Краткое вступление
При 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
Электронная нагрузка - это прибор, предназначенный для имитации различных режимов работы реальной электрической нагрузки. При этом электронная нагрузка может работать в нескольких режимах потребления. К наиболее распространённым относятся: режим постоянного сопротивления , режим постоянного тока потребления , режим постоянной мощности и режим стабилизации напряжения . Также большинство моделей электронных нагрузок поддерживают режим изменения своего состояния по списку заданных пользователем значений, что позволяет реализовать сложные алгоритмы тестов, максимально соответствующие работе проверяемых устройств в реальных условиях.
Для чего используются электронные нагрузки
Основная задача электронных нагрузок - это тестирование различных источников электропитания: аккумуляторов, батареек, блоков питания, преобразователей напряжения, регуляторов и стабилизаторов напряжения, солнечных батарей, генераторов и других подобных устройств. Для проведения тестирования, электронную нагрузку подключают к проверяемому источнику электропитания и запускают один или несколько тестов. При этом, электронная нагрузка ведёт себя как реальная нагрузка: например меняет своё сопротивление по заданному алгоритму, имитирует большие стартовые токи запуска, короткое замыкание и прочие заданные Вами условия. Во время проведения теста, электронная нагрузка непрерывно измеряет напряжение, ток и потребляемую мощность.
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.
Какие бывают электронные нагрузки
Большинство 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 IT8615 .
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
(модель ITECH IT8211, максимальная мощность 150 Вт).
Типичная мощная электронная нагрузка
(модель ITECH IT8818B, максимальная мощность 5 кВт).
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:
- отсутствие режима постоянного тока потребления;
- отсутствие режима постоянной мощности;
- отсутствие режима стабилизации напряжения;
- отсутствие режима изменения состояния по списку заданных значений;
- отсутствие автоматизации работы;
- значительная индуктивность реостата;
- необходимость использовать дополнительный вольтметр и амперметр.
Поэтому вместо устаревших методов тестирования, эффективнее и в конечном итоге дешевле применять современную контрольно-измерительную аппаратуру, специально разработанную под конкретную задачу.
Использование хорошей электронной нагрузки позволяет существенно упростить и ускорить процесс тестирования любых источников электропитания, а также сделать этот процесс безопасным и эффективным.
Видеообзор электронных нагрузок
В 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.
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 и мы с радостью ответим на Ваши вопросы.
Время от времени у радиолюбителей возникает необходимость в электронной нагрузке. Что такое электронная нагрузка? Ну, если по простому, это такой прибор, который позволяет нагрузить блок питания (или другой источник) стабильным током, который естественно регулируется. О подобном уже писал уважаемый Kirich, я же решил попробовать в деле устройство «фирменное», запихнув его в какой-нибудь корпус и прицепив к нему приборчик для индикации. Как видим, они отлично сочетаются по заявленным параметрам.
Итак, нагрузка.платка размером 59х55мм, в комплекте пара клемм 6.5мм (весьма тугие, да еще и с защелкой - просто так не снять, нужно нажимать специальный язычок. отличные клеммы), 3-проводной шлейф с разъемом для подключения потенциометра, двухпроводной кабелёк с разъемом для подключения питания, винтик М3 для прикручивания транзистора к радиатору.
Платка красивая, края фрезерованы, пайка ровная, флюс отмыт. 
На плате есть два силовых разъема для подключения собственно нагрузки, разъемы для подключения потенциометра (3-контактный), питания (2-контактный), вентилятора (3-контактный) и три контакта для подключения прибора. Тут я хочу обратить ваше внимание, что как правило
черный тонкий провод от измерительного прибора использоваться не будет! В частности, в моём случае, с вышеописанным прибором (см. ссылку на обзор) - подключать тонкий черный провод НЕ НУЖНО, потому что питание и нагрузки и прибора идет от одного БП. 
Силовой элемент - транзистор (200V, 30A)
Ну а из микросхем на плате присутствуют компаратор LM393, операционник LM258 и регулируемый стабилитрон TL431.
На просторах интернета была найдена :
Скажу честно - всю схему досконально не перепроверял, но беглое схемы с платой сравнение показало что вроде как всё сходится.
Собственно, больше о самой нагрузке рассказывать-то и нечего. Схема довольно простая и не работать вообще говоря не может. Да и интерес в данном случае представляет скорее её работа под нагрузкой в составе готового устройства, в частности - температура радиатора.
