بار کوچک - بار فعلی ثابت: 4 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

من خودم یک PSU نیمکت را توسعه دادم ، و در نهایت به جایی رسیدم که می خواهم بار را روی آن اعمال کنم تا ببینم عملکرد آن چگونه است. پس از تماشای ویدیوی عالی دیو جونز و مشاهده چند منبع اینترنتی دیگر ، به Tiny Load رسیدم. این یک بار ثابت قابل تنظیم است که باید بتواند حدود 10 آمپر را تحمل کند. ولتاژ و جریان توسط رتبه بندی ترانزیستور خروجی و اندازه هیت سینک محدود می شود.

باید گفت ، برخی از طرح های واقعا هوشمندانه وجود دارد! Tiny Load واقعاً ساده و ساده است ، کمی تغییر در طراحی دیو است ، اما همچنان قدرت مورد نیاز برای آزمایش psu را از بین می برد ، مادامی که آب بیشتری از توان خود دریافت نکند.

Tiny Load یک متر فعلی متصل ندارد ، اما می توانید یک آمپرمتر خارجی وصل کنید یا ولتاژ مقاومت بازخورد را کنترل کنید.

بعد از ساختن ، طراحی را کمی تغییر دادم ، بنابراین نسخه ارائه شده در اینجا دارای LED است که به شما می گوید روشن است و الگوی pcb بهتری برای سوئیچ دارد.

طرح کلی و PCB در اینجا به صورت فایل های PDF و همچنین به عنوان تصاویر JPEG ارائه شده است.

مرحله 1: اصل عملکرد

برای کسانی که اصول الکترونیکی را نمی شناسند ، در اینجا نحوه عملکرد مدار توضیح داده شده است. اگر همه اینها برای شما به خوبی شناخته شده است ، با خیال راحت از پیش بروید!

قلب Tiny Load یک آمپر دوگانه LM358 است که جریان جاری در بار را با مقداری که تعیین کرده اید مقایسه می کند. Op-amp نمی تواند جریان را مستقیماً تشخیص دهد ، بنابراین جریان به ولتاژ تبدیل می شود ، که op-amp می تواند توسط مقاومت R3 ، که به مقاومت حسگر جریان معروف است ، تشخیص دهد. برای هر آمپر که در R3 جریان دارد ، 0.1 ولت تولید می شود. این توسط قانون اهم ، V = I*R نشان داده شده است. از آنجا که R3 واقعاً مقدار پایینی است ، با 0.1 اهم ، بیش از حد داغ نمی شود (توان اتلاف شده توسط I²R داده می شود).

مقداری که تعیین کرده اید کسری از ولتاژ مرجع است - دوباره ، ولتاژ استفاده می شود زیرا op -amp نمی تواند جریان را تشخیص دهد. ولتاژ مرجع توسط 2 دیود به صورت سری تولید می شود. هنگامی که جریانی از طریق آن عبور می کند ، هر دیود ولتاژ را در ناحیه 0.65 ولت ایجاد می کند. این ولتاژ ، که معمولاً تا 0.1 ولت در هر دو طرف این مقدار است ، یک ویژگی ذاتی اتصالات p-n سیلیکون است. بنابراین ولتاژ مرجع در حدود 1.3 ولت است. از آنجا که این یک ابزار دقیق نیست ، در اینجا نیازی به دقت زیاد نیست. دیودها جریان خود را از طریق یک مقاومت دریافت می کنند. متصل به باتری ولتاژ مرجع برای تنظیم بار حداکثر تا 10 آمپر کمی بالا است ، بنابراین پتانسیومتر که ولتاژ خروجی را تنظیم می کند به صورت سری با مقاومت 3k متصل شده است که ولتاژ را کمی کاهش می دهد.

از آنجا که مرجع و مقاومت سنجش فعلی به هم متصل هستند و به اتصال صفر ولت op-amp متصل هستند ، op-amp می تواند تفاوت بین دو مقدار را تشخیص داده و خروجی آن را طوری تنظیم کند که اختلاف به نزدیک صفر برسد. قاعده کلی که در اینجا استفاده می شود این است که op-amp همیشه سعی می کند خروجی خود را طوری تنظیم کند که دو ورودی آن در یک ولتاژ یکسان باشد.

