Активная (электронная) нагрузка — это очередное "must-have" устройство в любой лаборатории радиоинженера. При испытании блоков питания необходимо их чем-то нагружать. Обычно используются автомобильные лампы накаливания или мощные низкоомные резисторы. Неудобство данного решения, думаю, очевидно. Проект-долгострой. После нескольких неудачных попыток не один раз откладывался в долгий ящик.
Характеристики: Входное напряжение: 1–50 В (максимальное напряжение ограничено полевыми транзисторами). Ток: 0–12.8 A (изначально планировалось 20 А, но столкнулся с некоторыми проблемами). Долговременная рассеиваемая мощность: 120 Вт. Защита от перегрева. Защита от переполюсовки. Защита от превышения максимально допустимого напряжения.
Функционал: Режим активной нагрузки. Режим разряда АКБ постоянным током с ограничением по нижнему напряжению. Анализ эффективности DC-DC преобразователей (используется дополнительный вход). RS232-интерфейс для связи с ПК (USB). ЖК-дисплей для отображения информации. Звуковое оповещение. BNC-разъем для подключения осциллографа. Питание от сети ~220 В.
Устройство выполнено по классической схеме на полевом транзисторе, затвором которого управляет операционный усилитель. Принципиальная схема — здесь. Сигнал с токового шунта усиливается элементом U2A до диапазона 3.3 В, потом подается на АЦП микроконтроллера. R14, RV2, R17 задают коэффициент усиления ОУ. Далее сигнал поступает на инверсный вход второго ОУ (U2B), где он сравнивается с опорным напряжением от МК.
Усилители U6B и U6A используются для ограничения минимального напряжения разряда аккумулятора, чтобы предотвратить глубокий разряд. Как только напряжение батареи близко или ниже заданного значения, U6A через биполярный транзистор Q2 начинает "притягивать" опору U2B к "земле". Данная топология была реализована в "Разряжалке АКБ" и показала себя с хорошей стороны. U6 — высокоточный сдвоенный операционный усилитель LTC1051.
Контроллер задает ток разряда и пороговое напряжение при помощи ШИМ. Сигнал сглаживается 3-хступенчатым RC-фильтром. Операционные усилители (U13) используются в качестве буфера.
Схема защиты от переполюсовки и превышения максимального напряжения устроена на сдвоенном компараторе LM393 и мощном реле на 30 А. Устройство начинает работать от 1 В на входе.
Блок "EXT-Supply" необходим для анализа преобразователей и представляет собой простой измеритель напряжения и тока. Сигнал с шунта поступает на специализированный "Hi-Side" усилитель тока на LT1787. R12, RV1 задает необходимый КУ. Схема защиты от переполюсовки простая, на реле.
Микроконтроллер STM8S105K4T6 имеет 16 Кб памяти. Возможно, со временем заменю на версию с 32 Кб, т. к. памяти уже практически не осталось =) Преобразователь USB-UART на недорогой микросхеме CH340, требующей минимум обвязки. Для хранения информации используется внешняя EEPROM-память на AT24C64. Память нужна для построения графиков на ПК (график эффективности DC-DC и кривая разряда АКБ).
Система охлаждения — два компьютерных кулера, один из которых стоит на радиаторе транзисторной сборки. Второй вентилятор стоит снаружи корпуса и выдувает горячий воздух наружу. Датчик температуры DS1820 стоит прямо на радиаторе охлаждения. Донором стал радиатор от Pentium 4 на 478-м сокете. На радиаторе стоит 6 транзисторов IRFZ48N.
Плата получилась большая, использовал двусторонний стеклотекстолит для земляного полигона:
Пришлось усиливать силовые дорожки медным проводом: Корпусом устройства стал АТХ блок питания от ПК. В процессе разработки корпус подвергался многочисленным модернизациям и немного пострадал. Внутренняя компоновка переделывалась 4 раза, отсюда большое количество лишних отверстий. =) Нагрузочный блок и плата устройства крепятся на верхнюю крышку БП, которая становится дном устройства.
Дисплей планирую в дальнейшем закрыть пластиковой накладкой. Зеленая плата на лицевой панели — это какая-то старая видеокарта, пущенная в качестве заглушки, чтобы закрыть решетку охлаждения в корпусе. На момент первой сборки корпуса ничего другого под рукой не было. В целом получилось вот так:
