Нагрузка электронная что это такое
Как работает электронная нагрузка?
При проверке нагрузочной способности блоков питания часто приходится использовать реостаты, или, при небольших мощностях просто резисторы, набирая ими нужную мощность. Но вот задавать необходимую мощность или ток очень неудобно. Выставляется ведь только сопротивление реостата (которое, кстати при работе может немного меняться из-за нагрева реостатов), а ток или мощность выставляться по приборам. Соответственно при изменение напряжения ток и мощность падают.
Увидел в интернете очень дорогие высокоточные электронные нагрузки и подумал ведь можно сделать не сильно точную, но дешевую электронную нагрузку. Которой можно проверить БП или разрядить аккумулятор.
Сразу подумал чтобы нужно сделать много режимов:
CC — стабилизация тока,
CV — стабилизация напряжения,
СW — стабилизация мощности,
CR — режим имитации активного сопротивления.
И собрать их на одну вольт-амперную характеристику:
Собственно как работает: пропускает через себя ток соответствии с ВАХ.
Если например какой-то режим будет не нужен, его можно будет убрать просто увеличив ограничение. Если например не нужен участок стабилизации мощности, то задаем P>Ulim*Ilim. И из режима стабилизации тока сразу попадем в режим стабилизации напряжения.
Есть два сложных момента на этой диаграмме, это режим малых напряжений: при низком напряжении проблематично получить большой ток (да обычно это и не нужно), и второй стабилизация напряжения — могут быть проблемы при работе с источниками с жесткими вольт-амперными характеристиками. Но это уже задачка на потом.
Пока нужно сделать простую тестовую программку и схемку:
За поддержание нужного тока отвечает ОУ, транзистор как раз и является той нагрузкой где электрическая энергия преобразуется в тепловую.
Микроконтроллер для данной схемы лишь считывает напряжение через АЦП и выдает задание на уставку тока через ЦАП.
Для первого макета выберу диапазоны токов и напряжений, выберу компоненты…
Электронная нагрузка для блока питания своими руками
Во время тестирования очередного самодельного или отремонтированного блока питания, чтобы создать нагрузку приходится подключать различные лампочки, мощные резисторы и кусочки спирали от электроплитки. Подбирать нужную нагрузку таким образом очень затратное по времени дело. Чтобы не тратить свое драгоценное время и нервы. Проще собрать простую электронную нагрузку своими руками.
По сути это простое устройство состоящее из мощных транзисторов, позволяющих плавно нагрузить блок питания стабильным регулируемым током.
На этом рисунке изображена схема электронной нагрузки на мощных транзисторах позволяющих нагрузить любой блок питания до 40А.
Схема электронной нагрузки для блока питания
Данная схема рассчитана на входное напряжение до 50В и силу тока до 40А. Если вы хотите увеличить силу тока добавьте в схему необходимое количество транзисторов TIP36C и шунтирующих резисторов 0.15 Ом 5 Вт. Каждый добавленный транзистор увеличивает силу тока на 10А.
В процессе работы транзисторы Т2, Т3, Т4 и Т5 очень сильно нагреваются, по этому требуются хорошее охлаждение. Установите каждый транзистор на большой радиатор размером 100х63х33 мм без изоляционных прокладок потому, что коллекторы транзисторов на схеме все равно соединены вместе.
Радиаторы охлаждаются двумя мощными вентиляторами 120х120 мм. Которые питаются от отдельного блока питания через стабилизатор напряжения L7812CV, также отсюда питается китайский вольтметр амперметр. Транзистор Т1 и стабилизатор напряжения L7812CV установлены на отдельном небольшом радиаторе от компьютерного блока питания, чтобы не мешать силовым транзисторам работать.
С помощью этого простого и надежного устройства легко нагружать и тестировать любые трансформаторные и импульсные блоки питания, а также аккумуляторы и другие источники питания.
Надеюсь электронная нагрузка для блока питания будет полезной самоделкой для вашей домашней радио мастерской.
Радиодетали для сборки
Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!
Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать электронную нагрузку для блока питания
Что такое электронная нагрузка:
общая информация, для чего они используются и какие бывают
Краткое вступлениеПри тестировании вторичных источников электропитания (преобразователей напряжения, блоков питания и др.) и некоторых типов первичных источников электропитания (аккумуляторов, солнечных батарей и др.) широко используются электронные нагрузки. Этот материал поможет получить основные сведения о современных электронных нагрузках, их разновидностях и решаемых с их помощью задачах. Общая информация об электронных нагрузках
Основные режимы работы электронных нагрузок. Для чего используются электронные нагрузки
Примеры устройств, для проверки работы которых применяют электронные нагрузки. Большинство электронных нагрузок содержат точный мультиметр, измеряющий напряжение, ток и мощность, потребляемую нагрузкой. Некоторые модели могут выполнять нормированный разряд аккумуляторов и батареек, измеряя реальную ёмкость элемента питания в Ампер-часах. Многие модели также могут управляться при помощи компьютера, что позволяет использовать их в составе автоматизированных контрольно-измерительных комплексов.