یک خازن الکترولیتی روی باتری متصل شده است تا از شر هرگونه نویز خلاص شود و به منبع تغذیه op-amp راه پیدا کند. یک خازن دیگر در سراسر دیودها متصل شده است تا نویز ایجاد شده را کاهش دهد.

پایان کار Tiny Load توسط MOSFET (ترانزیستور اثر میدان نیمه هادی فلزی اکسید) شکل می گیرد. من این را انتخاب کردم زیرا در جعبه آشغال من بود و دارای ولتاژ و جریان مناسب برای این منظور بود ، اما اگر شما یک دستگاه جدید خریداری می کنید ، دستگاه های بسیار مناسب تری پیدا می شود.

mosfet مانند یک مقاومت متغیر عمل می کند ، جایی که تخلیه به طرف منبع تغذیه ای که می خواهید آزمایش کنید متصل است ، منبع به R3 و از طریق آن به - منبع تغذیه ای که می خواهید آزمایش کنید متصل می شود و دروازه متصل می شود به خروجی op-amp. هنگامی که ولتاژ روی دروازه وجود ندارد ، mosfet مانند یک مدار باز بین تخلیه و منبع خود عمل می کند ، اما هنگامی که ولتاژ بیش از مقدار مشخصی (ولتاژ "آستانه") اعمال می شود ، شروع به هدایت می کند. ولتاژ دروازه را به اندازه کافی بالا ببرید و مقاومت آن بسیار کم می شود.

بنابراین op-amp ولتاژ دروازه را در سطحی نگه می دارد که جریان جاری در R3 باعث ایجاد ولتاژ می شود که تقریباً برابر کسری از ولتاژ مرجع است که با چرخاندن پتانسیومتر تنظیم کرده اید.

از آنجا که mosfet مانند یک مقاومت عمل می کند ، دارای ولتاژ در آن است و جریانی در آن جریان دارد که باعث می شود قدرت به صورت گرما از بین برود. این گرما باید به جایی برود در غیر این صورت ترانزیستور را خیلی زود خراب می کند ، بنابراین به همین دلیل به هیت سینک متصل می شود. ریاضیات برای محاسبه اندازه هیت سینک ساده است ، اما کمی تاریک و اسرارآمیز است ، اما بر اساس مقاومتهای حرارتی مختلف است که مانع جریان حرارت در هر قسمت از محل اتصال نیمه هادی به هوای خارج و افزایش دمای قابل قبول می شود. بنابراین شما مقاومت حرارتی را از محل اتصال به کیس ترانزیستور ، از کیس تا هیت سینک دارید و از طریق هیت سینک به هوا ، اینها را برای مقاومت کلی حرارتی به هم اضافه کنید. این در درجه سانتی گراد/وات داده می شود ، بنابراین برای هر وات در حال اتلاف ، دما به همان میزان افزایش می یابد. این را به دمای محیط اضافه کنید تا دمایی را دریافت کنید که محل اتصال نیمه هادی شما در آن کار خواهد کرد.

مرحله 2: قطعات و ابزارها

من Tiny Load را بیشتر با استفاده از قطعات جعبه آشغال ساخته ام ، بنابراین کمی دلخواه است!

PCB از SRBP (FR2) ساخته شده است که من به دلیل ارزان بودن آن به نظر می رسد. روی آن با مس 1oz پوشانده شده است. دیودها و خازن ها و mosfet قدیمی هستند ، و op-amp یکی از بسته های 10 عددی است که چند وقت پیش به دلیل ارزان بودن آنها دریافت کردم. هزینه تنها دلیل استفاده از دستگاه smd برای این کار است - هزینه 10 دستگاه smd برای من همان 1 سوراخ است.