Долго думал из чего сделать корпус. была мысль согнуть из нержавейки, склеить из пластика… А потом подумал - так вот же оно, максимально доступное и повторяемое решение - «кнопочный пост» КП-102, на две кнопки. Радиатор нашел в ящике, вентилятор там же, клеммы и выключатель купил в оффлайне, а бананы и сетевой разъем выколупал из чего-то старого на чердаке;)
Забегая вперед скажу, что я лоханулся, и тот трансформатор который я использовал (в комплекте с выпрямительным мостиком, конечно) - не потянул данный девайс по причине высокого потребляемого вентилятором тока. Увы. Буду заказывать , должен как раз вписаться по габаритам. Как вариант - можно использовать и внешний 12В блок питания, коих тоже полно и на бэнге и в арсенале любого радиолюбителя. Питать нагрузку от исследуемого блока питания крайне нежелательно, не говоря уже о диапазоне напряжений.
Кроме того нам понадобится потенциометр на 10кОм для регулировки тока. Я рекомендую ставить многооборотистые потенциометры, например или . И там и там есть нюансы. первый тип - на 10 оборотов, второй на 5. у второго типа вал очень тонкий, около 4мм, кажется, и стандартные ручки не подходят - я натягивал два слоя термоусадки. у первого типа вал потолще, но ИМХО тоже не дотягивает до стандартных размеров, поэтому возможны проблемы - впрочем, их я в руках не держал, так что утверждать на 100% не могу. Ну и диаметр/длина как видим заметно отличаются, так что нужно прикидывать по месту. У меня были в наличии потенцы второго типа, так что я не запаривался по этому поводу, хотя надо бы и первых прикупить для коллекции. Для потенциометра нужна ручка - для эстетики и удобства. Вроде как для потенциометров первого типа должны подойти ручки, во всяком случае они с фиксирующим винтом и будут нормально держаться на гладком валу. Я же использовал то что было в наличии, натянув пару слоёв термоусадки и капнув суперклеем для фиксации термоусадки на валу. Метод проверенный - я его использовать еще для блока питания, пока всё работает, уж пару лет.
Далее были муки компоновки, которые показали что фактически единственно возможным решением является то, что я приведу ниже. К сожалению, данное решение требует подрезания корпуса, ибо из-за ребер жесткости не входит плата, а выключатель и регулятор не входят из-за того что я их старался разместить в центре выемок на корпусе, а они в итоге упёрлись в толстую стенку внутри. знал бы - перевернул бы переднюю панель.
Итак, размечаемся и делаем отверстия под сетевой разъем, транзистор и радиатор на задней стенке:
Теперь передняя панель. Отверстие под прибор это просто (правда, как я писал в предыдущем обзоре, защелки у него дурацкие, и я от греха подальше предпочел вначале защелкнуть в корпус устройства корпус прибора, а потом уже вщелкнуть в него внутренности прибора). Отверстия под выключатель и регулятор - тоже относительно просто, хотя и пришлось на фрезерном станке выбрать пазы на стенках. А вот как расположить гнёзда, чтобы «обойти» отверстие на передней панель - задача. Но я приклеил кусочек черного пластика и просверлил отверстия прямо в нем. Получилось и красиво и аккуратно.
Теперь нюансик. в приборе у нас есть термодатчик. Но зачем измерять температуру в корпусе, если можно прислонить его к радиатору? Это гораздо более полезная информация! А раз уж прибор всё равно разобран - ничто не мешает выпаять термодатчик и удлинить провода. 
Для прижима датчика к радиатору я приклеил кусочек пластика к корпусу таким образом, чтобы отпустив винты крепления радиатора можно было подсунуть под пластик термодатчик, а затянув эти винты - надежно его там зафиксировать. Отверстие вокруг транзистора заблаговременно сделал на несколько мм больше.
Ну и упихиваем весь этот «взрыв на макаронной фабрике» в корпус:
Результат:
Проверка температуры радиатора:
Как видим на примерно 55Вт через 20 минут температура радиатора в непосредственной близости от силового транзистора стабилизировалась на 58 градусах.
Вот такая температура самого радиатора снаружи:
Тут, повторюсь, есть нюансики: на момент проверки устройство работало от хилого трансформатора и мало того что под нагрузкой напряжение просаживалось до 9 вольт (то есть при нормальном питании охлаждение будет ЗНАЧИТЕЛЬНО лучше), так еще и из-за некачественного питания ток стабилизировать толком не удавалось, поэтому на разных фото он немного разный.
При питании от кроны и соответственно с выключенным вентилятором имеем вот что:
Провода от БП у меня тонкие, поэтому падение напряжения тут довольно значительное получилось, ну и при желании можно еще уменьшить количество переходных сопротивлений, припаявшись везде где можно и убрав клеммы. меня же такая точность вполне устраивает - впрочем, о точности говорили в прошлом обзоре. ;)
Выводы: вполне рабочая штука, позволяющая сэкономить время на разработку собственного решения. В качестве «серьёзной» и «профессиональной» нагрузки воспринимать её, пожалуй, не стоит, но ИМХО отличная штука для начинающих, ну или когда нужно редко.
Из плюсов могу отметить хорошее качество изготовления, а минус, пожалуй, один - отсутствие потенциометра и радиатора в комплекте, и это нужно обязательно иметь в виду - устройство придется доукомплектовывать, чтобы оно начало работать. Второй минус - отсутствие термоконтроля вентилятора. При том что «ненужная» половинка компаратора как раз есть. Но это нужно было вносить на этапе разработки и изготовления платы, потому как если навешивать терморегулятор «сверху» - то его разумнее на отдельной плате собрать;)
По моей готовой конструйне - тоже есть нюансы, в частности, нужно будет поменять блок питания, ну и вообще говоря было бы неплохо и предохранитель какой-то поставить. Но предохранитель это лишние контакты и лишние сопротивления в цепи, так что тут я пока не уверен совершенно. Можно также переставить на плату шунт из прибора и задействовать его и для прибора и для электроники нагрузки, убрав «лишний» шунт из цепи.
Несомненно, существуют и «более другие» электронные нагрузки, которые стоят сопоставимо. Например . Отличие обозреваемой - в заявленном входном напряжении, до 100В, тогда как в основном нагрузки рассчитаны на работу до 30В. Ну и в данном случае у нас модульная конструкция, что лично меня весьма устраивает. Надоел прибор? Поставили поточнее или покрупнее, или еще чего. Не устраивает мощность? Поменяли транзистор или радиатор и т.д.
Одним словом - я вполне доволен результатом (ну только вот блок питания другой прикрутить - но это я сам дурак, а вы предупреждены), и вполне рекомендую к приобретению.
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Планирую купить +35 Добавить в избранное Обзор понравился +43 +72Обычно при изготовлении (как впрочем и при ремонте) блоков питания или преобразователей напряжения требуется проверить их работоспособность под нагрузкой. И тут начинаются поиски. В ход идёт всё, что есть под рукой: различные лампы накаливания, старые электронные лампы, мощные резисторы и тому подобное. Подбирать нужную нагрузку таким образом — это невероятно затратное (как по времени, так и по нервам) занятие. Вместо этого очень удобно пользоваться электронной регулируемой нагрузкой. Нет, нет, не надо ничего покупать. Сделать такую нагрузку сможет даже школьник. Всё, что нужно, — это мощный полевик, операционный усилитель, несколько резисторов и радиатор побольше. Схема — более чем простая и, тем не менее, отлично работает.
Идея заключается в том, чтобы с помощью операционника стабилизировать падение напряжения на специальном токоизмерительном резисторе. Делается это следующим образом: на неинвертирующий вход операционника подаётся некое опорное напряжение, а на инвертирующий вход — падение напряжения на токоизмерительном резисторе. Операционник обладает таким свойством, что в установившемся режиме, разность напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах равна нулю (если конечно он не находится в режиме насыщения, но нам для того и мозг с калькулятором, чтобы всё посчитать и подобрать). Выход операционного усилителя подается на затвор MOSFET и, таким образом, управляет степенью открытия полевого транзистора, и, следовательно, током через него. А чем больше ток через полевик, тем больше падение напряжения на токоизмерительном резисторе. Получается отрицательная обратная связь.
То есть, если в результате нагрева характеристики полевика изменятся так, что ток через него увеличится, то это вызовет увеличение падения напряжения на токоизмерительном резисторе, появится отрицательная разность напряжений (ошибка) на входах ОУ и выходное напряжение операционника начнёт уменьшаться (при этом начнёт уменьшаться степень открытия полевика и ток через него), до тех пор, пока ошибка не станет равной нулю. Если же ток через полевик по каким-либо причинам уменьшится, то это вызовет уменьшение падения напряжения на токоизмерительном резисторе, появится положительная разность напряжений (ошибка) на входах ОУ и выходное напряжение операционника начнёт увеличиваться (при этом начнёт увеличиваться степень открытия полевика и ток через него), до тех пор, пока ошибка не станет равной нулю. Короче, такая схема стабилизирует падение напряжения на токоизмерительном резисторе — оно после всех переходных процессов устанавливается равным опорному напряжению (которое подаётся на неинвертирующий вход).