Задняя панель маломощной электронной нагрузки серии IT8800 с интерфейсными разъёмами для подключения к компьютеру. Какие бывают электронные нагрузкиБольшинство серий электронных нагрузок предназначены для тестирования источников питания постоянного тока (аккумуляторов, блоков питания, солнечных батарей и др.), типичные примеры: серия ITECH IT8500+ и серия ITECH IT8800. Для тестирования источников питания переменного тока (инверторов, источников бесперебойного питания, трансформаторов и др.) выпускаются специализированные AC/DC электронные нагрузки переменного и постоянного тока, типичный пример: серия ITECH IT8600. Конструктивно серийные электронные нагрузки изготавливаются в приборных корпусах. Размер и масса корпуса напрямую зависят от максимальной мощности, которую может рассеивать нагрузка. Самые маломощные модели могут рассеивать около 100 Вт и помещаются в небольших компактных корпусах, как например модель IT8211 рассчитанная на 150 Вт.
Типичная маломощная электронная нагрузка Более серьёзные модели, как например пятикиловаттная нагрузка ITECH IT8818B, могут монтироваться в промышленную стойку и весят 40 и более килограмм.
Типичная мощная электронная нагрузка Также выпускаются модели, которые могут рассеивать десятки и даже сотни киловатт. Чтобы увидеть варианты конструктивного исполнения электронных нагрузок разной мощности, посмотрите серию ITECH IT8800. Иногда, для удешевления, вместо электронной нагрузки используют реостат (мощный переменный резистор). Использование реостата при тестировании силовых устройств связано с такими ограничениями: Использование хорошей электронной нагрузки позволяет существенно упростить и ускорить процесс тестирования любых источников электропитания, а также сделать этот процесс безопасным и эффективным. Видеообзор электронных нагрузокВ этом видеосюжете мы рассмотрим общую информацию о том, что такое электронные нагрузки, для чего они используются и какие бывают. Основные сведения об электронных нагрузках и решаемых с их помощью задачах. Дополнительная информация по этой темеМы специально не перегружали эту статью техническими деталями устройства электронных нагрузок и подробным описанием их опций. Всё это Вы можете подробно прочитать на страницах отдельных серий электронных нагрузок. Если Вам необходима подробная информация по ценам или техническая консультация по выбору оптимальной электронной нагрузки для Вашей задачи, просто позвоните нам или напишите нам по E-mail и мы с радостью ответим на Ваши вопросы. Поделиться в соцсетях:
|
|
Краткое вступление
| Время чтения: 27 минут |
 Автор статьи — Андрей Кириченко |
Электронная нагрузка: на что обратить внимание
Функция нагрузки – электронной или с мощными резисторами – переводить отбираемую от источника энергию в тепло, поэтому большую часть у них занимает силовой узел с системой охлаждения. Исключение составляют электронные нагрузки с функцией рекуперации, возвращающие до 95% энергии обратно в сеть, но они дороги и встречаются редко.
Соответственно при выборе нагрузки надо отталкиваться от следующих критериев:
Если при выборе характеристик все понятно и логично, то насчет максимального напряжения стоит сказать отдельно. Общая цепь измерения включает в себя провода, разъемы, токоизмерительные шунты и силовой узел. При этом минимальное падение на транзисторах зависит от того, на какое напряжение они рассчитаны и, купив нагрузку рассчитанную на большое напряжение «с запасом», можно попасть в ситуацию, когда она не сможет создать заявленный ток при малом напряжении.
Пример — тестирование аккумуляторов, особенно LiFePO4 и LTO, где напряжение может быть меньше чем 2 вольта и, если в начале ток будет равен установленному, то к концу разряда он будет падать. Это проявляется при комбинации максимального тока нагрузки и минимального напряжения источника.
Простые электронные нагрузки работают в режиме генератора тока, то есть они стабилизируют ток в цепи подключенного к ним источника, но это не подходит для тестирования источников, которые сами являются генераторами тока, например зарядных устройств. Для упрощенного понимания можно сказать, что источник напряжения (блок питания, аккумулятор) нагружают стабилизатором тока, а источник тока (зарядное устройство) соответственно стабилизатором напряжения, в противном случае они будут конфликтовать.
На самом деле, режимов больше двух, но основных четыре:
CC или Constant Current – стабилизация тока.
