Как выбрать блок питания для светодиодной ленты 12В или 24В
Импульсные блоки питания предназначены для преобразования переменного напряжения, которое используется в бытовой электросети (в квартирах, офисах и т.д.) в постоянное, которое необходимо для работы светодиодных лент. Также импульсный блок питания понижает напряжение с 220В до 12В.
Но прежде чем выбирать блок питания для светодиодной ленты, нужно определиться с ее типом, длиной и мощностью. О том, как правильно выбрать ленту, мы писали здесь.
Если вы остановили выбор на ленте с напряжением 12 или 24В, то можно подбирать блок питания. И первое, с чего нужно начать, — определить его мощность, которая требуется в вашем случае.
Формула расчета мощности блока питания
Для правильного выбора блока питания используют следующую формулу:
Потребляемая мощность с одного метра (Вт/м) * Необходимая длина светодиодной ленты (м) + 20 % (запас по мощности) = Мощность блока питания (Вт).
Дополнительные 20% — это запас мощности, который необходим для обеспечения стабильной работы блока питания. Без запаса блок при полной нагрузке будет работать на максимальной мощности, что приведет к его перегреванию и быстрому выходу из строя. Если блок питания перегружен – срабатывает защита от перегрева. Это приводит к морганию светодиодной ленты, так как защита отключает подачу питания (чтобы блок охладился до безопасной температуры).
Разберем все на конкретном примере.
Светодиодная лента артикул 00-120. Лента светодиодная 12В, 8 Вт/м, SMD 2835, 60 д/м, IP20, 800 Лм/м, ширина подложки 8мм, цвет теплый белый, требуемая длина — 2,5 метра.
Подставляем данные в формулу:
Потребляемая мощность — 8 Вт/м * Необходимая длина — 2,5 м + 20 % (запас мощности) = 24 Вт. Из ближайших по мощности блоков питания выбираем блок 25 Вт, арт. 03-02.
Степень защиты от пыли и влаги
При выборе блока питания, как и при выборе самой ленты, учитывают класс пылевлагозащиты. Подробнее о классе IP защиты можно прочитать здесь.
Необходимо, чтобы блок питания соответствовал не только заявленной мощности светодиодной ленты, но и ее классу защиты от пыли и влаги.
Для помещений с нормальным сухим микроклиматом (например, спальня) существует большое количество стандартных блоков питания со степенью пылевлагозащиты IP20.
Корпус таких блоков сделан из алюминия, железа или другого металла и имеет на верхней части отверстия для дополнительного охлаждения. Такие блоки питания лишь минимально защищены от пыли или других мелких частиц и совсем не защищены от влаги.
Для размещения в местах повышенной влажности, в производственных помещениях, а также для наружного размещения используются герметичные блоки питания (класса IP65 и IP67). При этом речь идет не только о ванной комнате, но и о кухне, где тоже часто бывает высокая влажность.
Электрическая схема в таких блоках питания полностью залита водонепроницаемым компаундом, но их степень влагозащиты различается в зависимости от класса:
- IP65 – защищен от проникновения воды, но без погружения.
- IP67 – защищен от проникновения воды, с возможностью кратковременного погружения на глубину до 1 метра.
Обратите внимание: защита блока не защищает контакты, поэтому иногда их надо дополнительно герметизировать.
И еще одна важная вещь — герметичные блоки залиты компаундом и имеют малую степень теплоотвода. Для лучшего охлаждения, при подключении лент большой мощности и/или использования блоков в закрытых пространствах, необходимо применять дополнительную принудительную вентиляцию внешними вентиляторами.
Один блок питания большой мощности или несколько малой мощности
Есть практическая разница в использовании одного мощного или нескольких маломощных блоков питания.
Несколько маломощных блоков питания
При подключении светодиодной ленты большой длины и большой мощности в обычных помещениях, где необходима дополнительная шумоизоляция (спальные комнаты, комнаты отдыха и т.д.), рекомендуется использовать несколько маломощных блоков питания.
Такие блоки имеют компактные размеры с возможностью размещения в небольшом пространстве. Их корпус позволяет производить охлаждение без использования принудительной вентиляции. Но для лучшего теплоотвода необходимо предусмотреть дополнительное свободное пространство вокруг таких блоков (обычно достаточно 20 см со всех сторон).
Один мощный блок питания
Для подключения светодиодной ленты большой длины и большой мощности может применяться и один мощный блок питания.
Эти блоки питания используют в местах, где есть пространство для установки блоков таких размеров, и существует общий шумовой фон (офисы, магазины и т.д.).
Для отвода выделяемого тепла в таких блоках требуется активная вентиляция: внешний или встроенный вентилятор (кулер), что может создать ряд неудобств при эксплуатации в тихих помещениях (спальнях и местах отдыха).
Особенности установки блоков питания
При выборе блока необходимо учитывать его конструктивные и габаритные параметры, такие как исполнение корпуса (стандартный плоский и широкий или длинный и тонкий).
Также необходимо обеспечить вентиляцию и соблюсти требования пожарной безопасности, предусмотреть возможность доступа при последующей эксплуатации и ограничить возможность случайного контакта детей с блоком.
Не рекомендуется устанавливать блоки питания рядом с отопительными приборами и оборудованием, вырабатывающим тепло (например, комнатные батареи). Нельзя устанавливать блоки друг на друга. Минимальное расстояние между подключаемыми блоками питания должно составлять 20 см и более.
При выполнении этих простых правил блоки питания для светодиодной ленты будут работать долго и надежно.
Пара электронных нагрузок в виде отдельных модулей
Я уже писал как минимум три обзора электронных нагрузок, как полностью самодельной, так и собранной из «конструктора», а также заводского изготовления. В данном случае оба варианта относятся скорее к классу «конструкторов», так как не являются функционально законченным изделием, хотя и могут работать сам по себе, но требуют как минимум блока питания.
Увидел я их почти год назад, заинтересовался, и вот решил таки купить, а заодно проверить как оно «покупать на Тао».
В общем кому интересна эта тема, думаю найдут для себя много интересного.
Отчасти предпосылкой купить была сложность с проверкой мощных БП, когда моих 300-400 Ватт совсем не хватало, отчасти расширение кругозора, ну и не последним в списке была попытка купить на Таобао, потому как там попадаются весьма интересные вещи.
Проблем при покупке не возникло, и в итоге через некоторое время я получил довольно объемную посылку. Здесь я сделал небольшую ошибку, доставка довольно недешевая, а железки мои довольно увесистые.
Упаковано все было просто отлично, но это стало и небольшим минусом, так как чем больше упаковочного материала, тем выше выходит стоимость доставки 🙁
На втором фото вы видите не два товара, а один. При этом справа одна из нагрузок, а слева то, во что она была упакована.
Вторая нагрузка была упакована еще лучше, но в данном случае это была упаковка продавца, такая вот мягкая коробочка.
Не, все классно, посредник не только упаковал хорошо, но и перед этим прислал письмо, мол уважаемый Кирич, мы тут получили две непонятные железяки, а как их проверить мы даже понятия не имеем, даже не знаем что оно такое.
На что я ответил, спокойно, не паникуйте, сравните с фото в магазине, если примерно похоже, то шлите 🙂
В общем докопался я до своего заказа и в итоге на столе лежали только две электронные нагрузки.
Первой покажу «глупую», т.е. без возможности подключения к компьютеру, просто нагрузку.
Заявленная мощность — до 300 Ватт
Напряжение — до 150 Вольт
Ток — до 40 Ампер
Режимы — CC\CV
В ассортименте было много разных вариантов, которые условно отличаются напряжением 150/60 Вольт, а также током 10/20/30/40 Ампер, а также конструкцией регулировки — разъем на плате, подстроечный резистор на плате или внешний переменный резистор.
Я выбрал сразу самый «навороченный» вариант и одновременно самый мощный, т.е. 150 Вольт, 40 Ампер, 300 Ватт с внешним резистором.
Как вы видите, конструкция состоит из по сути двух одинаковым модулей, соединенных вместе. Есть также вариант с мощностью 150 Ватт, состоящий из одного модуля.
Под внешним резистором подразумевается обычный переменный резистор на небольшой платке. Забегу сразу немного вперед, смысла заказывать так нет, для удобного управления надо либо заказывать нагрузку с диапазоном 60 Вольт, либо еще лучше — поставить многооборотный резистор.
Конструкция системы охлаждения (собственно самая тяжелая часть), состоит из двух вентиляторов и специального алюминиевого радиатора, через который продувается воздух.
За конструкцию 5 баллов, где бы разжиться подобным алюминиевым профилем, еще лучше если размера не 50х50мм, а например 80х80, ну хотя бы 60х60.
Пара довольно мощных, но и весьма шумных вентиляторов, закрытых защитными решетками. Сначала подумал, вот экономисты, поставили всего по два винта на решетку, потом оказалось, что вторую пару винтов просто вкручивать некуда. Не, все таки экономисты 🙂
Две платы управления соединенные вместе, хотя корректнее сказать — не разъединенные, так как при изготовлении они обычно так и идут.
С одной платы на другую протянут проводок и явно прослеживается идея, когда одна плата делается ведущей, а вторая ведомой.
Большая часть разъемов отсутствует, но попробую пояснить, что к чему.
Ref — регулировка внешним напряжением 0-5 Вольт.
