VT3 зависят все параметры эквивалента нагрузки: максимальный ток, напряжение и мощность. Диоды КД522Б (VD1 - VD3) заменимы любыми из серий КД521, КД522, КД103, КД102. Диодный мост VD4 должен быть рассчитан на максимальный ток полевого транзистора. Допустимо использовать отдельные диоды, которые можно также разместить на теплоотводе. Светодиоды - серий АЛ307, АЛ341 или аналогичные, желательно с различным цветом свечения. Конденсаторы - КМ-6, К73-17(С1), КЛС, К10-17, КД(С2), резисторы R2 и R3 - СПО, СП4, остальные - МЛТ, С2-33. Переключатели - МТ-1 или аналогичные, а также любые малогабаритные. Монтаж сильноточных цепей эквивалента нагрузки следует выполнить проводниками большого диаметра.

Какого-либо налаживания устройство не требует, поскольку частота генератора не критична. Для контроля тока, протекающего через эквивалент нагрузки, его подключают к исследуемому блоку питания через амперметр.

Следует учесть, что при небольшом напряжении контролируемого блока питания (до 10...12 В) большого тока через полевой транзистор не получить из-за того, что его сопротивление в открытом состоянии составляет несколько ом. Поэтому, если необходим значительно больший ток, придется включить параллельно несколько таких транзисторов, в цепь истока каждого из которых нужно будет подключить резистор сопротивлением 0,1...0,2 Ом, или применить другой транзистор на больший ток (чаще всего они низковольтные), у которого сопротивление канала меньше, например, IRF520.

И. НЕЧАЕВ, г. Москва

При налаживании и испытании сильноточных блоков питания возникает потребность в мощном эквиваленте нагрузки, сопротивление которого можно изменять в широких пределах. Использование для этих целей мощных переменных резисторов не всегда возможно из-за сложности их приобретения, а пользоваться набором постоянных неудобно, поскольку нет возможности плавно регулировать сопротивление нагрузки.

Выходом из такой ситуации может быть применение универсального эквивалента нагрузки, собранного на мощных транзисторах. Принцип работы этого устройства основан на том, что, изменяя управляющее напряжение на затворе (базе) транзистора, можно изменять ток стока (коллектора) и устанавливать необходимое его значение. Если применить мощные полевые транзисторы, то мощность такого эквивалента нагрузки может достигать нескольких сотен ватт.

В большинстве описанных ранее подобных конструкций, например , осуществляется стабилизация потребляемого нагрузкой тока, который слабо зависит от приложенного напряжения. Предлагаемый эквивалент нагрузки по своим свойствам подобен переменному резистору.

Схема устройства показана на рис. 1.

Устройство содержит делитель входного напряжения R1-R3 и два источника тока, управляемых напряжением (ИТУН). Первый ИТУН собран на ОУ DA1.1 и транзисторе VT1, второй - на ОУ DA1.2 и транзисторе VT2. Резисторы R5 и R7 - датчики тока, резисторы R4, R6 и конденсаторы С3-С6 обеспечивают устойчивую работу ИТУН.

На вход каждого ИТУН подано напряжение UR3 с резистора R3, которое пропорционально входному напряжению и равно Uвх * R3/(R1+R2+R3). Ток первого ИТУН, протекающий через транзистор VT1, равен IVT1= UR3/R5, ток второго, протекающий через транзистор VT2, - IVT2= UR3/R7. Поскольку сопротивление резисторов R5 и R7 одинаково, то входное сопротивление эквивалента нагрузки равно Rвх= U вх/(IVT1+IVT2) = R5(R1+R2+R3)/2R3. Для указанных на схеме номиналов резисторов Rвх можно изменять резистором R1 приблизительно от 1 до 11 Ом.

В качестве регулирующих элементов, на которых рассеивается почти вся мощность, применены мощные полевые переключательные транзисторы IRF3205. Транзистор этой серии имеет минимальное сопротивление канала 0,008 Ом, допустимые ток стока 110 А, рассеиваемую мощность до 200 Вт, напряжение сток-исток 55 В. Эти параметры соответствуют температуре корпуса 25 °С. При нагревании корпуса до 100 °С предельная мощность снижается вдвое. Предельная температура корпуса - 175 °С. Для увеличения максимальной мощности оба ИТУН включены параллельно.

Большая часть деталей размещена на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 2).

Фотография платы с деталями показана на рис. 3.

Использованы элементы для поверхностного монтажа: резисторы Р1-12 или аналогичные импортные, причем R5 и R7 составлены из пяти включенных параллельно резисторов по 0,1 Ом. Конденсаторы - также для поверхностного монтажа, но можно применить К10-17 или аналогичные. Переменный резистор R1 - СПО, его можно заменить на СП4-1.

Транзисторы установлены на общий теплоотвод с обязательным использованием теплопроводящей пасты. Следует помнить, что он электрически соединен со стоками полевых транзисторов.

Для обдува теплоотвода использован вентилятор (М1) от компьютерного блока питания. Для питания ОУ DA1 и вентилятора М1 необходим отдельный стабилизированный источник с напряжением 12 В. Если при суммарной рассеиваемой мощности 150...200 Вт температура корпусов транзисторов превысит 80...90 °С, то необходимо установить еще один вентилятор или применить более эффективный теплоотвод.

Используя выражение для эквивалентного входного сопротивления, можно подобрать номиналы элементов для получения требуемого интервала его изменения. С целью упрощения устройства можно использовать только один ИТУН, но в таком случае максимальная рассеиваемая мощность уменьшится вдвое. При испытаниях трансформаторов и других источников переменного тока на входе устройства следует установить диодный мост соответствующей мощности, как показано пунктиром на рис. 1 в статье .

ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. - Радио, 2002, № 2, с. 40,41.
2. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. - Радио, 2005, № 1, с. 35.