CV или Constant Voltage – стабилизация напряжения, нагрузка не дает напряжению подняться выше установленного значения путем увеличения тока.
CP (CW) или Constant Power – стабилизация мощности, устройство варьирует ток так, чтобы потреблялась установленная мощность.
CR или Constant Resistance – стабильное сопротивление, автоматическое изменение тока нагрузки в зависимости от входного напряжения.
Графические изображения режимов работы электронных нагрузок.
Кроме того, если для резистора или лампочки род тока не имеет значения, то электронные нагрузки делятся на два класса — постоянного и переменного тока.
И, конечно, нагрузки различают по сервисным функциям: самые простые, с обычным ампервольтметром; более сложные, c микроконтроллером, умеющие считать прошедшую через них емкость; модели с подключением к компьютеру; программируемые электронные нагрузки, для которых задается алгоритм работы, эмуляция нагрузки с пульсирующим током, комбинации режимов, функции анализа и пр.
Чаще всего силовой узел строится на базе полевых транзисторов. Управлять ими несложно, но важнее то, что они нагружают источники почти от нулевого напряжения. Существуют также электронные нагрузки на биполярных транзисторах, которые лучше работают в линейном режиме. И третий вариант — IGBT транзисторы. Применяются там, где нужна большая мощность.
Собираем электронную нагрузку своими руками
Нагрузка из нескольких компонентов
Простейшую электронную нагрузку, работающую в режиме CC (как, впрочем, и CV) можно сделать самому из нескольких компонентов: операционного усилителя, транзистора и пары резисторов. Она конечно, будет иметь недостатки, но будет работать.
Схема простейшей электронной нагрузки из операционного усилителя, транзистора и двух резисторов.
Переменным резистором задаем ток, а постоянный используется в качестве измерительного.
Для повышения стабильности работы схему придется усложнить, но все равно она будет доступна для повторения начинающему радиолюбителю. На рисунке ниже расположена схема электронной нагрузки.
Добавление в цепь дополнительных резисторов и конденсатора сделает нагрузку более стабильной.
Такой же вариант существует и в готовом виде. Он нагружает током до 10 А источники с напряжением до 100 В и с мощностью до 75 Вт. Для подобной платы потребуется докупить только радиатор, маломощный блок питания и переменный резистор для регулировки тока.
Компоненты для создания простейшей электронной нагрузки.
Но у показанных выше вариантов схем есть недостатки: малая мощность, а если собирать самому, то придётся искать и покупать отдельные компоненты, изготавливать печатную плату и т.д. Поэтому для начинающего радиолюбителя подойдёт набор комплектующих для сборки электронной нагрузки на ОУ lm324 в который входит все, что нужно.
 |  |
Силовые модули Sousim работают в режимах CC и CV и имеют в конструкции микроконтроллер.
Вариант нагрузки с мощностью 300 Вт, током 40 А и напряжением до 150 В, режимами CC и CV (при половинной мощности) и измерением емкости аккумуляторов.Тестируем аккумуляторы
Если вы не занимаетесь ремонтом блоков питания, но иногда требуется измерить емкость аккумулятора, то есть более узкоспециализированные платы. Они работают, как и обычная электронная нагрузка, но гораздо больше подходят для теста батарей. В этом случае аккумулятор сначала заряжается любым подходящим зарядным устройством, а затем разряжается при помощи такой нагрузки.
Максимальное напряжение нагрузки ZB206+ (слева) 8,5 В, что подходит для теста двух последовательно включенных литий-ионных аккумуляторов, ток 2,6 А, мощность до 12 Вт.
ZPB30A1 (справа) мощнее, до 60 Вт, 10 А и 30 В.
При этом обе имеют возможность четырехпроводного подключения и функцию измерения внутреннего сопротивления аккумулятора.
Универсальные функциональные нагрузки
ZKETECH: стабильность и большой функционал
Те, кто кочет получить стабильно работающее устройство с большим функционалом без работы паяльником, могут обратить внимание на электронные нагрузки ZKEtech. Это китайская фирма, специализирующаяся как раз на подобных устройствах.
Их изделия делятся на два класса:
EBD — обычные электронные нагрузки.
EBC — электронные нагрузки совмещенные с зарядным устройством, представляющие собой тестер аккумуляторных батарей. Они отличаются по мощности, току и по напряжению.
Но перед тем, как перейти к общему описанию моделей, стоит сказать об особенностях устройств этой фирмы.
1. Все устройства поддерживают подключение к компьютеру, это необходимо как для управления, так и для построения графиков тока, напряжения и мощности, а у моделей серии EBC и работу по программе.