Изменяя в этой схеме опорное напряжение, можно произвольным образом регулировать ток через полевик, причём заданный ток получается стабильным, поскольку зависит только от величины опорного напряжения и сопротивления токоизмерительного резистора, и не зависит от параметров MOSFET, которые могут очень сильно меняться в результате нагрева. Опорное напряжение можно задавать простым делителем, а регулировать — подстроечными резисторами.
Элементы схемы :
Операционный усилитель — любой, допускающий однополярное питание, я использовал OP220.
T1 — мощный MOSFET, любой, лишь бы мощность побольше мог рассеять, я брал CEP603AL из старого компьютерного блока питания. (тут понятное дело есть ограничение по напряжению открытия полевика и току через него, но об этом ниже)
R ti — токоизмерительный резистор на десятые доли Ом, таких полно везде: в принтерах, в мониторах и т.д., я брал из принтера 0,22 Ом, 3 Вт
R nd = 10 кОм — резистор, определяющий диапазон задания тока
R kd = 10 кОм — резистор, определяющий начальный диапазон задания тока
R gn = 2 кОм — резистор, с помощью которого выставляется ток в пределах заданного диапазона
R tn = 330 Ом — резистор, необходимый для точной подстройки заданного тока
Отличные подстроечники, с удобными ручками, можно снять с плат старых компьютерных мониторов.
Готовое изделие :
Итак, теперь посмотрим, как это всё рассчитывается :
U 1 =U п *(R gn +R tn)/(R nd +R kd +R tn +R gn), где U п — напряжение питания, U 1 — напряжение на неинвертирующем входе ОУ
U 2 =I н *R ti , где I н — ток нагрузки, U 2 — падение напряжения на токоизмерительном резисторе (и, соответственно, напряжение на инвертирующем входе ОУ)
Из условия равенства напряжений на входах ОУ, имеем:
U п *(R gn +R tn)/(R dn +R kd +R tn +R gn)=I н *R ti , отсюда находим:
Iн=Uп*(R gn +R tn) / ((R dn +R kd +R tn +R gn)*R ti)
Подставив в это выражение номиналы наших резисторов, определим диапазоны настройки тока:
при Rnd=10 кОм, получаем Iн = Uп*2,33/((2,33+10+10)*0,22)=Uп*0,47
при Rnd=0, получаем: Iн = Uп*2,33/((2,33+10)*0,22)=Uп*0,86
То есть, изменяя сопротивление резистора Rnd от 10 кОм до нуля, мы изменяем верхнюю границу диапазона настройки тока от 0,47*Uп до 0,86*Uп. Это означает, что, например, для питания +10В мы сможем настраивать ток в диапазоне от 0 до 4,7 А или от 0 до 8,6 А, в зависимости от сопротивления резистора R nd , а для питания +5В от 0 до 2,35 А или от 0 до 4,3 А. В заданном диапазоне ток настраивается подстроечниками Rgn (грубо) и Rtn (точно).
Есть три ограничения. Первое ограничение связано с токоизмерительным резистором. Поскольку этот резистор рассчитан на максимальную рассеиваемую мощность P R , то максимальный ток через него не должен превышать значения, определяемого выражением: I 2 макс =P R /R ti . Для указанных номиналов: I 2 макс =(3/0,22), I макс =3,7 А. Увеличить это значение можно выбрав резистор с меньшим сопротивлением (тогда диапазоны тоже придётся пересчитать), применив радиатор или соединив параллельно несколько таких резисторов.
Вторые два ограничения связаны с транзистором. Во-первых, на транзисторе выделяется основная рассеиваемая мощность (поэтому для лучшего теплоотвода следует прикрутить к нему радиатор размером побольше). Во-вторых, транзистор начинает открываться, когда напряжение между затвором и истоком (Vgs превысит некоторое пороговое значение, threshold voltage), так что девайс не будет работать, если напряжение питания меньше этого порогового значения. Эта же величина будет влиять и на максимальный возможный ток при заданном напряжении питания.
Когда я начал пробовать ремонтировать компьютерные блоки питания у меня возникла одна проблемка. Дело в том, что не очень удобно постоянно подключать БП к компьютеру (просто масса неудобств), а также не безопасно (так как неправильно или не до конца отремонтированный блок может вывести из строя материнскую плату или другую периферию).
