Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET.

eurotips 11 Wrz 2015 19:17 13647 20
  • Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET.

    Ten sprawdzony układ już wielokrotnie przewijał się w róznych projektach.
    Moją konstrukcję wyróżnia pomysł na chłodzenie, w sumie 400W to już niezły grzejnik,
    a ciepło trzeba jakoś odprowadzić.
    Zabudowanie w obudowie wzmacniacza samochodowego to strzał w dziesiątkę.
    W efekcie wyszło estetycznie i kompaktowo, dodatkowo uzyskałem niezłe parametry układu.

    Swój układ zbudowałem w oparciu o schemat:
    Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET.

    Zasada działania to klasyczny układ WO z ujemnym sprzężeniem zwrotnym:
    wzmacniacz operacyjny LM358 dąży do tego aby napięcie odłożone na rezystorze dużej mocy R14
    doprowadzone do wejścia odwracającego wzmacniacza
    (w zasadzie kilku rezystorów w połaczeniu szeregowo-równoległym w celu zwiększenia mocy)
    było równe temu zadanemu na wejście nieodwracające za pomocą potencjometru POT1.

    Dodałem w swojej konstrukcji sterowanie bramką tranzystora MOSFET Q12 poprzez
    układ sterujący typu TOTEM POLEM (na tranzystorach Q11 i Q12 z dodatkowymi zabezpieczeniami R11, R12, R13)
    aby nadążył przeładować pojemności bramki, w szczególności jeśli obciążenie podłaczymy pod zasilacz impulsowy.

    Tranzystor to MOSFET z kanałem typu N, z jak największym prądem Id oraz mocą Pd i jak najmniejszą rezystancją RDSON.
    Od jego parametrów będą zależne prądy i napięcia pracy naszego sztucznego obciążenia.
    Zastosowałem tranzystor NTY100N10 bo takie akurat miałem, obudowa TO-264 zapewnia dobre odprowadzanie ciepła
    jednak jego maksymalna moc rozpraszana to 200W i zależy od radiatora na którym go umieścimy.
    Wentylator jest niezbędny, zastosowany termistor RT1 załaczy go przy temperaturze 40 oC, termistor RT2 odcina zasilanie
    gdy temperatura radiatora przekroczy 70oC. Zgaśnie wtedy dioda LED, wentylator będzie nadal pracował w celu szybkiego ochłodzenia.


    Przy obciążeniu 20A, rezystor powinien mieć moc 40W i być dobrze chłodzony.
    Zastosowałem 4 rezystory o łacznej mocy 20W będąc świadom że czas pracy przy takim obciążeni będzie zależał od chłodzenia
    ale dla mnie wystarczającym jest prąd rzędu 10A a w razie rzeczywistej potrzeby w środku jest miejsce na dołożenie paru oporników.





    Napięcie zasilania układu to stabilizowane 12V/150mA, z czego 100mA pobiera wentylator.
    Nie zabudowałem zasilacza, dałem tylko gniazdo DC5/2.1 w obudowie, rzadko używam więc dla mnie to najlepsza opcja.
    Do pomiaru prądu zastosowałem amperomierz na popularnych układzie ICL7106 który z napięcia 12V zasilany jest poprzez izolowaną przetwornicę DC/DC.
    Układ nie wymaga uruchamiania, po prawidłowym zmontowaniu zadziała od razu. Trzeba tylko dobrać R02 aby minimalny prąd wynosił 100 mA,
    można również dobrać wartość R01 aby maksymalny prąd nie przekraczał 20A. Na koniec kalibrujemy amperomierz.

    Całość mieści się na płytce o wymiarach 45x50mm, a płytka przykręca się do wyprowadzeń tranzystora MOSFET.
    Wszystkie podłączenia prądowe za pośrednictwem złącz ARK, wentylator i potencjometr na złaczach goldpin.
    Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET.


    Nie umieszczam projektu amperomierza na ICL7106 gdyż taki miałem po prostu dostępny,
    można zastosować dowolny amperomierz dbając jedynie o jego poprawne podłączenie i zasilanie.
    Zastosowałem wyświetlacz LCD bo zajmuje mniej miejsca i pokrywał się idealnie z otworem w obudowie.

    Na koniec kilka zdjęć.
    Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET. Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET. Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET. Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET.

    Do pobrania pdf z mozaiką ścieżek w skali 1:1


    Fajne!
  • #2 11 Wrz 2015 21:13
    squeze
    Poziom 12  

    eurotips napisał:

    Zasada działania to klasyczny układ WO z ujemnym sprzężeniem zwrotnym:
    wzmacniacz operacyjny LM358 dąży do tego aby napięcie odłożone na rezystorze dużej mocy R14 doprowadzone do wejścia odwracającego wzmacniacza
    (w zasadzie kilku rezystorów w połaczeniu szeregowo-równoległym w celu zwiększenia mocy) było równe temu zadanemu na wejście nieodwracające za pomocą potencjometru POT1.


    Amator jestem i początkujący ale ja tam sprzężenia zwrotnego nie widzę, i ten WO raczej nie będzie do niczego "dążył" jeśli owego sprzężenia nie ma.
    W układzie jak na schemacie to WO pracuję raczej jako komparator.

    400W? sory ale chciałbym to zobaczyć w realu, bo z cyfr w DS to można sobie dużo założyć ale z realnymi warunkami to już gorzej.

  • #3 11 Wrz 2015 21:54
    slawek-matyl
    Poziom 11  

    Cytat:
    Amator jestem i początkujący ale ja tam sprzężenia zwrotnego nie widzę, i ten WO raczej nie będzie do niczego "dążył" jeśli owego sprzężenia nie ma.


    Nie gadaj pierdół, a połączenie pomiędzy źródłem mosfeta a rezystorami pomiarowymi to niby gdzie trafia. No właśnie na wejście odwracające i to jest właśnie sprzężenie zwrotne dla WO. Wartość wymaganą podaje się na wejście nieodwracające WO. Jedynie można by dodać mały kondensator pomiędzy wyjście WO a wejście odwracające w celu "złagodzenia" sterowania i przeciwdziałaniu ewentualnym oscylacjom (WO steruje prądowo tranzystory bipolarne, problem może nie być zauważalny, jednak jak by bezpośrednio przez rezystor napędzał mosfeta który charakteryzuje się obciążeniem pojemnościowym mogło by dochodzić do wzbudzenia).
    Pozdro

  • #5 11 Wrz 2015 23:47
    eurotips
    Poziom 35  

    squeze napisał:
    mea culpa - jak wspomniałem jestem początkującym amatorem :/
    Ale w 400W nadal nie wierzę :D


    W temacie jest mowa o 200W i to z zastrzeżeniem że nie w sposób ciągły, bo wcześniej czy później termistor skończy zabawę. Te 400W mocy chwilowej wynika z dopuszczalnego prądu zastosowanego tranzystora, przy prądzie 100A na oporniku 100mΩ spadek napięcia wyniesie 10V i jeśli ten rezystor taki prąd by przeżył to chwilowo nawet 1kW byłoby dopuszczalne ale własnie ze względu na zastosowane rezystory piszę o 400W w szczycie, założyłem że przeżyją 30A i stąd wyszło mi 400W mocy chwilowej. Nie bawiłem się w układ gdzie prąd dzieli się na 10 gałęzi bo kosztowo wcale nie wyjdzie to taniej a w eksploatacji przysporzy więcej problemów. Lepiej dać jeden tranzystor i jeden solidny rezystor i mieć prosty układ.
    Mam w środku sporo miejsca, pokombinuję jeszcze z łączeniem oporników, dam więcej i zaleję je cementem, widziałem taki patent, tylko kolega nie chciał mi zdradzić co dodaje do tego cementu bo ciepło zabierał on doskonale a jego masa znacząco poprawiała odprowadzanie ciepła.

  • #6 12 Wrz 2015 07:16
    Freddy
    Poziom 43  

    eurotips napisał:
    Moją konstrukcję wyróżnia pomysł na chłodzenie, w sumie 400W to już niezły grzejnik

    Tym termoglutem, to się nie popisałeś.
    Gdzie są jakieś kanały dla wentylatora, bo ze zdjęć nic nie widać ?

  • #7 12 Wrz 2015 10:08
    eurotips
    Poziom 35  

    Freddy napisał:
    eurotips napisał:
    Moją konstrukcję wyróżnia pomysł na chłodzenie, w sumie 400W to już niezły grzejnik

    Tym termoglutem, to się nie popisałeś.
    Gdzie są jakieś kanały dla wentylatora, bo ze zdjęć nic nie widać ?


    Co do termogluta to zgoda, robione na szybkiego bo będę jeszcze wymieniał rezystor dużej mocy, teraz są 4 sztuki po 5W, wkrótce dostanę 20W watowe, chciałem na tych tylko uruchomić i przetestować.

