Миниатюрная электронная нагрузка 25 Вт

Для тестирования одного многопортового блока питания не хватало нагрузок. Увидел вот такую недорогую и миниатюрную и стало интересно посмотреть как устроена, потестировать. А ещё сжечь её, починить и немного «разогнать».

Зачем?

С тех пор как стал писать обзоры на муське, электронные нагрузки стали мне интересны — с их помощью можно протестировать возможности разных аккумуляторов, блоков питания или преобразователей. А тут попалось устройство с 6-ю портами, а у меня столько нагрузок нет. И поскольку нагрузками интересовался и искал информацию и варианты, то Озон и Али стали постоянно что-то подкидывать в выдачах. И вот однажды ;) увидел это чудо за 300 с небольшим, решил заказать, познакомиться так сказать, с китайскими передовыми инженерными решениями и миниатюризацией. Но внешний вид это ещё полдела, у неё описание такое, что пройти мимо очень трудно. Вот, например:

3. Модернизированная высокомощная трубка с более высокой скоростью вращения вентилятора и лучшим рассеиванием тепла, что приводит к более высокой мощности нагрузки.
4. Интеллектуальная регулировка перегрева позволяет избежать чрезмерного теплового повреждения модуля или других проблем безопасности при перегрузке.
5. Широкий спектр применения: основная цель — старение мощности, разрядка батареи, заводские испытания и т. д. Подходит для различных производственных применений, связанных со старением.

Ну прям как будто читаешь описание большого промышленно-биологического прибора в железном корпусе и, как минимум на полкиловатта, никак не меньше :)
Ещё на Али один из отзывов поразил неимоверно, и такое бывает:
Ну раз так, то подумал, что товар видимо очень хороший, надо брать. Вопщем, каюсь, пал жертвой рекламы, заказал.

На Алике подобные либо чуть дешевле: https://aliexpress.ru/item/1005006745923907.html, но с доставкой получаются чуть подороже. Либо с бесплатной доставкой, но уже чуть дороже.
https://aliexpress.ru/item/1005006196621280.html
И там вариант этого мощного описания прилагается уже на английском.

Знаю, видел тут на муське, уже есть обзоры и заметка на подобную. Но моя-то точно от них отличается! У меня-то на целых 20В и 25Вт! Хотя это не точно :)

Характеристики и внешний вид

Для упаковки не пожалели маленькой картонной коробки. Обернули в пупырку и поместили в пластиковый пакет. Так что всё доехало в целости и сохранности.
Ну и как не редко у меня бывает при распаковке, разрыв шаблона диссонанс: хоть и ожидал такого, но всё равно непривычно и удивляет: уж очень она мелкая, с крохотным вентилятором. В живую, настолько мелких ещё не видел, хотя знаю, бывают и ещё меньше. Размер немногим больше Witrn C5.

Посмотрим, что нам тут обещают:

• Напряжение: 3,7-20 В постоянного тока
• Рабочий ток: менее 3 А
• Максимальная мощность: 25 Вт
• Интерфейс: USB/Type-C
• Метод рассеивания тепла: полностью алюминиевый радиатор вентилятора + интеллектуальный вентилятор с регулируемой температурой
• Интерфейс модуля:USB/Type-C: входное напряжение питания 3,7-20 В, и два интерфейса являются параллельными входами.
• Короткое замыкание ВЕНТИЛЯТОРА ВКЛ.: принудительное вращение вентилятора, ВЫКЛ.: принудительная остановка вращения вентилятора.
• Синий потенциометр: по часовой стрелке ток увеличивается, против часовой стрелки ток уменьшается