Potentiometr — внешний переменный резистор, средний контакт выведен на тот же Ref, т.е. меняет напряжение в диапазоне 0-5 Вольт.
Fan — подключение вентилятора, провода просто припаяны без всяких разъемов.
Con 1, в левой плате запаян разъем — питание 12-15 Вольт.
Также есть место под разъем 74HC. Вообще это обычно обозначение серии логических микросхем, но что в данном случае, я не знаю. Один контакт идет на землю, четыре — к микроконтроллеру.
Con 4 — термодатчик.
На другой конец платы выведены силовые разъемы для подключения нагрузки, а также:
Con 2 — по сути стоит последовательно с силовым разъемом Vin, скорее всего туда должен ставиться предохранитель, реально там припаяна какая-то пластинка. Как вариант — подключить амперметр, но разъем какой-то хиленький для тока в 20 Ампер.
Con 3 — на этот разъем выведена земля, +12 Вольт и входное напряжения Vin. Сюда можно подключить вольтметр
Fan 2 — Подключение второго вентилятора (работающего на выдув), подключенного параллельно первому.
В качестве собственно нагрузки работают четыре полевых транзистора IRFP460A. Получается по 75 Ватт на один корпус TO-247, на мой взгляд это много, очень много, мощность превышена как минимум в 1.5 раза. Обусловлено это тем, что в линейном режиме полевые транзисторы работают гораздо тяжелее. Собственно потому в моей самодельной для мощности в 400 Ватт установлены 8 транзисторов, по 50 Ватт на корпус, и то это многовато.
Но вот то, что транзисторы подключены правильно, я не могу не отметить, каждому транзистору не только свой шунт, а и свой операционный усилитель. Точно такое решение я применял в своем варианте.
Плата прикручена на четыре винта через стойки, транзисторы имеют свой крепеж, причем не забыли не только термопасту, а и правильные винты с плоской шайбой + шайба Гровера.
Когда разбирал, то подсознательно ждал что радиаторы развалятся, но нет, все обошлось, радиаторы похоже склеены между собой.
Но вот стойки можно было закрутить и посильнее.
Снизу более явно видно, как соединены платы между собой. Кстати, для более корректного подключения силовых проводов надо подключать плюс к одной плате, а минус к другой.
Если к соединению силовых разъемов особо вопросов нет, то вот провода в лаковой изоляции для соединения питания модулей, выглядят как-то совсем неправильно. Я понимаю что они там просто спрятаны, но один провод касался стойки и со временем из-за вибрации он проскреб бы изоляцию. Вы конечно спросите, откуда вибрация. Так работает то два довольно мощных вентилятора, а большего подобным проводам и не надо.
Одна из «половинок» поближе. 
1. Вход питания защищен не только предохранителем на ток в 1 Ампер, а и не забыли о диоде, защищающем от переполюсовки. Но кроме того поставили и кучу конденсаторов по цепи питания, даже удивительно 🙂
2. Хоть нагрузка и «глупая», но все равно содержит микроконтроллер. В данном случае он управляет режимами работы, защитой от превышения мощности, а также вентилятором.
3, 4. Три операционных усилителя LM321. Пара обслуживает датчики тока и управления транзисторами, а один (насколько я понял) режим CV.
Кстати о управлении вентиляторами. Сделано весьма продуманно. Если нагрузка холодная, то вентилятор выключен. Включается ступенчато при превышении мощности в 20-30 Ватт на один модуль постепенно поднимая мощность обдува.
Если отключить нагрузку при холодных радиаторах, то вентиляторы выключаются сразу. Но если сначала прогреть, то выключатся они только когда температура снизится примерно до 35 градусов.
Т.е. вентиляторы управляются ступенчато и в зависимости от мощности и температуры.
Параллельно входным, силовым клеммам установлен керамический конденсатор. В моей старой также есть конденсатор, но заметно большей емкости, потому иногда немного искрит при подаче питания на вход.
У менее мощной и более «умной» нагрузки вариантов выбора было заметно меньше, 60/150 Вольт и 5/10/20 Ампер. И опять я выбрал самый мощный и высоковольтный вариант и в данном случае это возможно было ошибкой.
Ссылка на этот вариант, цена в зависимости от характеристик — USD 17.47-22.49
Вторая нагрузка выглядит заметно меньше размером, я бы даже сказал, что по своему она даже маленькая 🙂
Применен точно такой же вентилятор и радиатор, впрочем это неудивительно, я сам бы так сделал. 
На одну из сторон вынесены шунты и клеммы для подключения к тестируемому источнику.
Хоть здесь ток всего 20 Ампер, против 40 у предыдущей, клеммы более основательные. А кроме того правая клемма может быть перепаяна немного по другому и тогда можно подключить внешний балластный резистор для увеличения мощности, правда для этого придется перепрошивать контроллер, а прошивок нет 🙁
Позже я узнал, почему такие мощные клеммы, дело в том, что есть версия этой нагрузки с током до 30, 40 и даже 50 Ампер!
На правую сторону вынесена плата управления, соединенная с силовой платой при помощи шлейфа.
По печатной плате уже можно понять, что она рассчитана на большее. при этом видно, что от каждого из силовых транзисторов идет отдельная цепь для выравнивания тока на транзисторах.
Правда не обошлось и без косяков, хотя в данном случае несущественных. К транзисторам подходит силовая дорожка, а измерительная должна подходить прямо к контактам шунта. Здесь это немного видно не левой паре силовых дорожек. У правой тройки сигнал берется прямо с вывода транзистора и напряжение измеряется в цепи шунт + дорожка, а так как сопротивление меди зависит от температуры, то и сигнал будет «плавать». Но так как эта цепь не участвует в измерении тока для самой нагрузки, то можно «понять и простить».
Важное дополнение, здесь присутствует и третья плата, конвертер UART-RS485. причем конвертер с гальванической развязкой и защитными супрессорами в цепи выхода. В общем считаем что зачет, действительно полезно.
У продавца написано, что при желании можно дополнить Bluetooth конвертером. Что же, весьма полезно, как я считаю.
Так как под рукой конвертера для подключения к компьютеру у меня не было, то купил самый дешевый, буквально за 1.1 бакса в ближайшем магазине.
Собран на базе CH340 + MAX485, я считаю что за чуть больше доллара это отлично.
Подключение предельно простое, драйвер у меня в системе уже был, но если нет, то ищется в инете без проблем.
Дальше берем любой кусок провода, соединяем А с А и В с В, всё. Вообще нужен кабель типа витой пары, но в пределах квартиры будет работать даже через бельевую веревку 🙂
Выкручиваем стойку и второй винтик, теперь можно снять плату для осмотра.
Что интересно, на плате куча мест, залитых силиконом. Мне не совсем понятна цель данного действия, так как отцарапывается он без особых проблем. Как вариант — защита от влаги отдельных узлов схемы, но тоже маловероятно.
Снизу платы пусто, даже дорожек мало, при этом большая часть отдана под земляной полигон, играющий роль экрана.
Плата имеет несколько мест для установки разъемов и соответственно подключения внешних устройств.
Для начала UART, помеченный как ModbusRTU. Насколько я понимаю, для управления используется протокол Modbus, но все мои знания о нем ограничились пока прочтением статьи в википедии.
Ниже разъем SPI, я так понимаю, что он больше нужен для подключения программатора.
Еще ниже длинный ряд контактов, сюда выведены порты микроконтроллера и питание.
А вот что такое SWIM, немного правее и выше, я не понял. Похоже туда ставится какой-то джампер, средний вывод идет на микроконтроллер, крайние — земля и питание. Т.е. таким образом можно задать три сигнала — 1, 0 и Z. я в процессе пробовал все варианты, но никакой разницы не заметил.
Если в предыдущей нагрузке все было относительно просто, то здесь компонентов побольше.
1. Собственно «мозги», в виде микроконтроллера от STM.
2. Измерительный Ultralow Offset операционник OP07, усиливает сигнал с основного шунта.
3. Также на плате находится преобразователь напряжения LMC7660, он нужен для формирования отрицательного полюса питания операционных усилителей. Я делал нечто похожее в своей электронной нагрузке, там также была связка OP07 + 7660 в цепи измерения тока.
4. Также на плате установлено два прецизионных сдвоенных операционных усилителя OPA2277.
А вот здесь начинаются небольшие странности.
На плате есть место под два операционных усилителя, при этом даже распаяна вся их обвязка, т.е. просто запаять еще пару OPA2277.
Но самое непонятное то, что первая пара ОУ обслуживает три транзистора, а так как ОУ сдвоенные, то один еще остается. С оставшимся я не разбирался, скорее всего он используется либо для измерения напряжения, либо для управления тремя последующими ОУ.
На каждый транзистор приходится по одной «половинке», так как транзисторов установлено три (ниже покажу). Также есть место для еще пары транзисторов, но им достаточно одного сдвоенного ОУ, зачем еще один, да еще и распаянной обвязкой идентичной первым? Загадка.
Цепь защиты по входному питанию решена как и на предыдущей нагрузке, полисвитч, диод от переполюсовки и кучка конденсаторов.
А вот те три транзистора, о которых я писал выше. плата рассчитана под пять транзисторов, причем даже видно два термодатчика, размещенные между первым и вторым, а также между четвертым и пятым транзисторами. Оба термодатчика видятся в программе управления. Вообще решение очень правильное, производитель явно решил перестраховаться.