Кроме того, если у вас несколько электронных нагрузок ZKEtech, то ими можно управлять одновременно из одного окна ПО, они доступны в дополнительных вкладках в левом верхнем углу окна.
Подобный функционал необходим для контроля и удобен для построения групповых графиков, на которые можно наложить до 9 кривых.
2. Все нагрузки имеют четырехпроводное подключение, что сразу снимает проблему корректности измерения. Для этого у нагрузок имеется четыре клеммы.
Четыре клеммы у нагрузок: две для силового подключения и две для измерения.
 |
EBC-A05+ – более функциональна, так как имеет в составе зарядное устройство. Его мощность достигает 60 Вт при напряжении до 30 В и токе до 5 А. Эта модель оформлена в корпусе, комплектуется блоком питания и кабелем для подключения к компьютеру. Нагрузка подходит для измерения емкости аккумуляторов, рассчитанных на небольшой ток: мобильных телефонов, планшетов, смартфонов, ноутбуков.
Если необходимо тестировать аккумуляторы, с большой токоотдачей, то здесь лучше подойдет EBC-A20, который также содержит в составе зарядное устройство, но максимальный ток составляет 20 А. Его максимальная мощность 85 Вт. Таким током получится нагружать только до напряжения 4,25 В.
EBC-A20 поддерживает работу и при входном напряжении до 30 В с пропорциональным снижением тока.
Эта модель подойдет для заряда и тестирования свинцово-кислотных батарей, позволяя заряжать их током до 5 А и разряжать током до 6 А. Как и у других нагрузок, подключение здесь четырехпроводное, пары проводов соединены непосредственно на «крокодилах».
 |
Модель EBC-A10H послужит универсальным решением, например, для тестирования блоков питания, измерения емкости аккумуляторов и их заряда. Она обеспечивает ток нагрузки до 10 А, ток заряда до 5 А, но при этом её максимальная рассеиваемая мощность составляет уже 150 Вт, что заметно больше предыдущих. Управление осуществляется при помощи нажимного энкодера, потому управлять ею автономно удобнее чем предыдущими, хотя она также подключается к компьютеру.
Внешне EBD-A20H похожа на EBC-A10H, разница только в других клеммах и боковом расположении вентилятора.
 |
 |
East Tester ET5410 отличается информативным дисплеем, большим количеством функций, динамическим тестом не на одной частоте, а с гибким выбором параметров, комплексной нагрузкой CC + CV и CR + CV, режимом измерения сопротивления, напряжения и тока, а также подключением клавиатуры для более удобного управления. Она подходит для тестирования аккумуляторов, но имеет двухпроводное подключение и не подключается к компьютеру.
Выше пошла речь о функции динамического тестирования. Этот режим важен при проверке подключения блоков питания к импульсным нагрузкам и перепадам тока. Иногда блок питания, нормально работающий при стабильном токе нагрузки, начинает «сходить с ума» при подключении нагрузок, с импульсным характером потребления. Для подобных тестов и реализован режим динамической нагрузки, в нем ток потребления меняется с заданной частотой и скважностью.
Условная схема режима динамической нагрузки, в котором ток потребления меняется с заданной частотой и скважностью.
Программируемые нагрузки
Если необходима точность и функциональность, близкие к максимальным, то здесь лучше смотреть на устройства более известных фирм. Но следует учесть, что при этом они часто рассчитаны на меньшую мощность, чем показанные выше, либо у них начнет расти цена.
 |
Как пример, программируемая нагрузка ITECH IT8511A+: 150 В, 150 Вт, 30 А, режимы CC, CV, CP и CR, динамическая нагрузка, необходимый комплекс защит, функция работы по списку (программируемый аналог динамического режима), проверка источника на короткое замыкание, прямое задание параметров, подключение к компьютеру и «теплый ламповый» VFD дисплей.
Лабораторные электронные нагрузки
Рассказав о нагрузках, начиная с недорогих наборов и заканчивая профессиональными решениями, нельзя не упомянуть об устройствах лабораторного класса, например ITECH IT8615. Здесь мощность уже 1800 Вт, напряжение 420 В, ток до 20 А. Но важнее то, что эта нагрузка рассчитана на работу не только с постоянным током, но и переменным, причем помимо обычного перечня режимов работы, она имеет настраиваемый пик-фактор и коэффициент мощности.
Но если присмотреться на неё сзади, то видно будет что «в душе» это все тот же прибор для перевода электрической энергии в тепло, хотя и очень умный.
Производители оснастили свое детище не только большим экраном, но и встроенным осциллографом, для наблюдения тестирования в динамике и то как тестируемое устройство на него реагирует. Кроме того, нагрузка измеряет гармонические искажения до пятидесяти гармоник.
 |