Конструктивно, у нагрузки есть разьёмы type-a и type-c, их "+" и "-" включены параллельно. Взаимное расположение портов крайне неудачное для type-c. Ни один USB-тестер туда не запихнешь, даже такой компактный как KWS-2301C. Только кабель или какой-то уж совсем мелкий показометр. И это не очень-то удобно. Лучше бы они его развернули на боковую сторону платы, тогда всем было-бы хорошо. Кстати, резисторы тут распаяны и при подключении к type-c напрямую, 5В на разъеме есть.
Ещё на верхней стороне платы есть: 2p JST разъем питания вентилятора, отверстия для установки перемычек принудительного включения или отключения вентилятора, подстроечный многооборотный резистор с накатанной крутящейся головкой, похожий на MOSFET элемент в корпусе dpak с затертой маркировкой и светодиод индикации включения нагрузки/питания. Да, отдельного питания тут не предусмотрено, схема нагрузки питается от нагружаемого источника.
Мелкий алюминиевый радиатор 30х30х8мм прикреплен к плате на двусторонний скотч и норовит постоянно отклеится, по сути он держится на силовом транзисторе. На радиатор двумя шурупами прикручен миниатюрный вентилятор 30х30х10мм.

На нижней стороне платы имеется шунт на 25 мОм и какая-то микросхема sop-14 с затертой маркировкой. Можно предположить, что это lm324: к 4 ноге подключен +usb, а к 11-ой -usb. Если так, то странно, зачем это скрывать? У подобной же в версии с lm358 на 18Вт маркировку не затирают. Есть тут и Tl431, видимо для задания опорного напряжения. Ещё пара транзисторов, возможно один или оба задействованы в схеме управления вентилятором — он автоматически включается при нагреве силового транзистора.

Силовой транзистор установлен на нижней стороне платы, в квадратном «окошке» и прикручен винтом м3 к дну радиатора. Или, скорее, радиатор к нему. Транзистор составной (Дарлингтон) — TIP122, 5А 100В, 65Вт. ДШ: https://static.chipdip.ru/lib/576/DOC011576293.pdf
Т.е. если транзистор не подделка, есть все предпосылки, чтобы заявленные 25 Вт рассеивать долго и счастливо. Но вот, думаю, что установленный тут радиатор и вентилятор маловаты для рассеивания 25Вт, на Али, кстати, пишут про 22.5Вт для этой нагрузки. Но и это, думаю, тоже безудержный оптимизм с таким радиатором, сомневаюсь, что он сможет рассеивать многим больше 10 Вт. Штош, проверим: давайте уже нагрузим эту нагрузку ;)

Тесты

Для тестов использовал свой регулируемый БП, его для таких целей должно хватать более чем. А между ним и нагрузкой будет USB-тестер Witrn С5 для индикации тока-напряжения-мощности.
В отзывах есть фото со сгоревшим транзистором и выводами, что нагрузка ни 20В не держит, ни 1.5А. Немного понагружал нагрузку на токах 1.5А и 12В, сразу не сгорела, но транзистор ощутимо греется. Решил проверить 20В, выставил на БП 19.9В и ограничение тока в 4А, на нагрузке был выставлен минимальный ток. Подключил выход БП и сразу получил 2.5В и 3.24А. Не сразу понял, что произошло, а потом как понял. Что нагрузка уже «сгорела». Вот так сразу. Правда, сгорела она не до конца а перешла в режим своего постоянного максимума, т.е. те самые 3.24А.
Да, как-то уж очень быстро. Тут, как нельзя кстати, вот такой вот краткий отзыв:

Отпаял транзистор, проверил в транзистор-тестере, и он вроде что-то показывает, вроде как и не сгорел транзистор. Что же тогда случилось? Следующим шагом решил заменить ту самую lm324 со стёртой маркировкой. Хотя у неё до 30В питание, но не зря же китайцы затерли маркировку. А у меня «совершенно случайно» завалялось пару штук из Чипа-Дипа :) «Отгрыз» старую, припаял новую и нагрузка снова заработала как новенькая. Надо же.

Дальше, прицепил к транзистору датчик DS18B20 для контроля температуры на радиаторе во время тестов.