Но вот три транзистора из совсем разных партий, оригинально 🙂
Справа виднеется место под разъем для второго вентилятора.
Как я писал выше, на левой стороне платы установлены шунты. Пара П-образных — измерительные для собственно контроллера, данные с этих шунтов отображаются в программе. Шунтов два из пяти, пять используется скорее всего в 50 Ампер версии.
Правее три штуки М-образных — шунты в цепи силовых транзисторов, они используются для выравнивания тока для каждого транзистора отдельно. При этом каждый шунт стоит в цепи с операционным усилителем и ток выравнивается очень точно. Точно такое решение я применял в своей мощной нагрузке, только там 8 транзисторов, 8 шунтов и 4 ОУ. Данное решение является самым правильным, потому как обеспечивает равномерное распределение тока между элементами. Даже можно применить вообще разные транзисторы, ток все равно будет распределен равномерно.
При этом что интересно, на странице товара есть фотографии и показана забавная комбинация, распаяны все ОУ, применен широкий шлейф, т.е. подразумевается что установлено 5 транзисторов, но измерительный шкнт один, а балансирующих — два.
В части обзора более мощной нагрузки я не снимал вентиляторы, но судя по виду там стоят такие же. Довольно мощные вентиляторы 50мм с мощностью почти 3 Ватта от Дельты.
Собственно вентиляторы и являются основными потребителями, потому для данной нагрузки хватит БП 12 Вольт 0.3-0.35 Ампера, а для мощного варианта 12 Вольт 0.6 Ампера.
Перед тем, как перейти к тестам, я взвесил оба устройства. Скорее всего вы спросите, зачем, если они явно не переносные.
Так как заказывались они через посредника, то вес начинает играть довольно большую роль.
Суммарный «полезный вес» составил 1218 грамм, вся упаковка весила 318 грамм, итого общий вес посылки был 1536 грамм. Кстати в процессе у меня вышло превышение расчетного веса, и образовалась задолженность в 1.3 бакса, но посредник все равно выслал посылку. На вопрос — что делать с долгом, мне ответили — это будет учтено при следующей покупке.
Так как первой я осматривал мощный вариант, то и проверять первым буду его.
Подключаем блок питания и переходим к тестам.
Сначала пару слов об управлении.
Каждый модуль управляется своей кнопкой. Короткое нажатие — включение/выключение, длительное — переключение режима работы. При этом:
1. Если долго удерживать кнопку в выключенном режиме, то при включении включится второй режим.
2. Нагрузка «помнит» последний используемый режим.
На первом фото правильная комбинация, зеленый-зеленый, в этом режиме работает режим СС.
Если включить только вторую нагрузку, то ничего не произойдет, сама по себе она не работает.
Две следующих комбинации могут работать, но весьма некорректно, потому использовать их нельзя, впрочем я лучше дальше покажу с примерами.
1. Подключаем к лабораторному БП и выставляем на выходе 30 Вольт, нагрузка выключена.
2. Включаем ведущую (слева), ток нагрузки выставляем на уровне 1 Ампера.
3. Включаем ведомую, ток стал 1.84 Ампера, а не 2, как ожидалось, налицо некорректная калибровка.
4. Выключаем ведущую, ток падает до нуля, сама по себе ведомая работать не умеет.
Ради интереса проверил минимальное падение на нагрузке, даже с учетом кабеля оно составило 0.64 Вольта при токе в 5.1 Ампера. Как-то не догадался измерить сколько реально, но по расчетам выходит около 0.5-0,6 Вольта.
Режим CV. Собственно это была одна из важных причин, почему я купил эти нагрузки. Данный режим нужен не очень часто, но он не может быть заменен режимом СС.
Поясню, если вы проверяете блок питания, то он работает в режиме CV (стабилизированное напряжение) и нагружать его надо в режиме СС (стабилизированный ток). Но если вы проверяете зарядное устройство, то здесь обратная ситуация, оно работает в режиме CC, а нагружать соответственно его надо нагрузкой работающей в режиме CV.
Данный режим скорее похож на аналог мощного стабилитрона, ну или эквивалент аккумулятора, подключенного к тестируемому зарядному устройству.
Да, под зарядным я подразумеваю именно зарядное устройство, а не блоки питания с USB выходом, которые ошибочно называют зарядными.
И так, что же я выяснил.
1. Выставляем на выходе блока питания напряжение в 50-60 Вольт, в данном случае было 54 Вольта.
2. Выводим регулятор нагрузки в крайнее правое положение и постепенным вращением влево добиваемся пока БП перейдет в режим стабилизации тока. Все, нагрузка работает в режиме CV стабилизируя напряжения не уровне в 52 Вольта. Если бы это был не лабораторный БП, а обычный, то он просто ушел бы в защиту, так как нагрузка всеми силами препятствовала бы его нормальной работе.
3. Вращением резистора влево снижаем напряжение еще ниже, например до 16 Вольт. На фото разные токи, это не глюк, просто фото собирались в процессе разных экспериментов и настройка лабораторного БП менялась в процессе экспериментов.
4. Но выяснилась первая проблема — если включить ведомую нагрузку, то напряжение просаживается до нуля. Получается что вместе они в таком режиме работать не могут.
5, 6. у меня получалось запустить ведомую нагрузку в этом режиме, но на самом деле она не работала, это было даже видно по тому, что не запускался ее вентилятор. Кроме того, малейшие изменения и она опять падала в режим КЗ.
Получается что в режиме CV работает только ведущая нагрузка, потому мощность ограничена на уровне 150 Ватт, а не 300, как в режиме СС.
Вторая проблема заключалась в том, что нагрузка рассчитана на 150 Вольт и весь этот диапазон уложен в неполный оборот переменного резистора, соответственно о точности регулировки говорить не приходится, очень грубо. 60 Вольт версия была бы более точной, а здесь скорее всего придется заменить резистор на многооборотный.
Кроме того просто поигрался с разной мощностью, 250-300 Ватт в режиме СС нагрузка рассеивает вообще без проблем, шумит правда громко. Кстати, вентиляторы управляются независимо, и иногда слышно как один снизил обороты, а второй работает на полную.
В режиме CV у меня получалось нагрузить на 160-162 Ватта, дальше раздавался короткий писк из динамика и нагрузка отключалась. Стабильная работа была в районе 155 Ватт.
Для следующего эксперимента использовалось все то же самое, что и выше плюс конвертер USB-RS485 и соединительный кабель.
Особо в процессе не фотографировал, да по сути и фотографировать особо было нечего, потому дальше будет некоторое количество скриншотов, тесты и некоторые пояснения и описания проблем, которые я встретил на своем пути.
На странице товара была ссылка на китайскую «байду», где был выложен весь необходимый софт для работы с данным модулем.
Название основной программы я изменил на более вразумительное — DCL, в остальном «как есть».
То же самое, но с оригинальным именем файла и дополнительной информацией. Как видите, дали много всего, но есть одна проблема, анивирус и система защиты ОС Вин 10 (я пробовал с Вин 7, 8, 10) ругаются на троян в двух файлах (они оба выше имеют одинаковый значок в виде красного квадрата). Так как пробовать все равно хотелось, то пришлось отключить антивирус и запускать все на свой страх и риск.
В итоге запустилось такое ПО. Вернее таким оно должно быть. Я пробовал перейти по ссылке на страницу разработчика, там написано что ПО в «экспериментальном» варианте, потому возможны глюки. Вообще производитель занимается изготовление различных измерительных модулей, но об этом ближе к концу обзора, так будет логичнее.
И так пояснения, что и где в этом ПО, часть стала понятная сразу, часть уже в процессе экспериментов, а последняя часть вообще после перевода с китайского.
1. Окно ввода параметров.
2. Кнопки задания величины параметра, соответственно с шагом 100, 10, 1, 0.1 и 0.01. Первый и последний как правило не используются. Верхние кнопки увеличивают, нижние уменьшают, все довольно логично.
3. Кнопки перехода в режим калибровки, понял назначение случайно, ниже расскажу.
4. Задание режима работы — CC, CV, CW, CR
5. Выбор СОМ порта и номера устройства на этом порту (RS485 поддерживает несколько устройств на одной линии).
6. Включение/выключение нагрузки.
7. А здесь мне пришлось просить знакомых китайских менеджеров, которые знают при этом и более понятный для меня язык :). Это запись результатов работы в файл.
Когда же я запустил ПО у себя на компьютере, то все было более непонятно, вот именно по этому ПО я и разбирался, что и зачем.
Причем точно такая же картина наблюдалась на всех домашних компьютерах и планшетах.
Особенно я подвис когда увидел ток в 655 Ампер.
Но не будем о грустном, поясню основные рабочие режимы.
1. СС, нагрузка постоянным током, задаем ток до 20 Ампер (реально максимум 20.1 Ампера) и если мощность не превышает 150 Ватт, то нагрузка переходит в рабочий режим. Если есть превышение, то сигналит и отключается.
2. CV, то же самое, но выставляем напряжение ограничения. При переходе в этот режим отображается максимум в 151 Вольт, что вполне логично, так как его обычно уменьшают, а не поднимают.
3. CW, довольно распространенный режим, постоянная мощность. Задаем мощность в Ваттах и нагрузка будет поддерживать эту мощность, отбираемую от источника.