• 2 عدد دیود 1N4148. اگر می خواهید بتوانید جریان بیشتری را بارگذاری کنید ، بیشتر استفاده کنید.
• ترانزیستور MOSFET ، من از BUK453 استفاده کردم ، زیرا این چیزی است که من اتفاق افتاده است ، اما آنچه را که دوست دارید انتخاب کنید ، تا زمانی که امتیاز فعلی بیش از 10A باشد ، ولتاژ آستانه کمتر از 5 ولت و Vds بیشتر از حداکثر مورد انتظار شما است در آن استفاده کنید ، باید خوب باشد سعی کنید یکی را برای کاربردهای خطی انتخاب کنید تا برای تعویض.
• پتانسیومتر 10k من این مقدار را انتخاب کردم زیرا این همان چیزی بود که من اتفاق افتاده بود ، چیزی که من آن را از یک تلویزیون قدیمی جدا کردم. آنهایی که فاصله پین های یکسانی دارند به طور گسترده ای در دسترس هستند ، اما در مورد لبه های نصب مطمئن نیستم. برای این کار ممکن است مجبور شوید طرح صفحه را تغییر دهید.
• دستگیره برای قرار دادن پتانسیومتر
• مقاومت 3k 3.3k باید به همان خوبی کار کند. اگر می خواهید با مرجع 2 دیودی نشان داده شده بتوانید جریان بیشتری بارگذاری کنید ، از مقدار کمتری استفاده کنید.
• تقویت کننده LM358 در واقع ، هر نوع عرضه واحد ، از راه آهن به راه آهن ، باید کار را انجام دهد.
• مقاومت 22k
• مقاومت 1k
• خازن 100nF این باید واقعاً سرامیکی باشد ، اگرچه من از یک فیلم استفاده کردم
• خازن 100uF حداقل باید به 10V ولتاژ داده شود
• مقاومت 0.1 اهم ، حداقل امتیاز 10 وات. چیزی که من استفاده کردم بیش از اندازه است ، باز هم هزینه عامل قاطع در اینجا بود. مقاومت فلزی با ولتاژ 25 وات 0.1 اهم ارزان تر از انواع مناسب است. عجیب اما واقعی.
• Heatsink - هیت سینک CPU قدیمی به خوبی کار می کند و این مزیت را دارد که طراحی شده است تا در صورت نیاز به فن متصل شده باشد.
• ترکیب هیت سینک حرارتی. من آموختم که ترکیبات سرامیکی بهتر از ترکیبات فلزی عمل می کنند. من از Arctic Cooling MX4 استفاده کردم که اتفاقاً داشتم. خوب کار می کند ، ارزان است و مقدار زیادی دریافت می کنید!
• قطعه کوچک آلومینیوم برای براکت
• پیچ و مهره کوچک
• سوئیچ کشویی کوچک

مرحله 3: ساخت و ساز

من بار کوچکی را از جعبه آشغال یا قطعات بسیار ارزان ساختم

هیت سینک یک هیت سینک پردازنده قدیمی عصر پنتیوم است. من نمی دانم مقاومت حرارتی آن چیست ، اما حدس می زنم که درجه 1 یا 2 درجه سانتی گراد/ثانیه بر اساس تصاویر پایین این راهنما باشد: https://www.giangrandi.ch/electronics/thcalc/ thcalc … اگرچه اکنون تجربه نشان می دهد که بهتر از این است.

من یک سوراخ در وسط هیت سینک ایجاد کردم ، آن را ضربه زدم و ترانزیستور را با ترکیب حرارتی MX4 روی آن نصب کردم و پیچ نصب را مستقیماً در سوراخ ضربه ای پیچ کردم. اگر وسیله ای برای ضربه زدن به سوراخ ها ندارید ، فقط آن را کمی بزرگتر کرده و از مهره استفاده کنید.

من در ابتدا تصور می کردم که این میزان به اتلاف 20 وات محدود می شود ، با این حال من آن را در 75 وات یا بالاتر اجرا کردم ، جایی که بسیار گرم شد ، اما هنوز خیلی گرم نیست برای استفاده. با یک فن خنک کننده متصل شده ، این هنوز بالاتر خواهد بود.

نیازی به پیچاندن مقاومت حسگر فعلی به برد نیست ، اما اگر نمی توانید چیزی را به آنها بچسبانید ، وجود سوراخ های پیچ چیست؟ از قطعات کوچک سیم ضخیمی که از برخی کارهای الکتریکی باقی مانده بود برای اتصال مقاومت به برد استفاده کردم.

کلید پاور از یک اسباب بازی منقرض شده است. من فاصله های حفره را در pcb اشتباه کردم ، اما فاصله در طرح pcb که در اینجا آورده شده است باید مناسب باشد اگر شما دارای یک نوع سوئیچ SPDT مینیاتوری هستید. من در طراحی اصلی یک LED قرار ندادم تا نشان دهم که Tiny Load روشن شد ، هرچند فهمید این یک حذف احمقانه است ، بنابراین آن را اضافه کردم.