Поскольку у меня в запасе осталась ещё одна lm324, рискнул снова выставить 20В. Выставил, подключил. И оно работает :) Проверил 21В дальше не стал, хотя вроде и больше можно.
Вентилятор, кстати потребляет больше ~300мА и включается на 40 градусов. И выключается, надо бы ему гистерезис увеличить, тут на муське был обзор и описание, как это сделать, может поможет.
На 5В дает выставить не более 3А, и всё равно перегревается до 70 градусов, дальше не стал проверять.
На 12В дал выставить почти 3А и 35Вт. Но перегревается мгновенно.
А вот на 20В дал накрутить почти до 2А и 36 Вт. И открутить назад ток уже не успел. Перегрев на датчике заметил больше 90 градусов и кристалл в транзисторе «отстрелился». Красиво, почти как в видео у Лисина.
Ехать в ЧипДип за новым Tip122 было неохота и попробовал поставить MOSFET IRFZ46N бывший под рукой. С ним всё заработало, но замена не равноценная — уровень напряжения для открытия затвора ему требуется больший и на 5 В он дает выставить максимум 0.5А. Полноценно начинает работать с ~7.5 В. Многовато, всё таки хотелось хотя бы с 5. Пришлось всё-таки съездить в ЧипДип, новый Tip122 обошёлся в 40р.
После замены решил сразу и «проапгрейдить» нагрузку: поставил радиатор 56х52х30. Показался наиболее подходящим. И вентилятор 60х15, 12В, 0.1А. Питать буду отдельно, хотя можно было и повышающий преобразователь добавить, стоят они совсем недорого, подключить от питания старого, мелкого.
Получилось так (добавил старый мелкий для сравнения):

На 12В и 3А (36 Вт) нагрев за минуту поднялся до 48 и за десять минут дальше 49 не ушёл.

На 20В и 2А (37 Вт) нагрев за пару минут поднялся до 49 и так и колебался между 48 и 49 градусами. За десять минут 50 так и не достиг. Напомню, предыдущий в таком режиме «отстрелился».

Кратковременно на 20В можно накрутить до 2.5 А и 50 Вт, но транзистор нагревается довольно быстро, датчик меньше чем за минуту показал 65 градусов. И хотя транзистор есть в запасе, дальше крутить не стал, мне от этой нагрузки нужны были заявленные 25 Вт, но в долговременном режиме. А на 25 Вт с новым радиатором температура выше 40 градусов не поднимается :)

Выводы

С допустимым напряжением у этой нагрузки полная неразбериха. Где-то указано 13В макс, где-то 20В. Возможно это просто путаница с лотами. Но путаницы добавляют и сами китайцы ставя вместо дешёвой lm324 что-то своё, которое от 20В горит на раз. Так что, если у вас она от 20В сгорит, то замена микросхемы на lm324 вполне вероятно поможет.

В итоге: нагрузка свои обещанные 25 Вт может только кратковременно, не при любых напряжениях и перегревается очень быстро. Неудивительно, для такого транзистора и такой радиатор рассеивает не больше 12Вт. Без нормального радиатора — по нагрузочной способности немного лучше пары резисторов, тесты современных мощных ЗУ и банок силы — задачи не для этой малышки. С другой стороны, может регулировать плавно ток, что бывает нужно. Это может быть кому-то важно, например, для тестирования каких-то маломощных модулей, тогда это ваш вариант: и недорого и компактно.

Учитывая необходимость доработки, даже за свою стоимость — приобретение довольно сомнительное. Но если всё-же доработать и поставить радиатор и вентилятор другого, чуть более серьёзного размера с дополнительным питанием, то и 35 Вт уже можно будет нагружать. Так что, если у вас такой радиатор с вентилятором завалялся, а паять свою нагрузку не хочется, то вариант вполне подходящий ;) Жаль только, что миниатюрной это нагрузка после такой доработки быть перестаёт.