4. CR, весьма редкий режим для дешевых устройств, но довольно распространенный для промышленных. Здесь можно задать сопротивление «виртуального резистора» которым будет являться нагрузка. т.е. ток нагрузки будет напрямую зависеть от напряжения источника. к сожалению данный режим очень грубый и дает выбрать только с дискретностью в 1 Ом.
Также выяснилось, что стартует нагрузка очень мягко и иногда это даже раздражает. Например при установке тока в 3 Ампера сначала ток резко поднимается примерно до 2.3-2.3 А, а затем очень плавно доходит до установленного значения. Общее время установки около 30 секунд.
Еще одна проблема, с которой я столкнулся, это то, что по току нагрузка не была откалибрована. Но «не было счастья, да несчастье помогло». Дело в том, что по напряжению калибровка была отличной. Но меня все время смущали две кнопки справа от кнопок установки параметров. при клике на них выдавало какие-то непонятные цифры типа 4556 и 65432, явно какие-то два значения. Сначала я думал что это можно включать имитацию помех или пульсаций, сбила с толку буква Мю. Но в один «прекрасный» момент я понял, что по напряжению нагрузка также начала жутко врать.
и тут я вспомнил, что перед этим тыкал эти кнопки и пробовал что-то выбирать кнопками задания величины. Ну а дальше дело техники.
И так, о калибровке. Справа от кнопок задания величины есть еще пара, верхняя — напряжение, нижняя — ток.
Покажу как калибровать на примере тока.
Последовательно с нагрузкой включаем амперметр.
1. Выбираем режим СС, задаем ток например 4.5 Ампера (чем больше, тем лучше).
2. Тычем правую нижнюю кнопку (около кнопки -0.01), на экран выведет некую константу, она будет иметь большое значение, например 52435 или 65432). используя кнопки установки параметров добиваемся чтобы реальный ток был равен установленному.
3. Включаем опять режим СС, задаем небольшой ток, например 0.5-1 Ампер.
4. Два раза нажимаем на ту же кнопку калибровки, выведет константу с меньшим значением, например 3452 или 4321), пользуясь те ми же кнопками установки добиваемся чтобы реальное значение тока соответствовало установленному.
5. Повторить пока не надоест 🙂 После каждого раза значение большего и меньшего тока будет все больше соответствовать реальному, вернее реальный все ольше будет соответствовать установленному.
С напряжением примерно так же, но здесь есть два пути, правильный и неправильный:
1. Неправильный, подаем стабилизированное напряжение и меняя константы добиваемся чтобы показометр нагрузки показывал точно. Такой способ очень быстрый, но из-за большой дискретности отображения и менее точный.
2. Правильный. Подаем на вход напряжение с ограничением по току, например БП включенный через лампочку, но лучше БП с ограничением тока.
Подключаем к клеммам нагрузки вольтметр.
Переводим нагрузку в режим CV, подаем на вход некое напряжение, например 20-60 Вольт (чем больше, тем лучше) и задаем к примеру на 5 Вольт меньше поданного. Теперь напряжение на входе должно быть равно установленному, так как его задает электронная нагрузка.
Нажимаем на правую верхнюю кнопку калибровки (справа от +0.01), попадаем в режим калибровки и кнопками задания параметров подгоняем режим так чтобы наш внешний вольтметр показывал то, что установлено.
После этого переходим опять в режим CV, выставляем к примеру 5 Вольт (2-5), и повторяем все со второй константой как в примере калибровки тока.
Дальше думаю все понятно, последовательным приближением добиваемся точной установки как верхнего, так и нижнего значения.
Я не проводил особо измерения именно для обзора, но вот как минимум одно информативное фото осталось.
Слева пример работы до калибровки, видно что ток явно завышался, я поднимал с дискретой в 1 Ампер, т.е. 0-1-2-3-4.
Кроме некорректного задания тока весь процесс установки занимал много времени, примерно 1 минута 40 секунд.
Справа пример после калибровки, я поднял до 5 Ампер, 0-1-2-3-4-5, ток устанавливался точно и все заняло около одной минуты.
Помимо собственно базовых параметров можно измерять (рассчитывать) такие величины как мАч и Втч, для этого внизу есть три окна отображающие соответствующие измерения. Часы идут пока нагрузка находится во включенном состоянии, независимо от установленного режима работы, как обнулять все эти значения, не знаю, так как их помнит сам блок. Я пробовал не только перезагружать ПО, а и запускать вторую копию программы из другой папки, потому для обнуления надо передергивать питание самой нагрузки, неудобно.
Но китайцы не были бы китайцами если бы не накосячили и здесь.
Помня как работал USB тестер, я решил провести подобный эксперимент и здесь, задал ток 4 Ампера, и начал делать скриншоты через каждый 6 минут, соответственно должны быть значения 400 мАч, 4 Втч/ 800 мАч, 8 Втч и т.д.
Но выяснилось, что показания мАч занижены ровно в 10 раз, впрочем я на это обратил внимание еще когда экспериментировал до этого, но просто решил перепроверить.
Ну вот как так?
Даже вспомнился фрагмент из книги Фальшивые зеркала.
У него на ладони стоит маленькая коробочка. Мы толпимся вокруг, пытаясь разглядеть, что же это такое.
— «Варлок-9300», — отвечает Шурка. — Наконец получилось так, как задумывал…
Коробочка — это крошечная лифтовая кабина. Самая обычная, коричневого цвета, с раздвигающимися дверями, с обрывком троса наверху.
Вот только высотой лифт десять сантиметров.
— Наиболее удобная форма, — говорит Маньяк. — «Девятитысячник» тоже должен был так работать, но не реализовалось…
— Саша… Сашенька, дорогой ты мой, — хрипло говорит Падла. — А ты уверен, что не напутал с размером? А?
— Вот о размере я как-то не подумал, — самокритично сообщает Маньяк, и я понимаю, что Падлу ждёт ещё один этап наказания за шуточку.
— Видимо, где-то с запятой ошибся…
Выше я писал, что насчет одного момента мне пришлось просить помощи у тех, для кого китайский язык является родным. Справа внизу рабочего окна программы включается запись лога работы, в итоге в папке с программой формируется csv файл с такими непонятными значениями.
Вообще предоставлено много средство для работы с нагрузкой, и отчасти именно по этому дальше не будет продолжения в виде окончательной сборки устройства, так как чувствую, все еще впереди.
Например существует гипотетическая возможность строить графики —
Насколько я понял, графики строятся на основании данных из другой программы, я ее скачал и она даже пытается работать, правда выводит ерунду, потому скриншот от разработчика.
Но еще большей причиной временной паузы в сборке было то, что в процессе поисков информации я наткнулся на модуль, который умеет измерять, отображать и управлять работой устройства.
Но реализовано все это несколько странно, у модуля есть собственные цепи измерения тока и напряжения, слева видно провода, которые идут к токоизмерительному резистору (причем очень правильному, с четырьмя выводами), но при этом модуль соединен и с 485 интерфейсом.
Кроме базовых возможностей заявлено что такое дополнение позволяет —
Опционально — управление по блютуз.
Установка порогов отключения нагрузки, например минимальное напряжение или ток, а также ограничение работы по времени.
Память режимов.
Компенсация падения напряжения на проводах
Ток до 50 Ампер
Кулонометр
18 бит АЦП.
Выбор языка — китайский, английский.
Есть правда и минус, даже на Тао этот модуль стоит около 28 баксов 🙁 Но вполне возможно, что раскошелюсь.
Но идея перейти на подобное управление вызвана еще глюками ПО.
1. Периодически на экране проскакивают спонтанные значения, благо на короткое время и никак не мешают
2. Управление. Товарищи, это капец. Я понимаю что версия ПО тестовая, но чтобы настолько.
Даже в режиме просто выбора значения тока/ напряжения и т.п. изменение каждого параметра занимает около 3 секунд.
К примеру вам надо выставить 1.2 Ампера, выглядеть это будет так —
нажимаем 1,
3 секунды пауза,
нажимаем 0.1
3 секунды пауза
нажимаем 0.1
3 секунды пауза.
А теперь представьте сколько надо времени чтобы выставить к примеру ток 5.55 Ампера.
Но скажу честно, я пока не теряю надежды на то, что ПО «допилят», а кроме того могу сказать, что к сами нагрузка (т.е. к «железу») особых замечаний по сути и нет, сами по себе они работают неплохо, а кроме того имеют вполне вменяемую цену как для функционала, так и для качества изготовления.
Собственно потому у меня вопрос, возможно кто-то из программистов, кто тоже хочет подобное устройство, сможет помочь в плане программы. Возможно есть вариант прикрутить ардуину с нормальным экраном, кнопками и энкодером. В таком случае я могу заняться «железной» частью в плане перерисовывания схемы для повторения и можно совместно сделать вполне неплохое устройство.
К большой нагрузке пока неспешно ищу хороший амперметр с вольтметром, а также многооборотный резистор и корпус + БП. Но возможно подумаю о переводе её на цифровое управление. В любом случае в планах еще как минимум один обзор с применением.