    Dolna blacha jest fabrycznie perforowane, okrągłe otwory o średnicy 7mm wykonane wykrojnikiem ale nie będę się chwalił czymś czego sam nie robiłem.
    Całość można przykręcić na ścianie albo postawić na stole bo jest centymetr prześwitu, boczne krawędzie podstawy są wyprofilowane aby zapewnić odstęp i możliwość montażu.

  • #8 12 Wrz 2015 13:48
    Mark II
    Poziom 20  

    Po LM358 nie spodziewałbym się dobrej odpowiedzi impulsowej. Bufor sterujący MOSFETEM niewiele pomoże w przypadku większych tętnień o dużej częstotliwości na wyjściu badanego zasilacza.

  • #9 12 Wrz 2015 19:33
    djfarad02
    Poziom 17  

    eurotips napisał:
    Tranzystor to MOSFET z kanałem typu N, z jak największym prądem Id oraz mocą Pd i jak najmniejszą rezystancją RDSON.


    Nie widzę powodu brania pod uwagę RDSon skoro tranzystor i tak pracuje liniowo.


    Plus za zastosowanie termików - proste i skuteczne rozwiązanie.

  • #10 13 Wrz 2015 00:20
    mkpl
    Poziom 37  

    Fajne założenia ale schemat trochę źle przemyślany. Fajnie, że masz tryb prądowy ale on w większości dobije przetwornicę po przekroczeniu jej ograniczenia prądowego i zacznie się czkawka (nie da się ściągnąć ch-ki ograniczenia mocy).

    Przydał by się tryb rezystancyjny. Da się to zrobić przez dorzucenie informacji o napięciu na przyłączu obciążenia. Tak samo często przydatny jest tryb stabilizacji napięcia. Wystarczy zwykły przełącznik 3 pozycje i po sprawie.

    Teraz kwestia rozkładu mocy.... trochę poszalałeś wytracając wszystko w tranzystor. Jeśli przeliczył byś rezystancje termiczne w Twoim układzie okazało by się, że radiator ma np 40*C a tranzystor grubo ponad 100*C. Moim zdaniem tam powinny być co najmniej 4 sztuki.

    Wytracanie mocy można sobie ułatwić. W dren wrzuć opory (dla każdego tranzystora po jednym) zrobione z drutu oporowego i tak dobrane aby przy 1/2 mocy połowa mocy szła w tranzystory a połowa w druty. Dzięki temu przy max mocy grzały się będą druty a przy minimalnej regulacja będzie przez straty w tranzystorach.

  • #11 13 Wrz 2015 01:41
    Doctore.
    Poziom 18  

    mkpl napisał:
    Moim zdaniem tam powinny być co najmniej 4 sztuki.

    Nie koniecznie, 200W i to bez przerwy można wytracić na jednym mosfecie...

  • #12 14 Lis 2015 18:55
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany

    Nie gadajcie głupot konstruuje wysoko prądowe zasilacze zarówno liniowe jak i impulsowe i z doświadczenia wiem że jeden dobrze dobrany tranzystor, radiator plus wymuszone chłodzenie biją konstrukcje z równoległym układami tranzystorów z szeregowymi rezystorami. A dla czego ? a to dla tego ze tranzystor tranzystorowi nie równy. co innego gdybyśmy zakupili kilka tranzystorów z jednego kawałka krzemu ale to nie realne, no chyba że zakupimy całą szpulę i coś znajdziemy w miarę identycznego, ale i tak jeden parametr będzie się różnił - wartością termiczną złącza krzemu. Wystarczy że jeden poleci a reszta efektem domina. Tranzystory mosfet można łączyć bez rezystorów szeregowych. Owszem można ale po co ? Pogarsza to charakterystykę czasową zamykania kanału żródło-dren. Ponieważ pracuje w dwóch obszarach pracy, nienasyconym - ma charakterystykę podobna do triody, oraz nasycony o charakterystyce pentody. Ważnymi parametrami są napięcie załączenia bramki oraz odcięcia, rezystancja kanału oraz pojemność bramki.

  • #13 14 Lis 2015 21:15
    Doctore.
    Poziom 18  

    Sam nie gadaj głupot, ja miałem aktywne obciążenie na 10 mosfetach połączonych równolegle, chodziło to to kilka lat, aż zostało ubite przez HV.

