Klein las - konstante stroom: 4 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Ek het vir myself 'n bank -PSU ontwikkel en uiteindelik die punt bereik waar ek 'n las daarop wil lê om te sien hoe dit presteer. Nadat ek die uitstekende video van Dave Jones gekyk en na 'n paar ander internetbronne gekyk het, het ek Tiny Load gekry. Dit is 'n verstelbare konstante stroomlas, wat ongeveer 10 ampère behoort te kan hanteer. Die spanning en stroom word beperk deur die graderings van die uitgangstransistor en die grootte van die koellichaam.

Daar moet gesê word, daar is 'n paar baie slim ontwerpe! Tiny Load is regtig basies en eenvoudig, 'n effense verandering van Dave se ontwerp, maar dit sal steeds die krag wat nodig is om 'n psu te toets, laat verdwyn, solank dit nie meer sap kry as wat dit kan hanteer nie.

Tiny Load het nie 'n stroommeter nie, maar u kan 'n eksterne ammeter aansluit of die spanning oor die terugvoerweerstand monitor.

Ek het die ontwerp effens verander nadat ek dit gebou het, so die weergawe wat hier aangebied word, het 'n LED om aan te dui dat dit aangeskakel is en 'n beter PCB -patroon vir die skakelaar.

Die skematiese en PCB -uitleg word hier aangebied as PDF -lêers en ook as JPEG -beelde.

Stap 1: Beginsel van werking

Hier is 'n verduideliking vir diegene wat nie goed vertroud is met elektroniese beginsels nie, hoe die kring werk. As dit alles aan u bekend is, kan u gerus voortgaan!

Die hart van die Tiny Load is 'n LM358 dubbele versterker, wat die stroom wat in die vrag vloei, vergelyk met 'n waarde wat u stel. Op-versterkers kan nie stroom direk opspoor nie, dus word die stroom verander in 'n spanning wat die op-amp kan opspoor deur die weerstand, R3, bekend as die stroomwaarnemingsweerstand. Vir elke versterker wat in R3 vloei, word 0,1 volt vervaardig. Dit word getoon deur die wet van Ohm, V = I*R. Omdat R3 'n baie lae waarde het, word dit by 0,1 ohm nie te warm nie (die krag wat dit versprei, word deur I²R gegee).

Die waarde wat u stel, is 'n breukdeel van 'n verwysingspanning - weer word spanning gebruik omdat die op -amp nie stroom kan opspoor nie. Die verwysingspanning word deur 2 diodes in serie geproduseer. Elke diode sal 'n spanning daaroor ontwikkel in die omgewing van 0,65 volt, wanneer 'n stroom daardeur vloei. Hierdie spanning, wat gewoonlik tot 0.1 volt aan weerskante van hierdie waarde is, is 'n inherente eienskap van silikon p-n-aansluitings. Die verwysingspanning is dus ongeveer 1,3 volt. Omdat dit nie 'n presisie -instrument is nie, is hier geen groot akkuraatheid nodig nie. Die diodes kry hul stroom via 'n weerstand. gekoppel aan die battery. Die verwysingspanning is 'n bietjie hoog om die las op 'n maksimum van 10 ampère te stel, dus die potensiometer wat die uitsetspanning stel, word in serie verbind met 'n 3k -weerstand wat die spanning 'n bietjie laat daal.

Omdat die verwysing en die huidige waarnemingsweerstand aan mekaar gekoppel is en gekoppel is aan die op-amp se nul volt-verbinding, kan die op-amp die verskil tussen die twee waardes opspoor en die uitset daarvan aanpas sodat die verskil tot byna nul verminder word. Die duimreël wat hier gebruik word, is dat 'n op-amp altyd die uitset sal probeer aanpas sodat die twee insette op dieselfde spanning is.

Daar is 'n elektrolitiese kondensator oor die battery gekoppel om ontslae te raak van enige geraas wat in die op-amp se toevoer kom. Daar is nog 'n kondensator oor die diodes gekoppel om die geraas wat hulle produseer, te demp.

Die sake -einde van die Tiny Load word gevorm deur 'n MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Ek het hierdie een gekies omdat dit in my rommelbak was en voldoende spanning en stroom vir hierdie doel gehad het, maar as u 'n nuwe een koop, is daar baie meer geskikte toestelle.