На этом наверное у меня все. Заказывал нагрузку через посредника yoybuy.com, это была моя первая попытка покупать на Тао. могу сказать что работой посредника остался полностью удовлетворен, быстро, четко, правда теперь я им должен немного денег 🙂
В процессе я подсчитывал, сколько мне вышло все вместе и у меня вышло — 31.27 + 23.49 (сами товары) + 1.9 (доставка по Китаю) + 5,67 (услуги посредника) + 27.82 (доставка ко мне) — 10 (бонус на первую покупку) = $80.15. Реально я заплатил около 78.76, потому должен еще 1.39.
В основном высокая цена вышла из-за большого веса посылки, а кроме того на данный момент цена на модули стала немного ниже.
Зарегистрироваться можно либо с сайта, либо по этой ссылке, ссылка реферальная, может какой бонус перепадет.
Уже когда получил посылки, один из моих читателей подкинул ссылку на эти же товары, только на Али, там в сумме такой же комплект выходит 93 доллара, что примерно на 13 долларов дороже чем купил я месяц назад. но даже если бы цена была одинаковой, все равно я получил в добавок небольшой опыт работы с Тао, а это уже само по себе неплохо 🙂
Вот теперь точно все, как всегда жду комментариев, советов, вопросов, замечаний 🙂
Блок питания 12 Вольт 3 Ампера или как самому сделать бесперебойник
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Вообще изначально данная статья писалась очень давно, более двух лет назад. Но в данном случае я решил, что информация из нее может быть полезна и использована на благо мастеров 3D печати.
Суть данной статьи в том, чтобы превратить обычный блок питания в маленький бесперебойник с выходом примерно 11-13.5 Вольт.
В качестве примера будет БП с мощностью 36 Ватт, но практически без доработок схема применима к более мощным БП с топологией Флайбек и с доработками к двухтактным БП.
Но сначала просто миниобзор самого БП, сорри за качество фото, снималось на паяльник.
На торце указаны технические характеристики.
Характеристики меня немного запутали, обычно или указывают полный диапазон, или если есть выбор 110/220, то соответственно есть переключатель и внутри схема сетевого выпрямителя с переключением на удвоение. Здесь никакого переключателя не было. Позже посмотрим внимательнее что внутри.
Размеры относительно небольшие.
С торца расположены клеммы подключения 220 Вольт, клемма заземления и клеммы выхода 12 Вольт. Так же здесь расположен светодиод, который показывает наличие выходного напряжения и подстроечный резистор для корректировки выходного напряжения.
После вскрытия моему взору предстала печатная плата данного блока питания.
На плате распаян полноценный входной фильтр, конденсатор 33мкФ 400 В (вполне нормально для заявленной мощности), высоковольтная часть, сделанная по схемотехнике автогенератора (когда заказывал, то надеялся что будет стандартная UC3842), выходной фильтр из двух конденсаторов 470мкФ 25 Вольт и дросселя. Емкость выходного фильтра маловата, я бы поставил раза в 2 больше.
Силовой транзистор 5N60D — только в корпусе ТО-220.
Выходной диод — stps20h100ct — аналогично в корпусе ТО-220.
Схема стабилизации и обратной связи сделана на TL431.
Обратная сторона платы.
Ничего необычного, пайка среднего качества, флюс смыт, довольно аккуратно.
Но удивила маркировка на плате (она есть и с верхней стороны).
SM-24W, может изначально БП был 24 Ватта, потом решили что маловато будет и написали 36?
Первое включение, ничего не бахнуло, уже неплохо.
Нагрузил блок питания классическими неубиваемыми советскими резисторами, 10 Ом 2 штуки параллельно.
Ток около 2.5 Ампера.
Напряжение измерял после проводов к резисторам, потому немного просело.
Оставил так, пошел попить чайку и покурить, ждал что рванет.
Не рвануло, даже почти не нагрелось, градусов 40, ну может 45, специально не измерял, по ощущениям немного теплый.
Догрузил еще на 0.22 А (не нашел ничего рядом подходящего), ничего не изменилось.
Решил на этом не останавливаться и повесил на выход еще один резистор 10 Ом.
Напряжение просело до 10.05 Вольта, но блок питания продолжал упорно работать.
Дальше мне стало жалко разработчиков данного блока питания, сумевших настолько его упростить, и при этом добиться его работоспособности и я на этом этапе решил закончить стандартные эксперименты над ним.
К слову я был настроен скептически по отношению к данному блоку питания, в основном из-за его схемотехники, как то вот привык работать с более дорогими блоками питания, где есть ШИМ контроллер, контроль тока и т.п. Практика показала, что такой вариант тоже вполне жизнеспособен.
Дальше я решил перейти к нестандартной части испытаний и попробовать добиться от него того, для чего я хотел его взять. Собственно постоянные читатели моих обзоров привыкли, что я люблю не только показать товар в обзоре, а и применить его, не буду вас расстраивать и в этот раз.
Началось все с того, что позвонил товарищ и спросил, можно ли сделать небольшой бесперебойничек для питания электромагнитного замка и контроллера. Живет он в частном секторе, свет иногда ненадолго, да пропадет. Аккумулятор у него уже был, остался от компьютерного бесперебойника, большой ток уже не тянет, а с замком вполне нормально справляется.
В общем накидал небольшую добавочную платку к этому блоку питания.
Платка, схема и небольшое описание процесса.
И страссированная по ней плата.
Схема обеспечивает ограничение тока заряда (в моем случае настроено на 400мА), защиту от переразряда аккумулятора (настроено на 10 Вольт), простенькую защиту от переполюсовки аккумулятора (кроме случая если переполюсовать прямо на ходу), ну и собственно функцию подачи напряжения от аккумулятора на выход блока питания.
Перенес платку на текстолит, покрыл припоем.
Подобрал детали.
Спаял плату, реле стоит другое, так как сначала не заметил что оно на 5 Вольт, пришлось поискать на 12.
Пояснения по схеме.
С2 в принципе можно не ставить, тогда R5 и R6 заменяются одним на 9.1-10 кОм.
Он нужен для уменьшения ложных срабатываний при резком изменении нагрузки.
В идеале конечно лучше было бы домотать пару витков в дополнение ко вторичной обмотке, так как блок питания работает с перегрузом по напряжению в 20%. Испытания показали что работает все отлично, но лучше либо домотать немного вторичную обмотку, либо еще лучше — дорабатывать БП на 15 Вольт, а не на 12. В моем случае пришлось еще изменить номинал резистора в делителе обратной связи у блока питания, на схеме это R7, там стоят 4.7 кОм, я поставил 4.3 кОм, в случае применения БП на 15 Вольт, этого скорее всего делать не придется.
После сборки платы встроил ее в блок питания.
На плате обозначены точки подключения и видно место, где перерезана минусовая дорожка (над цифрой 3).
Плату обмотал скотчем, и уложил на более-менее свободное место.
После (на самом деле лучше до того как изолируем скотчем) выставил выходное напряжение блока питания 13.8 Вольта (это напряжение которое будет поддерживаться на аккумуляторе, обычно выставляется в диапазоне 13.8-13.85.
Вот вид собранного и настроенного устройства.
Подключил небольшую нагрузку и аккумулятор. Ток заряда 0.39А (может немного падать по мере прогрева).
Отключил блок питания от сети, нагрузка продолжает работать, на мультиметре ток нагрузки +ток потребления реле + ток потребления цепей измерения.
Товарищу надо было бесперебойник на ток 0.8-1 Ампер, я нагрузил немного больше.
После этого подключил питание 220 Вольт, на одном мультиметре напряжение на нагрузке (будет еще подниматься, аккумулятор не заряжен), на втором ток заряда (немного просел из-за прогрева).
В общем на мой взгляд переделка удалась, от такого БП можно питать небольшие нагрузки, до 1-1.5 Ампера. Больше не стал бы, так как БП в нештатном режиме. Если использовать БП на 15 Вольт, то ток можно поднять, но надо всегда учитывать ток заряда аккумулятора (он определяется резистором R1. 1.6 Ома дает тока заряда около 0.4 А, чем меньше сопротивление, тем больше ток и наоборот.
Если кто то несогласен с настроенным током заряда, напряжением окончания заряда и авто отключения, то это все легко меняется, если надо, объясню как это сделать.
Вы конечно спросите, при чем здесь 3D принтеры и этот мелкий блок питания.
Все просто, как я писал в самом начале, можно взять мощный блок питания, применить более мощные компоненты в плате которую я делал и получить бесперебойник, который не имеет такого понятия как ‘время переключения’, т.е. фактически ‘онлайн’. А так как печать идет очень долго, то это может быть весьма полезно в плане бесперебойности работы. Кроме того КПД такой системы заметно выше чем у традиционных УПСов.
Для применения с большими токами надо заменить на моей плате диод VD1 на любой Шоттки с током более 30 Ампер (например выпаянный из компьютерного БП) и установить его на радиатор, Реле на любое с током контактов более 20 Ампер и обмоткой с током не более 100мА (а лучше до 80). Кроме того возможно понадобится увеличение тока заряда, это делается путем уменьшения номинала резистора R1 до 0.6-1 Ом.
Есть и промышленные БП с такой функцией, по крайней мере я знаю пару таких производства Meanwell, но:
1. Они очень дорогие
2. Выпускаются мощностью 55 и 150 Ватт, что не так много.
Вроде все, если есть вопросы, буду рад обсудить.