  • #14 15 Lis 2015 09:05
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany

    Nie gadam głupot masz przykład tranzystor HRF 3205 100A ciągły a w impulsie 390A , 0.008 om w kanale. Chcesz ? bo są mocniejsze nawet 800A. Czy jeszcze potrzebujesz dowodów ? Mogą być też tranzystory IGBT o mocach kilkudziesięciu KW i napięciach rzędu KV. Twoje ubiło jak sam mówisz HV ponieważ nie miałeś zabezpieczenia nadnapięciowego.

  • #15 15 Lis 2015 09:34
    eurotips
    Poziom 35  

    Przy jednym tranzystorze i tak dużej traconej mocy to dobrą ideą jest podejrzenie AMD jak sobie radził z chłodzeniem swoich procesorów. Bez miedzianej wkładki tu też się nie obejdzie. Przy kilku tranzystorach na jednym radiatorze jest łatwiej bo nie ma potrzeby stosowania przekładek izolacyjnych, kolektor (a właściwie dren) jest wspólny i to chyba jest ten szczegół który decyduje że kilka tranzystorów lepiej się w tej aplikacji sprawdza.

  • #16 15 Lis 2015 13:54
    Doctore.
    Poziom 18  

    cooltygrysek napisał:
    HRF 3205 100A ciągły a w impulsie 390A , 0.008 om w kanale. Chcesz ? bo są mocniejsze nawet 800A. Czy jeszcze potrzebujesz dowodów ? Mogą być też tranzystory IGBT o mocach kilkudziesięciu KW i napięciach rzędu KV.

    No tak ale ty już mówisz o cudackich i drogich elementach, my hobbyści bierzemy to tanie...

    cooltygrysek napisał:
    Twoje ubiło jak sam mówisz HV ponieważ nie miałeś zabezpieczenia nadnapięciowego.

    No racja :D
    Kto to myślał że 200V mosfety trzeba zabezpieczyć przy testowaniu urządzeń do 50V :D

    eurotips napisał:
    dobrą ideą jest podejrzenie AMD jak sobie radził z chłodzeniem swoich procesorów

    Dobrą dobrą, lutujesz mosfeta do kawałka miedzi z CPU i masz tranzystor na którym wytracasz 200W z zapasem bezpieczeństwa.

  • #17 15 Lis 2015 17:02
    valdi100
    Poziom 11  

    W moim o podobnych parametrach wystarczy niewielki radiator plus wentylatorek od P4.

    Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET.Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET.Aktywne obciążenie 20A 200W na tranzystorze MOSFET.

  • #18 17 Lis 2015 07:32
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany

    Heh ten tranzystor kosztuje około 18 zł. Swoja droga co do procesorów AMD oraz Pentium to jest dużo racji jeśli chodzi o III generację. Takie radiatory z wentylatorem potrafiły wytracić na spokojnie nawet 400W i to przy niewielkich rozmiarach radiatora.

  • #19 17 Lis 2015 08:32
    Freddy
    Poziom 43  

    cooltygrysek napisał:
    Swoja droga co do procesorów AMD oraz Pentium to jest dużo racji jeśli chodzi o III generację. Takie radiatory z wentylatorem potrafiły wytracić na spokojnie nawet 400W i to przy niewielkich rozmiarach radiatora.
    To ciekawe że przy kilkudziesięciu watach mocy wydzielanej przez procesor gotowały się, jak padł wentylator.

  • #20 17 Lis 2015 19:49
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany

    Nie do końca się zgodzę. AMD miały jedną wadę - strasznie się grzały. Intele tu już lepiej wypadały a miałem oba z zabezpieczeniem przed zatarciem wentylatora i zbyt wysoką temperaturą, ustawiało się to w biosie i miało się nad tym problemem spokój do pewnego stopnia oczywiście. Prawda natomiast jest to że te wentylatorki szybko padały gdy nazbierało się na nich dużo kurzu. Jednakże nie o tym mówimy, tylko o radiatorze. Sam radiator nie jest zły a takie stosuje w miniaturyzacji urządzeń małej mocy do 20A. Oczywiście stosuje lepsze i wydajniejsze wentylatory takiej samej wielkości.

  • #21 12 Mar 2016 18:00
    pilchtad
    Poziom 9  

    Przy cementowaniu oporników do cementu jako wypełniacza trzeba dodać tlenku
    aluminium. Tlenek aluminium jako izolator jest najlepszym przewodnikiem ciepła.