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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Äquivalente Belastung zum Testen von Netzteilen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Viele Funkamateure stehen beim Zusammenbau von Netzteilen für verschiedene Geräte vor der Notwendigkeit, diese zu testen, bevor sie für den vorgesehenen Zweck verwendet werden. Mit dem vorgeschlagenen Gerät können Sie den maximalen Laststrom einer Quelle automatisch anhand eines Abfalls ihrer Ausgangsspannung um 5 % ermitteln oder die Lastkennlinie manuell entfernen. Eines Tages musste ich die Ausgangsparameter des Netzteils überprüfen. Da ich in meinen Vorräten keine geeigneten Lastwiderstände fand, beschloss ich, ein transistorisch einstellbares Lastäquivalent zusammenzustellen. Da es nicht möglich war, eine Beschreibung des fertigen Designs zu finden, beschloss ich, ein solches Gerät selbst zu entwickeln und zusammenzubauen. Technische Eigenschaften
Das äquivalente Lastdiagramm ist in Abb. dargestellt. 1. Die Steuerung erfolgt durch den DD1-Mikrocontroller, der es ermöglicht, auf dem HG1-LCD die Spannung der zu testenden Quelle und den von ihr gelieferten Strom anzuzeigen. Nach dem Einschalten des Äquivalents zeigt das Mikrocontroller-Programm innerhalb von 3 s seine Versionsnummer auf dem LCD an und schaltet anschließend die grüne LED HL2 ein, um die Betriebsbereitschaft zu signalisieren. Jetzt können Sie den Eingang des Äquivalents mit dem Ausgang der zu testenden Quelle verbinden. Nach einem kurzen Druck auf die SB1-Taste „+“ wechselt das Gerät in den manuellen Betriebsmodus. Wenn Sie die Taste jedoch mindestens 0,5 s lang gedrückt halten, wird der Automatikmodus aktiviert. Im automatischen Modus wird die Spannung der zu prüfenden Quelle zunächst im Leerlauf gemessen, dann wird der Laststrom schrittweise erhöht, bis die Spannung um 5 % abfällt oder der Strom den Grenzwert von 9 A erreicht. Die von der zu prüfenden Quelle kommende Spannung wird durch einen Widerstandsteiler R1R2 reduziert, um den für den im Mikrocontroller DD1 eingebauten ADC akzeptablen Wert zu messen. Der Spannungsfolger am Operationsverstärker DA2.1 hat eine niedrige Ausgangsimpedanz, die für den korrekten Betrieb des ADC erforderlich ist. Die geregelte Last der getesteten Quelle ist der Transistor VT3. Seine Basis empfängt über einen Repeater am Operationsverstärker DA1.1, einen Spannungsteiler R5R3 und einen Emitterfolger am Transistor VT1 die konstante Komponente der vom Mikrocontroller am Ausgang von RC6 erzeugten Impulse, getrennt durch die Integrierschaltung R1C2. Je größer das Tastverhältnis der Impulse (das Verhältnis ihrer Dauer zur Wiederholungsperiode), desto größer die konstante Komponente, desto offener ist der Transistor VT3 und desto größer ist der Laststrom der zu prüfenden Quelle. Die zu diesem Strom proportionale Spannung vom Widerstand R7 wird vom Verstärker am Operationsverstärker DA2.2 auf einen für den ADC des Mikrocontrollers akzeptablen Wert gebracht. Im automatischen Modus erhöht das Programm schrittweise die Dauer der Impulse und der Strom erhöht sich, bis die Spannung der zu prüfenden Quelle