مسیرهای ضخیم همانطور که ایستاده اند با استفاده از تخته مسی 1oz به اندازه کافی ضخیم برای 10 آمپر نیستند ، بنابراین با مقداری سیم مسی حجیم شده است. در هر یک از قطعات یک قطعه سیم مسی 0.5 میلی متری در اطراف آن چسبانده شده و در فواصل زمانی چسبانده می شود ، به غیر از کشش کوتاهی که به زمین متصل است ، زیرا سطح زمین حجم زیادی را اضافه می کند. مطمئن شوید سیم اضافه شده مستقیماً به پین های mosfet و مقاومت می رود.

من pcb را با استفاده از روش انتقال تونر تهیه کردم. حجم زیادی از ادبیات در این زمینه در شبکه وجود دارد ، بنابراین من وارد آن نمی شوم ، اما اصل اساسی این است که شما از چاپگر لیزری برای چاپ طرح روی کاغذ براق استفاده می کنید ، سپس آن را روی تخته اتو می زنید ، سپس اچ می کنید. آی تی. من از مقداری کاغذ انتقال تونر زرد ارزان از چین و اتوی لباس با دمای زیر 100 درجه سانتی گراد استفاده می کنم. من برای تمیز کردن تونر از استون استفاده می کنم. فقط با پارچه های استون تازه پاک کنید تا تمیز شوند. برای نشان دادن روند ، عکسهای زیادی گرفتم. مواد بسیار بهتری برای کار موجود است ، اما کمی بیشتر از بودجه من! من معمولاً باید نقل و انتقالات خود را با قلم نشانگر لمس کنم.

با استفاده از روش مورد علاقه خود سوراخ ها را سوراخ کنید ، سپس سیم مسی را به خطوط پهن اضافه کنید. اگر با دقت نگاه کنید ، می بینید که من حفاری خود را کمی بهم ریختم (زیرا من از یک ماشین حفاری آزمایشی استفاده کردم که تا حدودی ناقص است. هنگامی که به درستی کار می کند ، من یک دستورالعمل را در مورد آن قول می دهم!)

ابتدا op-amp را نصب کنید. اگر قبلاً با smd ها کار نکرده اید ، نترسید ، این بسیار آسان است. ابتدا یکی از لنت های روی تخته را با لحیم کاری بسیار کمی قلع دهید. تراشه را بسیار دقیق قرار دهید و سنجاق مربوطه را به پد چسبانده شده بچسبانید. خوب حالا تراشه جابجا نمی شود ، می توانید سایر پین ها را لحیم کنید. اگر مقدار کمی مایع دارید ، استفاده از اسمیر این فرآیند را آسان تر می کند.

بقیه اجزاء ، ابتدا کوچکترین ، که به احتمال زیاد دیودها هستند را نصب کنید. مطمئن شوید که آنها را از راه درست دریافت کرده اید. من با نصب ترانزیستور ابتدا روی هیت سینک کارهایی را کمی به عقب انجام دادم ، زیرا در ابتدا از آن استفاده کردم.

برای مدتی باتری با استفاده از پد های چسبناک روی برد نصب شد که به طرز قابل توجهی خوب کار می کرد! این دستگاه با استفاده از یک اتصال استاندارد pp3 متصل شده است ، با این حال این برد به گونه ای طراحی شده است که از نوع محکم تری از نگهدارنده استفاده می کند که کل باتری را می گیرد. من برخی از مشکلات مربوط به تعمیر نگهدارنده باتری را داشتم زیرا پیچ های 2.5 میلی متری طول می کشد ، که من آنها را کم دارم و مهره ای برای جا دادن آنها وجود ندارد. من سوراخ های گیره را به 3.2 میلی متر رساندم و آنها را به 5.5 میلی متر رساندم (نه ضد ضربه واقعی ، من فقط از یک مته استفاده کردم!) ، اما متوجه شدم که مته بزرگتر پلاستیک را بسیار تیز می کند و از یکی از سوراخ ها عبور می کند. به البته می توانید از پدهای چسبناک برای رفع آن استفاده کنید ، که در آینده ممکن است بهتر باشد.

سیم های گیره باتری را بچسبانید تا حدود یک اینچ سیم داشته باشید ، انتهای آن را قلع کنید ، آنها را از سوراخ های روی تخته عبور دهید و انتهای آن را به داخل تخته بچسبانید.