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Набор для сборки простой электронной нагрузки 150 Ватт
Некоторое время назад товарищ, который занимается разными аккумуляторами, попросил меня придумать ему некий стенд для тестирования аккумуляторных сборок и одной из важных функций данного стенда является операция разряда этих сборок. Изначально планировалось все сделать самому, но выяснилось что в Китае продается дешевый и неплохой набор для сборки и в некоторых ситуациях выгоднее использовать его, чем делать все с нуля.
Вообще у меня уже довольно много обзоров разных электронных нагрузок, есть также обзор простой, полностью самодельной и я сегодня буду неоднократно к нему обращаться, так как данный набор во многом очень с ней похож.
Как я написал в предисловии, нагрузка понадобилась для разряда аккумуляторных сборок, в планах сделать прибор для тестирования и балансировки сборок до 19S и потому данный обзор будет далеко не последним.
Ток разряда большой не нужен, мощность планируется порядка 120-130 Ватт что вписывается в заявленные производителем 150 Ватт.
Кроме того в данном обзоре я объясню как вообще работает простая электронная нагрузка и почему мне понравился именно данный набор.
Для начала о продавце. На странице товара можно выбрать несколько вариантов:
1. Только печатная плата, цена около 1.6 доллара
2. Печатная плата и набор компонентов без силовых транзисторов — 3.8 доллара
3. Печатная плата и все компоненты включая силовые транзисторы — 4.9 доллара
4. Ампервольтметр — 2.2 доллара.
Кроме того в характеристиках заявлено — 150 Вт 15 В 0-10A / 72V 0-2A, т.е. предполагается наличие двух вариантов исполнения и об этом, а также о моей ошибке я расскажу позже.
К упаковке вопросов не возникло, как к магазинной, так и посредника. Комплект состоит из печатной платы и пакета с компонентами.
Я заказывал полный комплект, т.е. печатная плата, все компоненты и транзисторы. Ампервольтметр не стал заказывать так как мне он для проекта не нужен.
Размеры печатной платы 100х100мм, присутствуют дополнительные отверстия для крепления радиатора и самой платы в корпусе устройства.
Часть силовых дорожек вынесена на нижнюю сторону печатной платы, я рекомендую продублировать их медным проводом и припоем или хотя бы припоем.
Качество изготовления печатной платы отличное, помимо того что она легко паялась без дополнительного флюса (использовал только тот что в припое), так еще есть нормальная шелкография где обозначены места под компоненты, их порядковый номер и номинал. Фактически для сборки не нужна даже схема.
Список компонентов
Резисторы
1 кОм — 12шт
4.7 кОм — 4шт.
10 кОм — 1шт
20 кОм — 1шт
220 кОм — 4шт
0.22 Ома 5 Ватт — 4шт
Переменный резистор 4.7 кОм — 1шт
Конденсаторы
1 нФ — 4шт
100 нФ — 1шт
22мкФ 25 Вольт — 1шт
220 мкФ 16 Вольт — 1шт
1000мкФ 16 Вольт — 2шт
Диоды 1N5408 — 4шт
Транзисторы 110N8F6 — 4шт
Микросхема TL431A
Микросхема LM324N
Разные разъемы, выключатель и прочие мелочи.
Все резисторы кроме мощных, прецизионные, это хорошо, электролитические конденсаторы самые дешевые, но они на параметры не влияют.
На странице товара была принципиальная схема данной электронной нагрузки, но на мой взгляд она не очень информативна, потому ниже я разложу ее на составляющие части для более простого восприятия. Кроме того дам пояснения как можно увеличить мощность или изменить параметры и вообще какие элементы за что отвечают и как это все работает.
Сильно упрощенная схема электронной нагрузки обеспечивающей стабилизацию тока состоит из всего нескольких компонентов:
1. Переменного резистора
2. Операционного усилителя
3. Транзистора
4. Шунта.
С переменного резистора на вход операционного усилителя подается некое напряжение, операционный усилитель подает напряжение на полевой транзистор и через него начинает течь ток нагрузки, при этом ток попутно течет через шунт. На шунте падает некое напряжение, которое подается на второй вход операционного усилителя. Как только напряжение на входах операционного усилителя станет одинаковым, он выставит на своем выходе напряжение при котором транзистор будет открыт насколько чтобы поддерживать напряжение на шунте одинаковым с установленным при помощи переменного резисторе.
А так как напряжение падения на шунте напрямую зависит от тока через него, то в итоге схема будет поддерживать ток.
При этом получается, что ток нагрузки зависит от напряжения на входе.
Например с переменного резистора подали 0.4 Вольта, шунт имеет сопротивление 1 Ом, соответственно ток будет 0,4/1=0.4 Ампера.
Усложним пример, шунт сопротивлением 0.15 Ома, напряжение с переменного резистора 0.45 Вольта, 0.45/0.15=3 Ампера.
На точность поддержания тока влияют в основном две вещи:
1. Стабильность задающего напряжения
2. ТКС (зависимость сопротивления от температуры) шунта.
Показанная выше схема скорее всего будет работать, но делать это она будет неустойчиво, потому в более полном виде схема выглядит несколько больше.
Небольшое отступление, позиционные номера компонентов не соответствуют таковым на печатной плате и приведены просто для примера.
Здесь видны те же компоненты что я показывал выше, но к ним добавились еще некоторые, поясню их назначение.
Резистор R1, нужен для развязки нескольких каналов и для улучшения стабильности работы.
Резистор R2, ограничивает ток заряда затвора полевого транзистора защищая операционный усилитель.
Конденсатор С1, резистор R3 и R4 обеспечивают защиту от самовозбуждения схемы, чтобы нагрузка не превратилась в генератор.
Резистор R5 закрывает транзистор когда операционный усилитель обесточен, а кроме того обеспечивает небольшой ток нагрузки для выхода операционного усилителя и цепи защиты от самовозбуждения.
Так как нагрузка четырехканальная, то просто «дорисовываем» еще три канала и получаем почти полный вид обозреваемой платы.
Синим цветом я выделил четыре канала, видно что они абсолютно идентичны и соответственно можно их количество увеличивать и дальше. Общим для всех каналов является только счетверенный операционный усилитель.
Оранжевым выделена цепь управления, красный и черный соответственно силовые цепи.
В моей мощной электронной нагрузке именно так все и реализовано, только я делал 8 каналов и использовал двухканальные операционные усилители.
Но как я писал выше, на точность поддержания тока влияет точность стабилизации задающего напряжения и для этого в схеме есть источник опорного напряжения, выполненный на базе регулируемого стабилитрона TL431, его основное напряжение 2.5 Вольта.
А так как 2.5 Вольта это несколько многовато и если на шунтах будет падать такое напряжение то:
1. Будет большая рассеиваемая мощность
2. Минимальное напряжение нагрузки составит 2.5 Вольта + падение на транзисторах.
То последовательно с переменным резистором включен постоянный резистор R8 сопротивлением 22 кОм, вместе они образуют делитель примерно 1:5.5 и после переменного резистора напряжение меняется уже в диапазоне около 0-0.45 Вольта.
Меняя номиналы дополнительного резистора можно изменять диапазон регулировки без замены шунта, но такой способ имеет и свой минус — операционным усилителям при однополярном питании проще работать с большим напряжением, чем с меньшим и лучше сильно не снижать задающее напряжение.
Резистор R7 ограничивает ток питания стабилитрона.
Узел питания содержит диодный мост и четыре конденсатора, судя по всему изначально планировался стабилизатор питания операционного усилителя но его упразднили, а конденсатор емкостью 220 мкФ, который стоял после него, оставили. Ничем другим я не могу объяснить причину параллельного включения двух конденсаторов 1000мкФ и одного 220мкФ.
Также от этого диодного моста идет питание на разъемы подключения вентиляторов и ампервольтметра.
С теорией думаю понятно, перейдем к практике, а точнее — к сборке. Данная часть будет спрятана под спойлер, так как больше будет интересна только начинающим, хотя в процессе я буду пояснять нюансы использования тех или иных компонентов, а также их возможной замены.
В комплекте были постоянные резисторы, при этом все маломощные резисторы дали прецизионные, хотя в данном случае это не особенно важно, так как на точность поддержания тока влияют в основном только два из них.
Больше всего было резисторов номиналом 1 кОм, аж 12 штук, потому рекомендую начать именно с них.
>
После них устанавливаем остальные, это номиналы 220 кОм (4шт), 4.7 кОм (4шт) и по одному 22 и 10 кОм.
С одним из резисторов делителя возникла небольшая заминка, в комплекте дали 20 кОм вместо 22. Как я писал выше, данный резистор совместно с переменным резистором образуют делитель напряжения. Если номинал переменного резистора неизменен, то увеличение сопротивления этого резистора приведет к уменьшению максимального тока, соответственно уменьшение к увеличению тока.
Все резисторы установлены согласно номиналам, вместо 22 кОм поставил 20, который дали в комплекте.
Вторая заминка, на этот раз более серьезная. Один из конденсаторов 1 нФ был поврежден, скол около вывода и его емкость была около 150 пФ. Не знаю когда он повредился, при доставке или до того, но в итоге пришлось взять другой конденсатор того же номинала.
Не знаю зачем, но в комплекте дали диоды 1N5408, которые рассчитаны на ток 3 Ампера, а в мосте итого больше. Дело в том, что этот диодный мост питает пару вентиляторов, ампервольтметр и операционный усилитель, реальный общий ток думаю не более чем 500мА и вполне хватило бы 1N4007.
