1. В сообществе нашего форума Вконтакте создан раздел по продаже электронных компонентов.
    Каждый может продать в нем свои залежавшиеся детали. Подробности здесь.

Активная нагрузка

Тема в разделе "Измерительные приборы и способы измерения", создана пользователем UL7AAjr, 19 ноя 2015.

  1. UL7AAjr

    UL7AAjr В доску свой

    Сообщения:
    1.848
    Симпатии:
    313
    Род занятий:
    инженер-программист
    Адрес:
    Алма-Ата
    Ну вот, пришло время испытывать свои зарядные устройства и пришлось смастерить активную нагрузку. Схему разрабатывал сам, может быть что-то сделано не верно с точки зрения науки, но собранная конструкция работает хорошо.

    Схема вот такая.
    AL_1.jpg

    Основной элемент - блок управления нагрузкой. Выделен рамкой в нижнем правом углу. Работает достаточно просто. Операционный усилитель сравнивает заданное напряжение в точке ICTL с напряжением, пропорциональным току протекающим через шунт на резисторах RL1..RL9 (0.01Ом). Перед сравнением производится усиление напряжения на шунте при помощи U4 LT6105 в 10 раз. Т.е. при токе через шунт в 10А, напряжение падения на шунте 0.01 Ом * 10 А = 0.1В. После усиления получаем 1В на инвертирующем входе U3. Если измеренное напряжение падения меньше заданного, то ОУ открывает регулирующие транзисторы Q1 и Q2, иначе закрывает. При таком режиме работы ток на выходе получается пульсирующий, из-за запаздывания сигнала на иэмерительных и управляющих элементах. Вот тут единственное мое "изобретение", поставить конденсатор C4 в цепь обратной связи ОУ. Таким образом коэффициент усиления по переменному току падает, и пульсации исчезают. Что, собственно, подтвердилось в собранном устройстве.



    AL_2.jpg

    И уже в работе
    AL_3.jpg


    В общем все работает нормально (есть пара решаемых проблем). Замеряемый ток соответствует заданному, если проверяемый источник питания может такой ток выдать. Шаг установки тока сделал 50мА на один шелчек энкодера. Есть проблема с линейностью при малых токах, до 300мА. Буду корректировать программно. При дальнейшем увеличении силы тока погрешность в пределах пары процентов.

    Испытывал до 5А при напряжении источника 15В. Вентилятор включается на охлаждение и температура радиатора в пределах 40С. Дальше ток не увеличивал, один транзистор греется явно сильнее, на ощупь становится очень горячим, трудно палец держать. Надо проверить равномерность распределения тока, иначе смотреть проблемы термоконтакта.

    Есть еще проблема, при заданном токе = 0А, нагрузка все равно задает около 20мА. Т.е. не закрывает транзисторы полностью. Видимо из-за смещения преобразователя LTC6105. Придется где-то ставить "микроподтяжку".

    В общем есть где еще поработать.
    .ctor, monitorrr и Buba_Chkhadze нравится это.
     
  2. UL7AAjr

    UL7AAjr В доску свой

    Сообщения:
    1.848
    Симпатии:
    313
    Род занятий:
    инженер-программист
    Адрес:
    Алма-Ата
    В общем разобрался с начальным смещением, можно все программно сделать. Если задан ток = 0, то можно вывод PD7 настроить на выход и выставить "1". Тогда через резистор R10 произойдет небольшая подтяжка инвертирующего входа ОУ к "+". Этого вполне хватит, чтобы полностью закрыть транзисторы.

    А можно навесить резистор в пару мегаом между +3.3В и выходом 5 U4. Так можно компенсировать начальное смещение.
  3. _VN_

    _VN_ В доску свой

    Сообщения:
    488
    Симпатии:
    64
    Род занятий:
    Инженер
    Адрес:
    Алматы
    1. Силовой транзистор можно и нужно открывать напряжением +15V и закрывать -15V при максимально допустимом напряжении на затворе плюc-минус 20V, о последнем пишется в описании на него.
    2. В данной схеме нагрузка включена в режиме "эмиттерного повторителя", что означает появление дополнительного напряжения на затворе, которое уменьшает напряжение на нём и увеличивает время перезаряда входной ёмкости транзисторов.
    3. Выходное сопротивление ОУ суммируется с сопротивлением на затворе 220 Ом.
    Сказанное и объясняет причину нагрева одного транзистора, который в режиме ШИМ вообще не должен греться.
    Сертифицировать такую схему очень сложно, если невозможно вообще. Оптимально будет регулировать не ток, а сопротивление нагрузки в двоичном коде. Схема должна выдавать на выходе напряжение на аккумуляторе, ток разряда и количество ампер часов разряда.
    P.S. Если эту схему ещё пару раз кардинально доработать, то получится востребованный в серьёзных местах продукт. Разумеется, после сертификации и защиты патентом. В противном случае, авторы просто демонстрируют своё умение рисовать и паять платы для собственного удовольствия...
  4. UL7AAjr

    UL7AAjr В доску свой

    Сообщения:
    1.848
    Симпатии:
    313
    Род занятий:
    инженер-программист
    Адрес:
    Алма-Ата
    Владимир, что-то вы тут напутали.