اگر از مقاومت فلزی مانند مقاومت نشان داده شده استفاده می کنید ، آن را با سیم های ضخیم مناسب کنید. لازم است بین آن و برد یک نوع جداکننده وجود داشته باشد تا امپ آپ را بیش از حد گرم نکند. من از مهره استفاده کردم ، اما آستین های فلزی یا دسته واشرهایی که روی تخته چسبانده شده بودند بهتر بود.

یکی از پیچ ها که گیره باتری را ثابت می کند ، از طریق یکی از لبه های مقاومت عبور می کند. این ایده بدی بوده است.

مرحله 4: استفاده از آن ، پیشرفت ها ، برخی از افکار

طریقه استفاده: بار کوچک طراحی شده است تا جریان ثابت را از منبع تغذیه ، بدون توجه به ولتاژ آن ، بکشد ، بنابراین نیازی به اتصال چیز دیگری به آن ندارید ، به جز آمپرمتر ، که باید آن را به صورت سری با یکی از ورودی ها قرار دهید. به

دکمه را به صفر برسانید و Tiny Load را روشن کنید. شما باید مقدار کمی جریان را مشاهده کنید ، حداکثر تا 50 میلی آمپر.

به آرامی دکمه را تنظیم کنید تا جریانی که می خواهید در آن آزمایش کنید جریان داشته باشد ، هر آزمایشی را که باید انجام دهید انجام دهید. بررسی کنید که دیگ بخار بیش از حد داغ نباشد - قانون کلی در اینجا این است که اگر انگشتان شما را بسوزاند ، خیلی گرم است. در این حالت شما سه گزینه دارید:

1. ولتاژ منبع تغذیه را خاموش کنید
2. بار کوچک را کاهش دهید
3. آن را برای فواصل کوتاه و زمان زیادی برای سرد شدن در بین آن اجرا کنید
4. فن را روی هیت سینک قرار دهید

خوب این چهار گزینه است:)

هیچ حفاظت ورودی وجود ندارد ، بنابراین بسیار مراقب باشید که ورودی ها به طور صحیح به هم متصل شوند. اشتباه کنید و دیود ذاتی mosfet تمام جریانی را که در دسترس است هدایت می کند و احتمالاً mosfet را در این روند از بین می برد.

پیشرفتها: به سرعت آشکار شد که Tiny Load باید وسایل خود را برای اندازه گیری جریان مورد نظر خود داشته باشد. برای این کار سه راه وجود دارد.

1. ساده ترین گزینه این است که آمپرمتر را به صورت سری با ورودی مثبت یا منفی قرار دهید.
2. دقیق ترین گزینه این است که یک ولت متر را در طول مقاومت حسی متصل کنید ، که به آن مقاومت کالیبره شده است به طوری که ولتاژ نشان داده شده جریان را نشان می دهد.
3. ارزان ترین گزینه این است که یک مقیاس کاغذی که پشت دکمه کنترل قرار دارد ، بسازید و یک مقیاس درجه بندی شده روی آن علامت گذاری کنید.

به طور بالقوه فقدان حفاظت معکوس می تواند یک مشکل بزرگ باشد. دیود ذاتی mosfet مشخص می کند که Tiny Load روشن است یا خیر. باز هم تعدادی گزینه برای حل این مشکل وجود دارد:

1. ساده ترین و ارزان ترین روش اتصال دیود (یا برخی دیودها به صورت موازی) به صورت سری با ورودی است.
2. یک گزینه گران تر استفاده از mosfet است که دارای محافظ معکوس است. خوب پس این نیز ساده ترین روش است.
3. پیچیده ترین گزینه این است که mosfet دوم را در ضد سری به اولین متصل کنید ، که تنها در صورت قطبیت صحیح انجام می شود.

من متوجه شدم که گاهی اوقات آنچه واقعاً مورد نیاز است یک مقاومت قابل تنظیم است که می تواند قدرت زیادی را از بین ببرد. برای انجام این کار می توانید از اصلاح این مدار استفاده کنید ، بسیار ارزان تر از خرید یک رئوستات بزرگ. بنابراین مراقب Tiny Load MK2 باشید که می تواند به حالت مقاومتی تغییر کند!

بار کوچک حتی قبل از اتمام کار مفید بوده و بسیار خوب کار می کند. با این حال ، من در ساخت آن با مشکلاتی روبرو شدم و بعداً متوجه شدم که نشانگر متر و "روشن" پیشرفت های ارزشمندی خواهد بود.