Die mosfet werk soos 'n veranderlike weerstand, waar drein gekoppel is aan die + kant van die toevoer wat u wil toets, die bron aan R3 gekoppel is, en daardeur na die - leiding van die toevoer wat u wil toets, en die hek is verbind na die uitset van die op-amp. As daar geen spanning op die hek is nie, tree die mosfet op soos 'n oop kring tussen die dreinering en die bron, maar as spanning bo 'n sekere waarde (die "drumpelspanning") aangewend word, begin dit gelei. Verhoog die hekspanning genoeg en die weerstand daarvan word baie laag.

Die op-amp hou dus die hekspanning op 'n vlak waar die stroom wat deur R3 vloei, 'n spanning laat ontwikkel wat byna gelyk is aan die breuk van die verwysingspanning wat u stel deur die potensiometer te draai.

Omdat die mosfet soos 'n weerstand optree, het dit spanning daaroor en stroom vloei daardeur, wat veroorsaak dat dit krag versprei, in die vorm van hitte. Hierdie hitte moet êrens heen gaan, anders vernietig dit die transistor baie vinnig, daarom word dit vasgemaak aan 'n koellichaam. Die wiskunde vir die berekening van die koellengrootte is eenvoudig, maar ook 'n bietjie donker en geheimsinnig, maar is gebaseer op die verskillende termiese weerstande wat die vloei van hitte deur elke deel van die halfgeleieraansluiting na die buite -lug belemmer en die aanvaarbare temperatuurverhoging. U het dus die termiese weerstand van die aansluiting tot die transistorkas, van die omhulsel na die koellichaam en deur die koellug na die lug, en voeg dit bymekaar vir die totale termiese weerstand. Dit word in ° C/W gegee, dus vir elke watt wat afgeneem word, sal die temperatuur met die aantal grade styg. Voeg dit by die omgewingstemperatuur en u kry die temperatuur waarteen u halfgeleierkruising werk.

Stap 2: Onderdele en gereedskap

Ek het die Tiny Load meestal gebou met rommeldose -onderdele, so dit is 'n bietjie willekeurig!

Die PCB is gemaak van SRBP (FR2) wat ek toevallig het omdat dit goedkoop was. Dit is bedek met 1oz koper. Die diodes en kondensators en mosfet is ou gebruikte, en die op-amp is een van 'n pakkie van 10 wat ek 'n rukkie gelede gekry het omdat dit goedkoop was. Koste is die enigste rede waarom ek 'n smd -toestel hiervoor gebruik - 10 smd -toestelle kos my dieselfde as een deur een gat.

• 2 x 1N4148 diodes. Gebruik meer as u meer stroom wil laai.
• MOSFET -transistor, ek het 'n BUK453 gebruik, want dit was wat ek toevallig gehad het, maar kies wat u wil, solank die huidige telling meer as 10A is, die drempelspanning onder ongeveer 5v is en die Vds hoër is as die maksimum wat u verwag gebruik dit by, dit behoort goed te wees. Probeer om een te kies wat ontwerp is vir lineêre toepassings eerder as om oor te skakel.
• 10k potensiometer. Ek het hierdie waarde gekies, want dit was wat ek toevallig gehad het, wat ek van 'n ou TV afgehaal het. Almal met dieselfde penafstand is wyd beskikbaar, maar ek is nie seker oor die monteerpunte nie. Miskien moet u die borduitleg hiervoor verander.
• Knop om by die potensiometer te pas
• 3k weerstand. 3.3k behoort net so goed te werk. Gebruik 'n laer waarde as u meer stroom wil laai met die 2-diode verwysing.
• LM358 op-amp. Elke tipe spoor-tot-spoor-tipe moet eintlik die werk doen.
• 22k weerstand
• 1k weerstand
• 100nF kapasitor. Dit moet regtig keramiek wees, alhoewel ek 'n film een gebruik het
• 100uF kapasitor. Dit moet ten minste 10V wees
• Weerstand van 0,1 ohm, minimum nommer van 10W. Die een wat ek gebruik het, is te groot, maar die koste was die oorweldigende faktor hier. 'N Metaal omhulde 25W 0.1 ohm weerstand was goedkoper as die meer geskikte tipes. Vreemd maar waar.
• Heatsink - 'n ou CPU -heatsink werk goed, en het die voordeel dat dit ontwerp is om 'n waaier aan te sit as u dit nodig het.
• Termiese heatsink -verbinding. Ek het geleer dat keramiekverbindings beter werk as metaalgebaseerde. Ek het Arctic Cooling MX4 gebruik wat ek toevallig gehad het. Dit werk goed, is goedkoop en jy kry baie!
• Klein stuk aluminium vir hakie
• Klein skroewe en moere
• klein skyfie skakelaar

Stap 3: Konstruksie

Ek het die klein vrag uit 'n rommelbak of baie goedkoop onderdele gebou

Die heatsink is 'n ou CPU -heatsink van die Pentium -era. Ek weet nie wat die termiese weerstand is nie, maar ek vermoed dat dit ongeveer 1 of 2 ° C/W is, gebaseer op die foto's onderaan hierdie gids: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc … hoewel ervaring nou sou suggereer dat dit eerder beter is as dit.

Ek het 'n gat in die middel van die koellichaam geboor, daaraan getik en die transistor met 'n termiese verbinding MX4 daarop gemonteer en die skroef direk in die gat gegrawe. As u nie die middele het om gate te tik nie, boor dit net 'n bietjie groter en gebruik 'n moer.

Ek het oorspronklik gedink dat dit beperk sou wees tot ongeveer 20W verspreiding, maar ek het dit op 75W of hoër laat loop, waar dit redelik warm geword het, maar nog steeds nie te warm om te gebruik nie. As 'n koelwaaier aangeheg is, sal dit nog hoër wees.

Dit is nie nodig om die huidige sensorweerstand aan die bord vas te maak nie, maar wat is die punt om boutgate te hê as u nie iets daaraan kan vasmaak nie? Ek het klein stukkies dik draad wat van elektriese werk oorgebly het, gebruik om die weerstand aan die bord te koppel.

Die aan / uit -skakelaar kom van 'n speelgoed wat nie meer gebruik is nie. Ek het die gatruimtes verkeerd op my PCB, maar die spasie op die PCB -uitleg wat hier gegee word, moet pas as u dieselfde tipe miniatuur SPDT -skakelaar het. Ek het nie 'n LED in die oorspronklike ontwerp ingesluit om aan te toon dat Tiny Load aangeskakel, maar besef dit is 'n dwase weglating, so ek het dit bygevoeg.

Die dik spore soos dit staan, is nie regtig dik genoeg vir 10 ampère met die 1 oz koperplank wat gebruik word nie, so dit word met 'n paar koperdraad vergroot. Elke spoor het 'n stuk 0,5 mm koperdraad rondom gelê en met tussenposes vasgesoldeer, behalwe die kort stuk wat met die grond verbind word, aangesien die grondvlak baie grootmaat toevoeg. Maak seker dat die bygevoegde draad direk na die mosfet en weerstandspennetjies gaan.

Ek het die PCB gemaak met behulp van die toneroordragmetode. Daar is 'n groot hoeveelheid literatuur hieroor, so ek sal nie daarop ingaan nie, maar die basiese beginsel is dat u 'n laserprinter gebruik om die ontwerp op 'n blink papier te druk, dit dan op die bord te stryk en dan te ets. Dit. Ek gebruik 'n paar goedkoop geel tonerpapier uit China en 'n strykyster wat effens laer as 100 ° C is. Ek gebruik asetoon om die toner skoon te maak. Vee net aan met lappe met vars asetoon totdat dit skoon word. Ek het baie foto's geneem om die proses te illustreer. Daar is baie beter materiaal beskikbaar vir die werk, maar 'n bietjie buite my begroting! Ek moet gewoonlik my oordragte met 'n merkpen aanraak.

Boor die gate volgens u gunsteling metode, en voeg dan die koperdraad by die breë spore. As jy mooi kyk, kan jy sien dat ek my boorwerk 'n bietjie deurmekaar gemaak het (want ek het 'n eksperimentele boormasjien gebruik wat effens onvolmaak is. As dit reg werk, doen ek 'n instruksie daaroor, ek belowe!)

Monteer eers die op-amp. As u nog nie voorheen met smd's gewerk het nie, moenie geïntimideer word nie, dit is redelik maklik. Bind eers een van die pads op die bord met 'n baie klein hoeveelheid soldeersel. Plaas die skyf baie versigtig en plak die betrokke pen vas aan die kussing wat u geblik het. Nou, die chip beweeg nie rond nie; u kan al die ander penne soldeer. As u vloeistofvloei het, kan die proses makliker toegedien word.

Pas die res van die komponente, die kleinste eerste, waarskynlik die diodes. Maak seker dat u dit op die regte manier kry. Ek het dinge effens agteruit gedoen deur eers die transistor op die heatsink te monteer, omdat ek dit aanvanklik gebruik het.