Немного поискав по интернету схемы, нашел немного схемотехнических решений этой проблемы. Были и на микроконтроллере, на транзисторах-резисторах с печатной платой (что в будущем думаю сделать и себе), и на нихромовых спиралях. Так как ближайший радиомагазин от меня 150км то я решил собирать нагрузку из того что завалялось в гараже и нихромовой спирали, которая продается к электрическим плитам почти в любом електромагазине.
Корпус я выбрал от того же БП, основные соединения паял, а некоторые брал на зажимные колодки, сделал светодиодную индикацию каналов: +12, +5, +3,3, +5VSB, PG. Нет пока нагрузки на каналы -5, -12. Поставил включатель от БП который соединяет PS_ON и GND. Вывел на заднюю панель провода от всех номиналов питания, для проверки напряжения тестером. Разъем выпаян от материнской платы, а также остался вентилятор для обдува спиралей и резисторов. На нагрузку +12В были использованы два резистора от старых телевизоров 5,1Ом.
Несколько слов о том, как измерить спираль. Берем тестер и мерим все сопротивление, дальше мерим длину всей спирали. Зная длину спирали до миллиметра, делим сопротивление в Ом на миллиметры и узнаем, сколько Ом на 1мм. Дальше вычисляем длину отрезка спирали.
Пример.
Смотрим схему (она очень простая и легкая для повторения):
А теперь несколько фото завершенного прибора.
Расскажу о полезном для радиолюбителей устройстве – о токовой электронной нагрузке с возможностью измерения емкости аккумуляторов. Зачем нужен этот прибор?
Все сталкивались с ситуацией, когда надо выяснить параметры какого-нибудь источника питания, например, лабораторного БП, драйвера светодиодов или зарядноо устройства. Ведь практика показывает, что производители не всегда указывают верные параметры. Конечно, есть самый простой вариант - нагрузить резистором, рассчитанным по закону Ома, и измерить ток с помощью мультиметра. Но для каждого случая надо делать свои расчеты и не всегда можно найти мощный резистор нужного номинала, они довольно дороги. Целесообразнее использовать электронную или активную нагрузку, позволяющую нагрузить любой БП или аккумулятор, и регулировать ток нагрузки обычным потенциометром.
А за счет включения в схему многофункционального цифрового ваттметра, показывающего емкость, этот нагрузочный стенд может разрядить аккумулятор и показать его реальную мощность. Кстати, в отличие от IMAX 6 наша система может разряжать аккумуляторы с током до 40А. Это удобно для автомобильных аккумуляторов.
Схема построена на сдвоенном операционном усилителе (ОУ) LM358, хотя задействован только 1 элемент.
Датчиком тока является мощный резистор R12, желательно на 40Вт, хотя я поставил на 20Вт. Можно соединить параллельно несколько резисторов для получения нужной мощности так, чтобы итоговое сопротивление было равно 0.1 Ом. R10 и R11 (0.22 Ом/ 10Вт) - токовыравнивающие элементы для силовых ключей.У меня реально стоят параллельно 2 х 0.47 Ом / 5Вт для каждого транзистора.
ОУ управляет двумя составными транзисторами КТ827, установленными на отдельные радиаторы. Транзисторы оптимальны для этой схемы, хотя и довольно дорогие.
Принцип работы.
При подключении тестируемого устройства образуется падение напряжения на мощном токовом резисторе R12, соответственно меняется напряжение на входах ОУ, следовательно, и на его выходе. В итоге, сигнал поступающий на транзисторы зависит от падения напряжения на шунте. Изменится ток протекающий по транзисторам.
Потенциометром изменяем напряжение на неинвертирующем входе ОУ и также как описано выше изменяется ток через по транзисторы. Данные транзисторы позволяют работать с токами до 40А, но требуют хорошего охлаждения, т.к. они работают в линейном режиме. Поэтому, кроме массивных радиаторов я поставил вентилятор, с регулировкой оборотов, который можно включить отдельной кнопкой. Схема регулятора оборотов собрана на небольшой плате.
Теоретически максимальное входное напряжение может быть до 100В – транзисторы выдержат, но китайский ваттметр рассчитан только до 60В.
Кнопка S1 изменяет чувствительность ОУ, т.е. переключает на малые токи для точного измерения тестируемых маломощных источников.
Важные особенности данной схемы:
- наличие обратной связи для обоих транзисторов,
- возможность изменения чувствительности ОУ.
- грубая и тонкая регулировка тока (R5 и R6).
Трансформатор в схеме питает только ОУ и блок индикаторов, подойдет любой с током от 400мА и напряжением 15-20В, все равно напряжение потом стабилизируется до 12В линейным стабилизатором 7812. Его нет необходимости ставить на радиатор.
