Самодельная электронная нагрузка 200W на основе компонентов с АлиЭкспресс

Вашему вниманию Самодельная Электронная нагрузка. Пока существует в черновом варианте, но тем не менее уже нормально работает. Практически все компоненты нагрузки приехали из Китая. Радиатор долго лежал на полке, и вот наконец наступил его звездный час, спасибо карантину и коронавирусу.

Внимание, это не обзор товара, это DIY на «свободную тему». Кому интересно читаем дальше… Будет много фото и мало букв, обзор родился спонтанно и был написан за пару часов, потому сразу прошу прощение, за какие-либо описки или неправильные обороты речи.

В нагрузке использованы следующие наборы и компоненты:
Двунаправленный АмперВольметр 20А 90В
Конструктор электронной нагрузки 10А 150W
Радиатор купленный на Таобао.
И кучка разных запчастей, вентиляторов, коннекторов, термопредохранителей купленных как на Алиэкспересс, так и рынках запчастей.
Вот и пришла пора собрать это все в кучу, о чем я вам попытаюсь рассказать и показать на фото. Пока черновой, тестовый вариант, который еще необходимо доработать, но уже работающий экземпляр, которые вполне справляется со своим предназначением.
Начиналось все со статьи ув. Кирича, где он описал китайский конструктор электронной нагрузки. Я приобрел в другом месте, аналогичный набор и собрал его. Сначала все было собрано из прилагаемых комплектующих, за исключением разъема питания, диодов выпрямительного моста и силовых транзисторов. Я не буду подробно описывать сборку, это все очень хорошо описано в обзоре подобного конструктора от ув. Кирича. Всем новичкам крайне рекомендуется к прочтению (ссылка на обзор выше).

Диоды образующие выпрямительный диодный мост были ни к чему, так как питание я планировал давать уже стабилизированное. Изначально планировался к использованию аналоговый трансформаторный блок питания со стабилизацией на выходе L7912 и L7810.

Но от этой идеи в последствии пришлось отказаться, так как банально не хватало мощности трансформатора для питания всех блоков.

Последовательность сборки:
Делаем отверстия в радиаторе и нарезаем резьбу:

Крепим на радиаторе термопредохранитель (на 90С) и транзисторы IRFP250. Это транзисторы были заказаны заранее из Китая и установлены вместо комплектных мосфетов в корпусе ТО220, с целью повышения выходной мощности.

Все транзисторы были проверены перед установкой на транзисторном тестере:

Ставим стойки крепления платы нагрузки и подпаиваем провода к силовым транзисторам. Провода должны быть хорошего сечения, способные выдерживать заданный ток.

Ставим плату на стойки и закрепляем болтами. Так где есть опасность замыкания дорожек платы на корпус, подкладываем изолированные шайбы из не проводящего ток материала.

Смотрим сбоку все ли нормально, нет ли визуальных замыканий… Нет, место много, никаких проблем визуально не обнаружено.

Подпаиваем силовые провода, они у меня максимального сечения 3.0 AVG (из имеющихся у меня), на плюсовом проводе автомобильный предохранитель на 25А. Провод медный.

В общем итоге получилось вот так. Подсоединяем питание, по плюсовому проводу через термический предохранитель на 90С, который отключит напряжение в случае появления аварийного режима из-за отказа вентилятора.

И делаем стартовый пробный прогон. Нагрузка работает. Резистором плавно меняется ток от нуля и до… 6А. Пока у меня не было ничего более мощного, что бы проверить предельный ток. В принципе если ток будет меньше чем мне требуется, есть 2 варианта это исправить, или подбирать делитель на TL431 или менять шунты — мощные проволочные резисторы в сторону уменьшения сопротивления. Это все очень подробно описано в обзоре ув. Кирича, потому не буду повторяться.

Собираем дальше. Переходим в двунаправленному Ампервольтметру и дорабатываем его. Первым делом удаляем силовое реле, поскольку не хорошее решение управлять при помощи реле высокотоковой нагрузкой. Так же было замечено что штатное реле потребляет ток 140мА во включенном состоянии и очень ощутимо греется пластмассовый корпус реле, а это мне совсем не нравится.
Вместо штатного реле ставим мелкую релюшку на 12В (с автомобильной сигнализации производство Япония). В сработавшем состоянии реле потребляет ток около 30мА. Итого суммарный ток ампервольтметр + реле составляет 70мА.

С обратной стороны реле ставим перемычку медным проводом хорошего сечения.

Крепим это все опять же на радиатор при помощи монтажных стоек.

Изначально была идея при помощи мелкого реле разрывать питание платы электронной нагрузки, но в последствии от этой идеи я отказался, так как ампервольтметр оказался очень чувствительным в переходным процессам возникающим при подачи питания на нагрузку (кратковременный скачек потребляемого тока, до 200мА, из-за зарядки конденсаторов), что приводило к частым перезагрузкам измерительного устройства. Можно было конечно выкинуть конденсаторы на 1000 мкф, которые почти не несут полезной нагрузки если подается уже стабилизированное напряжение, а не переменный ток, но я нашел лучшее решение, о котором я расскажу позже.

Теперь настало время закрепить сам ампервольтметр и вывести клеммы и некоторые дополнительные компоненты. Пока нет корпуса, можно будет погонять электронную нагрузку в таком черновом варианте.
В алюминиевой пластине было выпилено монтажное отверстие и сама пластина закреплена на радиаторе.

Так же была подобрана пластиковая планка на которой разместил 2 советские зажимные клеммы, переменный резистор и кнопку разрывающую питание ампервольтметра, для быстрого доступа к меню калибровки.
Собираем все окончательно. При этом надо помнить, что у электронной нагрузки и ампервольтметра схема выполнена конструктивно так, что у них образуется общий минусовой провод (потому была изначально идея давать каждому блоку свое напряжение питание, изолированное от остальных). Потому все предохранители и т.п. должны быть выполнены только по плюсовому проводу.

Теперь о том что именно у меня включает реле. Я решил что правильно будет отключать нагрузку соединив средний провод переменного резистора с минусовым проводом. Это эквивалентно крайне левому положению переменного резистора, когда вывод микросхемы соединен с землей и микросхема будет в «закрытом» состоянии. Сверху на фото видно, что я присоединил нормально замкнутые выводы реле (т.е это те выводы которые находятся в замкнутом состоянии, когда реле отключено). Таким образом при включении ампервольтметра реле находится в обесточенном состоянии, и вход микросхемы замкнут на минусовой провод. При включении нагрузки при помощи кнопки OUT, реле срабатывает и размыкает вход микросхемы от минусового провода, и регулировка тока выполняется при помощи переменного резистора в штатном режиме. Я постарался на схеме изобразить место подключение реле.

Так же обратите внимание на конденсаторы 102 обведенные зелеными кружками. Как мне подсказали у них недостаточная емкость, и нагрузка может самовозбуждаться, потому нужно их заменить на аналогичные, но более емкие 33нФ и до 100нФ (104). Я решил просто допаять параллельно дополнительную емкость, вы можете это видеть на фотографии ниже.

Ну и последние штрихи, ставим модуль управления вентилятором с гистерезисом, позволяющий при достижении определенной заданной температуры плавно включать вентилятор и держать его на малых оборотах, при дальнейшем повышении температуры вентилятор увеличивает обороты вплоть до максимальных, при которых он потребляет 400мА.

Так же на плату я распаял разъем питания, и развел питание ампервольтметра и самой платы нагрузки + вентилятор. В качестве блока питания используется какой-то с зарядного устройства 12В и 1.5А, чего хватает с большим избытком.

В качестве испытания я протестировал аккумулятор LiFePo4 Литокала 6.5а/ч Испытание проводил при токе 6А (1С).

Был задействован триггер LOP отключающий аккумулятор от нагрузки при достижения напряжения 2.3В Емкость аккумулятора вы можете видеть на фото.



Выводы: В общем получилась неплохая электронная нагрузка, которую будет не стыдно оформить в корпус.
Так же планирую еще немного доработать нагрузку установив еще одну плату и 4 транзистора IRFP250, что позволит увеличить мощность нагрузки до 400W и выше. Так же планирую перевести ампервольтметр на 4-х проводную схему, что позволит более точно контролировать напряжение на тестируемом аккумуляторе.

На этом все. Кошку изловить не удалось, потому финального фото животного не будет…
Как всегда приветствуются адекватные комментарии, неадекватные с моей точки зрения комментарии будут игнорироваться.
Всем мира и добра!

Тест на нагрев радиатора. После нескольких сообщений что радиатор полное г… Решил провести тест на нагрев. Температурный датчик помещаем прямо за стенку где закреплены силовые транзисторы. Ставлю 20В и ток 5 А (больше не могу источник питания не позволит). Греем 15 минут. В принципе можно было и дольше, но температура стабильно стоит. Прямо на стенке с транзисторами 49-50С. Вторая стенка чуть теплая. Вентилятор крутит на средних оборотах. Значит 100W радиатор рассеивает легко… Думаю что на второй стенке ещё можно 4 транзистора разместить и будет искомые 200W какие я и хотел без перегрева транзисторов. В общем см фото…