im Vergleich zur ursprünglichen Spannung um 5 % abnimmt. Dann stoppt das Stromwachstum und die stationären Werte von Spannung und Strom können auf dem LCD abgelesen werden. Im manuellen Modus wird der Laststrom durch Drücken der Tasten SB1 „+“ und SB2 „-“ eingestellt und die Spannungs- und Stromwerte von der HG1-Anzeige abgelesen. Liegt kein Überstrom vor, wird der Ausgang von RC7 auf einen hohen Spannungspegel gesetzt. Daher ist der Feldeffekttransistor VT2 offen und hat keinen Einfluss auf den Betrieb des Geräts. Sobald der Strom jedoch den Grenzwert von 9 A überschreitet, setzt der Mikrocontroller den RC7-Ausgang auf einen niedrigen Spannungspegel und der Transistor VT2 schließt, wodurch der Lastkreis der getesteten Quelle unterbrochen wird. Auf dem LCD erscheint eine Überlastungsmeldung. Um nach Behebung der Überlastungsursache wieder in den Betriebsmodus zurückzukehren, drücken Sie die Taste SB1. Der Mikrocontroller setzt den RC7-Ausgang erneut auf High und öffnet dadurch den Transistor VT2. Nach der Messung und Anzeige der Spannungs- und Stromwerte auf dem LCD im Programm erfolgt die Messung der Temperatur des Kühlkörpers, auf dem die Transistoren VT1 und VT2 installiert sind, durch den Sensor BK3. Dies erwies sich als sehr wichtig, da bei konstantem Basisstrom der Kollektorstrom des Transistors VT3 mit steigender Temperatur stark ansteigt. Abhängig vom Messwert der Kühlkörpertemperatur führt das Programm Folgendes aus: 1. Wenn die Temperatur 35 °C nicht überschreitet, werden niedrige Logikpegel an den Ausgängen RC5 und RC6 des Mikrocontrollers gesetzt. Die Transistoren VT4 und VT5 sind geschlossen, der Lüfter M1 ist ausgeschaltet. 2. Wenn die Temperatur im Bereich von 35...56 °C liegt, werden Ausgang RC5 und Ausgang RC6 auf High gesetzt niedriger Pegel, Öffnen des Transistors VT4 und Einschalten der ersten Geschwindigkeit des Lüfters M1. 3. Wenn die Temperatur über 56 °C liegt, wird der RC5-Ausgang auf niedrig und der RC6-Ausgang auf hoch gesetzt, wodurch der Transistor VT4 geschlossen, VT5 geöffnet und dadurch die zweite (erhöhte) Lüftergeschwindigkeit eingeschaltet wird. 4. Wenn die Temperatur 70 °C überschreitet, wird der niedrige Pegel am Ausgang von RC7 eingestellt, wodurch der Transistor VT2 geschlossen und der Laststrom der zu prüfenden Quelle unterbrochen wird. Außerdem schaltet es die grüne LED HL2 aus und die rote HL1 ein. Der Lüfter arbeitet weiter und kühlt die Transistoren. Auf dem LCD erscheint die Meldung „Überhitzung läuft“ und die Zeit bis zum Abschluss dieses Vorgangs wird heruntergezählt. Nach der Meldung „Spülung ist abgeschlossen“ wechselt das Äquivalent in den Normalmodus, indem es den Lastkreis der getesteten Quelle schließt, die rote HL1-LED ausschaltet und die grüne HL2 einschaltet. Zusätzlich zu den gemessenen Strom- und Spannungswerten zeigt das HG1-LCD den Wert des CCPR1L-Registers des Mikrocontrollers an, von dem die Dauer der erzeugten Impulse abhängt. Es charakterisiert indirekt den Öffnungsgrad des Stromregeltransistors VT3. Alle 250 µs wird überprüft, ob der Strom 9 A überschritten hat. In diesem Fall ist der Lastkreis der zu prüfenden Quelle unterbrochen.
Das Gerät ist auf einer einseitigen Leiterplatte aus Glasfaserfolie montiert, wie in Abb. 2. Es können beliebige Festwiderstände mit einer Leistung von 0,125 W verwendet werden, zum Beispiel MLT. Widerstand R7 – SQP-10 oder ein anderer drahtgewickelter Widerstand mit einer Leistung von 10 W. Wenn Sie mit dem Gerät Ströme über 5 A prüfen möchten, empfiehlt es sich, diesen Widerstand mit einem Kühlkörper auszustatten. Die Trimmerwiderstände R10 und R16 sind importierte PV37W. Die Kondensatoren C1 - C3, C5 bestehen aus Oxid von Jamicon, der Rest ist aus Keramik. Die Transistoren VT2 und VT3 sind getrennt von der Platine auf einem Kühlkörper des Pentium 4-Prozessors verbaut. Von dort kommt auch ein zweistufiger Lüfter M1 zum Einsatz. Die Drähte, die die Transistoren VT2 und VT3 mit der Platine und untereinander verbinden, müssen einen Querschnitt von mindestens 1 mm2 haben. Am Kühlkörper ist neben den Transistoren ein Temperatursensor BK1 angebracht. Anstelle des im Diagramm angegebenen DS18S20-Sensors können Sie den DS1820 verwenden. Für die integrierten Stabilisatoren DA3 und DA4 ist kein Kühlkörper erforderlich. Der vom Lastäquivalent aus seiner Stromquelle aufgenommene Strom beträgt nicht mehr als 250 mA und wird hauptsächlich für die Hintergrundbeleuchtung des LCD-Displays aufgewendet. Wenn Sie einen Anzeiger des im Diagramm angegebenen Typs durch einen WH1602D ersetzen, können Sie den Widerstand R17 wählen, um den Stromverbrauch auf 90 mA zu reduzieren. Wenn Sie die Hintergrundbeleuchtung vollständig ausschalten, wird sie noch stärker verringert. Die Festlegung eines Äquivalents erfolgt in der folgenden Reihenfolge. An dessen Eingang wird zunächst eine 10.12 V Gleichspannungsquelle angeschlossen, deren Wert mit einem Digitalvoltmeter möglichst genau gemessen wird. Indem wir das Äquivalent in den manuellen Modus schalten, stellen wir sicher, dass der Spannungswert auf seinem LCD mit den Messwerten des digitalen Voltmeters übereinstimmt. Wir beseitigen den Unterschied, indem wir den Widerstand R1 wählen. Um den Strommesser zu kalibrieren, schalten wir ein Amperemeter in Reihe zwischen der Spannungsquelle und dem Lastäquivalent. Nachdem wir den Strom in diesem Stromkreis auf etwa 2 A eingestellt haben, vergleichen wir seine Messwerte mit dem auf dem LCD des Äquivalents angezeigten Wert. Mit dem Abstimmwiderstand R10 erreichen wir eine Übereinstimmung. Als nächstes stellen wir durch Erhöhen und Verringern des Stroms durch Drücken der Tasten SB1 und SB2 sicher, dass die Messwerte über den gesamten Änderungsbereich übereinstimmen. Anschließend fixieren wir den Motor des Trimmwiderstands R10 mit einem schnell trocknenden Lack. Abschließend noch ein Ratschlag. Nachdem alle Teile in die Leiterplatte eingelötet sind, ist es notwendig, das restliche Flussmittel (Kolophonium) vorsichtig von der Leiterplatte zu entfernen. Wie sich herausstellte, können die dadurch entstehenden Lecks zwischen den Leiterbahnen den ordnungsgemäßen Betrieb des Geräts stören. Nachdem ich solche Verstöße entdeckt hatte, überprüfte ich alle Leiterbahnen der Platine auf gegenseitige Kurzschlüsse und Unterbrechungen, konnte sie jedoch nicht finden. Und nach dem Waschen verschwanden alle Probleme. Ich habe Titan-Lösungsmittel verwendet, das in Aerosolform erhältlich ist und Flussmittelrückstände perfekt entfernt. Die im Programm festgelegten Schwellenwerte zur Reduzierung der Spannung des Prüflings unter Last und zum Auslösen des Stromschutzes können geändert werden, dies erfordert jedoch einen Eingriff in den Quellcode des Programms (die in der Anwendung verfügbare Datei rez.asm). Schwellenwertinformationen werden in den ersten Zeilen aufgezeichnet, wie in der Tabelle gezeigt.
Die dort verfügbaren Werte müssen in ganzen Zahlen ausgedrückt werden: Strom – in Milliampere, Spannungsabfall – in Prozent. Nachdem Änderungen vorgenommen wurden, sollte das Programm erneut übersetzt und die resultierende HEX-Datei in den Speicher des Mikrocontrollers geladen werden. Die Leiterplattendatei im Sprint-Layout-Format und das Mikrocontroller-Programm können von ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/06/rez.zip heruntergeladen werden. Autor: Kuldoshin
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