Попутно сразу устанавливаем TL431. На плате есть маркировка как устанавливать, хотя по большому счету в в данном случае это не имеет значения так как крайние выводы у нее соединены и даже если вы вставите ее наоборот, то работать будет также 🙂
Конденсаторы и панелька. Ну думаю что по поводу конденсаторов ошибиться трудно, на плате закрашенная часть маркировки — минус (короткий вывод), а разное расстояние между выводами и подписи не дадут ошибиться.
К операционному усилителю даже дали панельку в комплекте, устанавливаем ее так чтобы вырез совпадал с меткой на печатной плате. Я как-то однажды случайно установил панельку наоборот, потом в итоге чуть спалил микросхему, так как вставлял согласно ключу на панельке, будьте внимательны.
Куда устанавливать мощные резисторы думаю понятно, но я поясню некоторые нюансы замены.
Я писал что изменением номинала делителя можно изменить диапазон регулировки тока, но более корректно делать это изменением номинала шунта.
Нагрузка четырехканальная, в комплекте дали четыре резистора номиналом 0.22 Ома. При этом декларируется ток нагрузки 10 Ампер, т.е. по 2.5 Ампера на канал.
Если нам надо настроить нагрузку на 5 Ампер (в два раза меньше), то просто увеличиваем номинал этих резисторов в два раза, например 0.43 Ома, соответственно при увеличении тока пропорционально уменьшаем номинал.
Учтите. что резисторы могут сильно нагреваться и при их замене следует это учитывать. При этом нагрев напрямую зависит от номинала резистора (в данном включении).
Например при резисторах 0.22 Ома и токе 2.5 Ампера на канал мощность будет
0.22х2.5= 0.55 (падение при макс токе).
0.55х2.5=1.375 Ватта (мощность на резисторе)
Если поставить резисторы в два раза больше номиналом, то мощность на них снизится в два раза.
Для подключения вентиляторов и переменного резистора используются одинаковые разъемы, такие же как стоят на материнских платах. Разъем питания думаю также многим знаком.
Разъем питания неправильно установить не получится, а разъемы вентиляторов будут видны на следующем фото.
Плата рассчитана на установку транзисторов в корпусах ТО-220 или ТО-247, соответственно имеется 8 мест.
Разъемы вентиляторов размещены по краям платы ближе к радиатору, что вполне логично.
А вот здесь я поясню в чем была моя ошибка при заказе.
В описании товара указаны две версии набора, 15 Вольт 10 Ампер или 72 Вольта 2 Ампера. В обоих случаях общая мощность не превышает 150 Ватт. Но скорее всего надо было предварительно написать продавцу что надо именно 72 Вольта 2 Ампера, чего я не сделал.
В итоге еще на этапе установки низкоомных резисторов подумал — что-то не то. А когда дошел до транзисторов, то понял что именно «не то». Дело в том что в комплекте дали транзисторы 110N8F6, которые имеют максимальное напряжение всего в 80 Вольт, а кроме того шунты должны быть номиналом около 1 Ома, придется менять.
Теперь по поводу транзисторов и их замены.
Данная электронная нагрузка понравилась тем, что транзисторы управляются независимо, это является корректным решением. В подобных схемах транзисторы параллельно соединять нельзя так как из-за разброса характеристик работать они нормально не будут.
При этом не обязательно стремиться что бы в каждом канале были одинаковые транзисторы, можно спокойно применять с разными характеристиками, каждый канал подстроится «автоматически». Главное чтобы транзисторы были с запасом по напряжению.
Большинство полевых транзисторов больше ориентированы на ключевой режим работы (открыт/закрыт) и потому в линейном режиме их нельзя эксплуатировать «на полную мощность» ограничивая ее примерно на уровне 30 Ватт на корпус TO-220 и 50 Ватт на ТО-247. Собственно потому при применении транзисторов в корпусе ТО-247 нагрузка будет уже не 150, а 200 Ватт.
Здесь же транзисторы работают с небольшим перегрузом так как они в корпусе ТО-220, а на них рассеивается до 37.5 при рекомендованных 30.
Слева родные транзисторы, справа они же в сравнении с транзисторами в корпусе ТО-247.
А так выглядит установка радиатора на плате совместно с транзисторами в разных корпусах. К сожалению есть пара недоработок:
1. При установке транзисторов в корпусе ТО-220 радиатор смещается дальше от края платы и надо прокладывать изоляцию между ним и печатной платой.
2. Если крепить радиатор в штатные отверстия печатной платы, то он уходит от плоскости транзисторов примерно на 7 мм и придется выгибать выводы транзисторов, причем что с ТО-220, что с ТО-247.
Альтернативный вариант от китайского продавца, как по мне, то колхоз какой-то.
Хотя нет, если выше просто колхоз, то здесь скорее жесть 🙂
Радиатор я взял первый более менее подходящий по размерам, у меня уже был как-то его обзор. На самом деле радиатор должен быть немного другой конфигурации, например хорошо использовать радиаторы от процессоров, но стоит учитывать, что 150 Ватт тепла это довольно много, я бы рекомендовал использовать два радиатора а транзисторы расположить попарно.
Кроме того, будьте внимательны при разметке, транзисторы на плате расположены не совсем симметрично по отношению к ширине платы. Размеры не привожу так как размечать лучше «по месту».
Переходим к последним этапам, установке транзисторов.
Хоть данные транзисторы и получаются впритык если рассчитывать на 72 Вольта, заявленных в описании, мне они не подходят вообще так как планируемое напряжение составляет не менее 80 Вольт, а так как нужен еще и запас, то я планирую применить потом транзисторы рассчитанные на 150-200 Вольт.
Но попробовать хочется уже сейчас потому установил их в порядке эксперимента, как и радиатор, который потом будет заменен на более подходящий.
Радиатор временный, потому крепиться к плате будет только в одной точке, благо хоть она совпала с крепежными отверстиями радиатора 🙂
На плату в районе радиатора наклеил скотч, хотя конечно лучше что-то более прочное, а под единственный винт проложил картонную шайбу.
Небольшой нюанс, на фланцах транзисторов будет потенциал равный входному напряжению, потому есть два варианта монтажа:
1. Изолировать радиатор от корпуса
2. Изолировать транзисторы от радиатора.
На мой взгляд из-за большого тепловыделения правильнее использовать первый вариант, хотя он конечно добавляет некоторые сложности при монтаже. Есть правда еще третий вариант — переделать схему так, чтобы на фланцах транзисторов была земля, но это очень неудобно схемотехнически.
Получился такой вот временный вариант, для тестирования думаю будет достаточно.
В комплекте был и переменный резистор, у меня подобный уже участвовал в одном известном обзоре, но сопротивлением 10 кОм.
Если коротко, регулирует хорошо, 10 оборотов, проволочный.
Для подключения используем комплектный провод с разъемом, цвета получаются так: красный-плюс, черный-минус, желтый-регулировка, подключаем так как на фото, тогда регулировка будет корректная.
Но вот комплектная ручка приятно удивила, мне раньше такие не попадались. Дело в том, что у нее верхняя часть съемная (изначально это незаметно), а сам механизм реализован по принципу цанги, т.е никакие винты наружу не торчат. При этом ручка отлично центруется на валу резистора, 5 баллов однозначно!
Последний шаг, устанавливаем операционный усилитель внимательно контролируя положение ключа.
Вот собственно и все. Реально собрать всю конструкцию примерно за час без спешки даже для новичка, все компоненты ставтся как надо, все отмечено на плате и собирается интуитивно.
В итоге у меня еще остались компоненты:
1. Выключатель
2. Разъем питания
3. Неисправный конденсатор.
Второй разъем питания видимо дается в комплекте на случай если он выносится на крышку корпуса, выключатель скорее всего также используется для включения питания, но в моем варианте его паять некуда, ну а неисправный конденсатор, да просто звезды так сошлись.
На одну из сторон платы вынесены контактные площадки для подключения входа, амперметра, вольтметра и выход питания.
В принципе можно поставить клеммники, а можно просто припаять провода, кому как удобно, но есть некоторые нюансы подключения.
Подключать можно разными способами, попробую рассказать обо всех.
1. Просто плата без измерителей, разъемов и прочего.
2. То же самое, но если хочется поставить разъем, то скорее всего придется ставить перемычку вместо выхода на амперметр.
3. Подключение независимых амперметра и вольтметра, плюс — красный, минус — синий.
4. Если хочется установить цифровой ампервольтметр, то подключаем так:
Черный — общий силовой
Желтый — вход измерения тока
Красный — вход измерения напряжения
Красный тонкий — питание ампервольтметра.
Цветовая маркировка проводов подключения цифрового ампервольтметра дана соответственно тому, что я уже применял и в принципе может отличаться, потому лучше перепроверить перед подключением, обычно черный все таки это минус, а вход измерения тока звонится накоротко с черным.
Как вариант можно поставить и такой ампервольтметр, он более «продвинутый» но его подключение отличается.
Черный толстый — общий силовой
Красный толстый — Вход измерения тока
Желтый — вход измерения напряжения.
Красный тонкий — питание ампервольтметра.
Плюс у такого варианта есть термодатчик, что может быть очень полезным в устройстве с таким тепловыделением.
Оба этих ампервольтметра использовались в небольшой электронной нагрузке, хотя второй используется и сейчас.