    1. Если посмотреть Typical Transfer Characteristics в даташите, то видно, что максимально допустимый для этого транзистора ток будет при напряжении на затворе 4.5В. и, при дальнейшем увеличении напряжении затвора, ток практически не растет. Тем более, что я располагаю только 3.3В, которых вполне достаточно, чтобы открыть транзистор до необходимого мне порога.

    2. Эмиттерным повторителем такое включение назвать трудно, при сопротивлении шунта в 0.01 Ом (соизмеримым с сопротивлением соединяющих проводов) падение на нем при 5А будет всего 0.05В. Поэтому такое включение я бы назвал режимом "короткого замыкания".

    3. Да суммируется, в данном случае этот резистор только для защиты выхода ОУ при пробое транзистора.

    Режим ШИМ не используется. Транзисторы работают в линейном режиме. Поэтому они просто обязаны греться. Разницу в нагреве транзисторов можно объяснить либо разбросом передаточных характеристик либо плохим тепловым контактом. Все это будет устранено после выявления причины.

    По поводу доработки схемы. Тут в общем-то дорабатывать нечего. Повторяемость 100%. Уж больно проста эта схема. В блоке управления нагрузкой минимум необходимых компонентов.

    А кто сказал, что это не так? Я именно сопротивление и регулирую, и именно при помощи кода. А регулируя сопротивление - получаю необходимый мне ток нагрузки. Напряжение на аккумуляторе под контролем. Так-что вычислить емкость проблем не составит.


    Да, еще не нужно забывать, что основная функция - снимать характеристики с источников питания, а разряд аккумулятора это как следствие.
  5. .ctor

    .ctor В доску свой

    Сообщения:
    715
    Симпатии:
    202
    Род занятий:
    парогенератор
    Адрес:
    Алматы
    Проверь сколько у тебя 0 на микроконтроллере. У меня тоже 20ма было нижнее значение. без 1787.
  6. .ctor

    .ctor В доску свой

    Сообщения:
    715
    Симпатии:
    202
    Род занятий:
    парогенератор
    Адрес:
    Алматы
    еще интересно.. попробуй выставить какой-нибудь малый ток без нагрузки и мультиметром проверить сопротивление?
  7. UL7AAjr

    UL7AAjr В доску свой

    Сообщения:
    1.848
    Симпатии:
    313
    Род занятий:
    инженер-программист
    Адрес:
    Алма-Ата
    На МК после DAC 0 ровно (я буфер выходной по DAC в МК не включал). Не там проблема. Это такое начальное смещение от 6105.
    Без нагрузки нельзя включать, мосфеты полностью открыты будут. МК следит за тем, чтобы не включать схему если ничего не подключено.
  8. _VN_

    _VN_ В доску свой

    Сообщения:
    488
    Симпатии:
    64
    Род занятий:
    Инженер
    Адрес:
    Алматы
    ..."Если измеренное напряжение падения меньше заданного, то ОУ открывает регулирующие транзисторы Q1 и Q2, иначе закрывает. При таком режиме работы ток на выходе получается пульсирующий, из-за запаздывания сигнала на измерительных и управляющих элементах."... - это самый настоящий ШИМ, который Вы назвали "пульсирующим".
    Почему я влез в это обсуждение? Такой процесс мне пришлось раньше и придётся проводить в будущем в ручном режиме с отдельными банками литиевых аккумуляторов, которые потом собираются в батарею.
    Эту процедуру заряд-разряд проделывал десятки раз и таким образом можно получить нижеследующее.
    Новый и сухой автомобильный аккумулятор после 2-3 циклов увеличивает свою ёмкость в полтора-два раза.
    БУ аккумулятор после такой тренировки ничем не отличается от нового за исключением общей ёмкости а ампер-часах.
    И это не мои личные "изобретения", а проверенные многократно экспериментальные работы.
    Самое сложное в этом процессе это разрядить все банки до минимального напряжения . Для этого нужно контролировать это напряжение в процессе разряда.
  9. .ctor

    .ctor В доску свой

    Сообщения:
    715
    Симпатии:
    202
    Род занятий:
    парогенератор
    Адрес:
    Алматы
    А что, простите, Вы демонстрируете данным сообщением?
  10. _VN_

    _VN_ В доску свой

    Сообщения:
    488
    Симпатии:
    64
    Род занятий:
    Инженер
    Адрес:
    Алматы
    Этим сообщением я выразил своё глубокое сожаление по поводу того, серьёзные и грамотные люди, это про Вас, могут разработать необходимую для рынка конструкцию и заработать на этом, но у них это не получится из-за отсутствия чего-то, что будет отдельной темой для обсуждения, если это будет интересно и необходимо для обеих сторон...
    Последнее редактирование: 20 ноя 2015
  11. UL7AAjr

    UL7AAjr В доску свой

    Сообщения:
    1.848
    Симпатии:
    313
    Род занятий:
    инженер-программист
    Адрес:
    Алма-Ата
    Владимир, я же в описании указал, что конденсатор С4 в обратной связи избавляет от пульсаций. Транзисторы работают в линейном режиме. Широтно Импульсной Модуляции там небыло и нет, как и импульсного режима.


    Да, от начального тока избавился подачей небольшого смещения на R13 от 3.3В через резистор 2.2МОМ.
  12. SeregaZ

    SeregaZ В доску свой

    Сообщения:
    391
    Симпатии:
    38
    а мне больше всего понравилась "громкость" :)
  13. UL7AAjr

    UL7AAjr В доску свой

    Сообщения:
    1.848
    Симпатии:
    313
    Род занятий:
    инженер-программист
    Адрес:
    Алма-Ата
    Транзисторы слишком горячие, совсем не как планировалось.
    Получил температуру радиатора 35С в устоявшемся режиме, и мощность рассеивания на каждом транзисторе 20 Вт.

    Теперь считаем по даташиту:
    Junction-to-Case = 1.04 С/W
    Case-to-Sink, Flat, Greased Surface = 0.5 C/W
    получим 1.54 С/W.

    1.54C/W * 20W + 35C = 65.8С - Температура кристалла. А на внешней стороне корпуса еле палец удержать можно (ну это и есть примерно 60-70). Либо внешняя сторона (пластиковая) имеет температуру кристалла, либо я что-то не так понимаю.

    PS: В даташите на IRF3711 указана максимальная мощность рассеивания 120Вт. 1.54С/W * 120W = 184C. А максимальная температура перехода 150С. Получается, что при максимальной мощности температура радиатора должна быть -34С и никак не теплее:)
  14. Buba_Chkhadze

    Buba_Chkhadze Модератор Команда форума

    Сообщения:
    4.328
    Симпатии:
    352
    Адрес:
    Талгар
    мосфеты то полностью открываются ?... хотя... может туда действительно биполярник поставить ? какой нибудь дарлингтон ?
  15. UL7AAjr

    UL7AAjr В доску свой

    Сообщения:
    1.848
    Симпатии:
    313
    Род занятий:
    инженер-программист
    Адрес:
    Алма-Ата
    Они не должны полностью открываться. Это-же как раз режим, когда всю мощность надо в тепло перегнать. У этого устройства КПД должно быть 0%. Меня вот это постоянно с толку сбивает, если подумать, что два мосфета греются при 50Вт. Но если бы КПД устройства было 90% (например DC/DC), то при таком нагреве они бы "прокачивали" 500Вт. Так что все вроде нормально.

    Конечно можно и биполярниками тепло рассеивать, но их открыть током надо, схема чуть сложнее, а результат тот-же.
  16. Buba_Chkhadze

    Buba_Chkhadze Модератор Команда форума

    Сообщения:
    4.328
    Симпатии:
    352
    Адрес:
    Талгар
    ну тогда охлаждать лучше надо, если сильно горячо
  17. UL7AAjr

    UL7AAjr В доску свой

    Сообщения:
    1.848
    Симпатии:
    313
    Род занятий:
    инженер-программист
    Адрес:
    Алма-Ата
    Охлаждать радиатор можно сколько угодно, но температура кристалла будет расти с ростом тока из-за термосопротивления кристалл-корпус. Тут есть предел, который практически достигнут.


    Имеются два варианта повышения мощности:
    1. Увеличивать кол-во транзисторов.
    2. Использовать транзисторы с более низким термосопротивлением кристалл-корпус (хотя я и использую не отличные, но хорошие)
    А лучше и 1. и 2. одновременно.

    Есть еще неприятный сюрприз. При определенном режиме транзисторы с ростом температуры себя не выравнивают по току а ведут как биполярники. И вот примерно в этом режиме я их и держу. Могут в "разнос" пойти, а могут не пойти.... Есть сомнения.

    Резюме такое. Если использовать данную конструкцию на мощности до 50Вт, то все уже и так работает. Мне, в принципе, столько и не надо. Если честно, для моих целей и 10Вт хватило-бы. Но вот что-то цифра 100Вт мне покоя не дает:)

    PS: Эта штука может быть и 100Вт сдюжит, охлаждения должно хватить, но транзисторы точно будут работать на почти предельной температуре. Можно сказать без всякого запаса, что есть не правильно.
  18. MetallEngineer

    MetallEngineer Живет здесь

    Сообщения:
    227
    Симпатии:
    15
    Род занятий:
    энергетика
    Адрес:
    Талгар
    А если разделить на два каскада шунтов, один транзистор включает один шунт, второй - второй шунт?
  19. UL7AAjr

    UL7AAjr В доску свой

    Сообщения:
    1.848
    Симпатии:
    313
    Род занятий:
    инженер-программист
    Адрес:
    Алма-Ата
    Можно разделить, но придется делать для каждого транзистора свой блок управления.
  20. .ctor

    .ctor В доску свой

    Сообщения:
    715
    Симпатии:
    202
    Род занятий:
    парогенератор
    Адрес:
    Алматы
    добавить транзисторов в параллель?
    trengtor нравится это.

Поделиться этой страницей