Die battery is 'n rukkie met kleefblokkies op die bord aangebring, wat ongelooflik goed gewerk het! Dit is gekoppel met 'n standaard pp3 -aansluiting, maar die bord is ontwerp om 'n meer aansienlike tipe houer te neem wat die hele battery inklamp. Ek het 'n paar probleme ondervind om die batteryhouer reg te maak, aangesien dit 2,5 mm -skroewe benodig, wat ek nie kan gebruik nie. Ek het die gate in die klem tot 3,2 mm geboor en dit tot 5,5 mm geboor (dit is nie 'n regte boor nie, ek het net 'n boorpunt gebruik!), Maar ek het gevind dat die groter boor die plastiek baie skerp gryp en deur een van die gate gegaan het. U kan natuurlik kleefblokkies gebruik om dit reg te stel, wat agterna beter kan wees.

Sny die batteryklemdrade sodat u ongeveer 'n sentimeter draad het, maak die ente vas, trek dit deur die gate in die bord en soldeer die ente deur die bord.

As u 'n metalen omhulselweerstand soos die hierbo gebruik, pas dit met dik leidings. Daar moet 'n afstandhouer tussen dit en die bord wees, sodat die op-amp nie oorverhit word nie. Ek het moere gebruik, maar metaalmoue of stapels wassers wat op die bord vasgemaak was, sou beter gewees het.

Een van die boute wat die batteryklem vasmaak, gaan ook deur een van die weerstandsboute. Dit blyk 'n slegte idee te wees.

Stap 4: Dit in gebruik neem, verbeterings, 'n paar gedagtes

Gebruik: Tiny Load is ontwerp om 'n konstante stroom uit 'n toevoer te trek, maak nie saak wat die spanning is nie, dus hoef u niks anders daaraan te koppel nie, behalwe 'n ammeter, wat u in serie met een van die ingange moet plaas.

Draai die knop tot nul en skakel Tiny Load aan. U behoort 'n klein hoeveelheid stroom te sien, tot ongeveer 50mA.

Pas die knop stadig aan totdat die stroom waarteen u wil toets vloei, doen die toetse wat u moet doen. Kyk of die koeler nie te warm is nie - die duimreël is dat dit te warm is as dit u vingers brand. U het drie opsies in hierdie geval:

1. Verlaag die toevoerspanning
2. Draai Tiny Load af
3. Laat dit vir kort tussenposes hardloop, met genoeg tyd om tussenin af te koel
4. Plaas 'n waaier op die koeler

OK okay dit is vier opsies:)

Daar is geen insetbeskerming nie, dus wees baie versigtig dat die insette op die regte manier verbind is. As u dit verkeerd verstaan, sal die intrinsieke diode van die mosfet al die beskikbare stroom gelei en die mosfet waarskynlik in die proses vernietig.

Verbeterings: Dit het vinnig geblyk dat Tiny Load sy eie middele moet hê om die stroom wat dit trek, te meet. Daar is drie maniere hiervoor.

1. Die eenvoudigste opsie is om 'n ammeter in serie te pas met die positiewe of negatiewe insette.
2. Die mees akkurate opsie is om 'n voltmeter oor die sintuigweerstand te koppel, wat op die weerstand gekalibreer is, sodat die spanning wat aangedui word, die stroom aandui.
3. Die goedkoopste opsie is om 'n papierskaal te maak wat agter die stuurknop pas en 'n geykte skaal daarop te merk.

Die gebrek aan omgekeerde beskerming kan moontlik 'n groot probleem wees. Die intrinsieke diode van die mosfet sal bepaal of Tiny Load aangeskakel is of nie. Daar is weer 'n aantal opsies om dit op te los:

1. Die eenvoudigste en goedkoopste metode sou wees om 'n diode (of 'n paar diodes parallel) in serie met die ingang te verbind.
2. 'N Duurder opsie is om 'n mosfet te gebruik wat ingeboude beskerming bied. OK, so dit is ook die eenvoudigste metode.
3. Die mees komplekse opsie is om 'n tweede mosfet in anti-reeks aan te sluit met die eerste, wat slegs gelei word as die polariteit korrek is.

Ek het besef dat soms 'n verstelbare weerstand soms nodig is, wat baie krag kan versprei. Dit is moontlik om 'n aanpassing van hierdie stroombaan te gebruik, baie goedkoper as die aankoop van 'n groot reostaat. Wees dus op die uitkyk vir Tiny Load MK2, wat na die weerstandsmodus oorgeskakel kan word!

Laaste gedagtes Tiny Load het bewys dat dit nuttig was nog voordat dit klaar was, en werk baie goed. Ek het egter probleme ondervind met die konstruksie daarvan, en ek het agterna besef dat 'n meter en 'aan' -aanwyser waardevolle verbeterings sou wees.