И конечно немножко экспериментов.
Подключаем плату к регулируемому блоку питания, выставляем для пробы 32 Вольта и задаем ток нагрузки 5 Ампер, плата без проблем осилила 160 Ватт, но это уже предельный режим.
Проверил уход установки тока в зависимости от прогрева, не очень большой, но есть. По мере прогрева ток падает.
Вроде недолго экспериментировал, но уже почувствовал жар, измерил температуру и увидел что транзисторы прогрелись примерно до 110 градусов. Такого допускать ни в коем случае нельзя, например у моей мощной нагрузки защита от перегрева установлена на 90 градусов на радиаторе или около 95 на транзисторах.
Увеличение температуры транзисторов резко снижает надежность работы, особенно в линейном режиме.
Часто в комментариях вижу упоминание обычных резисторов в качестве нагрузки. Да, конечно их тоже можно применять, но при помощи резисторов труднее добиться например того, что показано на этих фото.
Здесь я понижал напряжение от 40 до 1 Вольта и смотрел как меняется ток нагрузки. В указанном диапазоне колебания составили 2.017-2.026 Ампера, что на мой взгляд довольно неплохо с учетом простой схемотехники.
Хотя и не планирую применять обычный ампервольтметр, но решил все таки проверить работу с ним. Для начала стоит сказать, что его подключение немного отличается от того, что я использовал в простой самодельной нагрузке.
Провода ампервольтметра подключены согласно порядку —
Черный
Желтый
Красный.
Провод питания подключен только один, черный пришлось отключить так как он влиял на результат измерений. Дело в том, что у моей электронной нагрузки ампервольтметр подключался последовательно с токоизмерительным шунтом, потому общий провод амперметра соединялся с общим проводом схемы. Здесь он включается последовательно с проверяемым источником и на мой взгляд это менее корректно.
В процессе написания обзора мне задали вопрос по поводу замены транзисторов, попробую пояснить отдельно.
1. Транзисторы выбираем исходя из типа корпуса и требуемой мощности, 30 Ватт ТО-220, 50 Ватт ТО-247.
2. Транзисторы по сути можно применять не только почти любые, а и разные одновременно.
3. Главным при выборе транзистора в основном является напряжение на которое он рассчитан, желательно чтобы оно было минимум в два раза больше входного.
4. Сопротивление в открытом состоянии почти ни на что не влияет, если разве что не поставить совсем высоковольтные транзисторы где оно идет уже на единицы Ом.
5. Лучше применять транзисторы в не изолированном корпусе и не изолировать их от радиатора.
Почему такие ограничения в плане мощности. Подавляющее большинство современных полевых транзисторов рассчитаны на ключевой режим работы и плохо работают в линейном режиме. Вернее работают они нормально, но с большими ограничениями по температуре, мощности, напряжению и току. Существуют полевые транзисторы которые нормально работают в таком режиме, но они настолько редки, что нет смысла их искать.
Также меня спрашивали, а на что их можно еще заменить.
Ну для начала можно применить транзисторы IGBT, по сути гибрид полевого и биполярного транзистора, но они стоят дороже. Кстати существует и обратный гибрид, биполярного с полевым.
Но никто не мешает применять биполярные транзисторы (собственно потому и хорошо подходят IGBT), у которых максимальная паспортная рассеиваемая мощность обеспечивается и в линейном режиме.
Включить в данной схеме их можно просто вместо полевого, но нужен транзистор с большим коэффициентом усиления, так как в отличии от полевого биполярные управляются током, а не напряжением.
Либо применить составную схему включения транзисторов (схема Дарлингтона), тогда общий коэффициент усиления будет произведением усиления первого и второго. Т.е. если у первого усиление 200, а у второго 70, то общий будет около 14000.
Пожалуй единственный недостаток биполярных (особенно составных) транзисторов — сложности при работе с малыми напряжениями, ниже чем 1.5-2 Вольта. Если вы не планируете тестировать источники с таким напряжением, то можно применить биполярные, в противном случае используем полевые.
Отлично подойдут известные транзисторы КТ827, но у меня их почти нет потому на фото их комплементарная пара КТ825. Они могут рассеивать до 125 Ватт.
Когда-то я даже использовал их в комплекте с такими радиаторами, как раз их размерчик 🙂 Правда они больше все таки под пассивный режим.
Внутри у них находится два транзистора включенные по схеме Дарлингтона плюс дополнительные компоненты.
Кстати подобные транзисторы также отлично подходят для линейных блоков питания и меня часто спрашивают о вариантах замены их на импортные. Я немного полазил по интернету и набрал список замен.
Практически полные аналоги транзистора КТ827: 2N6057, BDX87
КТ827А: BDX65A, BDX67, BDX87C, MJ3521, MJ4035
КТ827Б 2N6058, 2N6283, BDX63, BDX65, BDX67, BDX85B, BDX87B, MJ3001, MJ4034
КТ827В: 2N6057, 2N6282, BDX85, BDX85A, BDX87, BDX87A, MJ3000, MJ3520, MJ4033
Кстати продавец может высылать с разными транзисторами, при этом есть вариант с транзисторами в корпусе TO-247 (IRFP250. IRFP260), но скорее всего за дополнительные деньги. Как по мне, такой вариант был бы куда более интересен.
Ну и попутно поясню по поводу замены остальных компонентов.
Мелкие резисторы не критичны, главное примерно попасть в номинал, то же самое касается и конденсаторов.
Низкоомные резисторы которые выполняют функцию токоизмерительного шунта лучше выбирать с запасом по мощности так как тогда они будут меньше греться а следовательно у них будет меньше изменяться сопротивление и по мере прогрева ток не будет «убегать». Можно поставить более точные и качественные резисторы, но они стоят дорого.
Операционный усилитель также можно заменить на практически любой дешевый, например я применял LM358, но он двухканальный и их надо в два раза больше, но проще применить тот же LM324 благо стоит он копейки.
Питать нагрузку можно как от постоянного, так и от переменного тока, но важно следить чтобы напряжение питания операционного усилителя не превышало 20 Вольт. Сам по себе ОУ выдерживает спокойно до 30-35 Вольт, но напряжение на затворе полевого транзистора не должно быть выше 18-20 Вольт, а лучше до 15 потому я бы ограничил на этом уровне. Как вариант, питать эту цепь от небольшого стабилизатора.
В процессе тестов я все таки спалил один из транзисторов, произошло это случайно, я подал 40 Вольт и выставил ток нагрузки 5 Ампер получив при этом мощность в 200 Ватт. В итоге блок питания просто перешел в защиту от КЗ и на этом все закончилось.
Кроме этого выяснил что наводки на переменный резистор могут заметно влиять на установленный ток. Например когда я держал резистор в руках, ток был 4.1 Ампера, положил на стол, ток стал 4 Ампера. Неприятность может проявляться, а может нет, зависит как от БП самой нагрузки, так и от проверяемого.
Обозревая нагрузка в сравнении с моей старенькой самоделкой, которая со,рана на базе той же TL431, LM358 и одного транзистора. правда у меня есть стабилизатор питания операционного усилителя.
Какие доработки можно провести:
1. Управление вентиляторами от температуры, хотя бы при помощи простейшего термореле.
2. Уменьшить в два раза сопротивление шунтов и изменить номиналы делителя переменного резистора так, чтобы напряжение менялось в диапазоне 0—0.25 Вольта, шунты будут греться в два раза меньше.
3. Добавить режим CV при помощи второго ОУ, но здесь есть проблема с защитой от перегрузки.
4. Добавить стабилизатор напряжения для ОУ, например 7808 или 7809.
5. В моей нагрузке после TL431 стоит буферный операционный усилитель, на мой взгляд такое решение лучше, но добавлять сюда его очень неудобно.
6. Объединить две-три подобные платы для увеличения мощности, при этом одна плата будет ведущей, остальные ведомыми.
В корпусе показать пока не могу, так как его еще нет в наличии, он будет подбираться исходя из общих размеров всего комплекта. Кроме того я буду использовать с более продвинутым ампервольтметром, где будет контроль нижнего/верхнего напряжения и т.п.
Видеоверсия обзора
С описанием вроде все, постарался ничего не забыть и теперь можно подвести итоги.
Как по мне, то вариант весьма неплохой, цена небольшая, собирается легко и самое главное, после сборки работает 🙂
Не обошлось и без нюансов, например поврежденный конденсатор или не очень удобное расположение отверстий для крепления радиатора.
В описании заявлено 150 Ватт, на мой взгляд это максимальная мощность, я бы рекомендовал не нагружать больше 120 Ватт длительно без замены транзисторов на какие нибудь в корпусе TO-247 и обязательно использовать хорошее охлаждение.
Если планируется применять при напряжениях до 30-40 Вольт, то вполне можно покупать в комплекте с транзисторами. Но если планируете тестировать источники с большим напряжением, то я бы купил все кроме транзисторов, а вместо родных поставил что-то более высоковольтное.
Как вариант, можно просто купить печатную плату, компоненты применены не дефицитные и при желании можно найти их и дома.
Один комплект заказывать наверное будет не очень выгодно, лучше купить сразу несколько, тогда общая цена будет выгоднее.
Этот же набор на Алиэкспресс — ссылка
На этом все, буду рад вопросам, комментариям и советам.
