Obciążenie elektroniczne DIY

Elektronika

Pozdrowienia mieszkańcy naszej strony!
Na pewno masz w domu kilka źródeł zasilania USB: banki energii, ładowanie smartfonów i tak dalej. Jak wiemy, bardzo często chińscy producenci przeceniają swoje rzeczywiste parametry wyjściowe. Aby ocenić i zrozumieć, do czego zdolny jest dany zasilacz lub power bank, a także w przybliżeniu ustalić pojemność tego samego power banku, bez jego demontażu, wystarczy mieć pod ręką tester USB z możliwością pomiaru pojemności i prostego obciążenia (rezystor, żarówka i itd.).

Oczywiście są wyspecjalizowane USB elektroniczny ładunki do tych celów i wydaje się, że nie są drogie, ale kupowanie tego, co można zrobić w domu, nie jest w naszym stylu.

Niedawno autor (AKA KASYAN) otrzymał partię powerbanków o różnych rozmiarach i cechach.

Ocena ich rzeczywistych parametrów wyjściowych prądu i napięcia to kwestia kilku sekund.

Jako obciążenie autor zawsze stosował stary dobry rezystor zmienny z drutu. Wystarczy krótko załadować power bank prądem do 2A i, jak się wydaje, pasuje do prawie wszystkich, ale pewnego ciężkiego zimowego wieczoru nie miał nic do roboty, siedząc przy stole noworocznym, autor wpadł na pomysł, aby załadować ładunek elektroniczny USB.

Szalik został zaprojektowany w zaledwie pół godziny.

Kolejne pół godziny spędziliśmy na drukowaniu, przenoszeniu, trawieniu, cynowaniu i wierceniu. Jest to dość czasochłonny proces.

W rezultacie narodził się kolejny, bardzo dobry projekt, który można bezpiecznie polecić do powtórzenia.

Na początek przyjrzyjmy się głównym cechom naszego obecnego obciążenia elektronicznego.
Zakres napięcia roboczego od 4 do 15-20 V;

Zakres regulacji prądu wynosi od 0 do 5A, w zależności od rezystancji i mocy bocznika prądowego;

Maksymalna moc znamionowa 20 W, szczytowa krótkotrwała do 40 W.
Obciążenie nie wymaga zewnętrznego źródła zasilania, jest zasilane bezpośrednio z portu USB, który należy załadować.
Spójrzmy na zasadę podobnego obciążenia, tylko przy znacznie większej mocy. W skrócie, mamy wzmacniacz operacyjny, który porównuje napięcie generowane przez źródło odniesienia z napięciem pobieranym z czujnika prądu w obliczu rezystora o niskiej rezystancji.

Mamy możliwość wymuszenia zmiany napięcia ze źródła odniesienia poprzez obrócenie rezystora zmiennego.

Narusza to równowagę między wejściami wzmacniacza operacyjnego, a on z kolei, zmieniając napięcie wyjściowe, spróbuje zrównoważyć napięcie między wejściami.

Zmiana napięcia wyjściowego ze wzmacniacza operacyjnego prowadzi do zmiany rezystancji otwartego kanału tranzystora, a w konsekwencji do zmiany prądu w obwodzie.

Należy podkreślić, że jest to stabilizator prądu, a ustawiona wartość nie zmieni się w zależności od napięcia, jest to bardzo ważne. Wszystkie te zalety umożliwiają wykorzystanie naszego obciążenia do rozładowania akumulatorów stabilnym prądem w celu określenia pojemności. Zakres napięć zasilania jest dość szeroki. Napięcie można przyłożyć do obwodu do 30 V, ale autor nie zaleca tego, ponieważ możliwe są naruszenia w działaniu poszczególnych węzłów. Maksymalna dopuszczalna moc rozpraszana przez obciążenie wynosi 40 W, ale tylko wtedy, gdy istnieje aktywne chłodzenie i dość masywny radiator dla tranzystora, a do 20 W dla takiego obciążenia jest całkowicie bezpieczne.
Aby obciążenie rozproszyło te 20 W mocy w postaci ciepła przez długi czas, ponownie potrzebny jest mały wentylator.

O chłodzeniu. Ponieważ autor zastosował podwójny układ wzmacniacza lm358, a sam obwód obciążenia jest zbudowany tylko na jednym elemencie, drugi kanał pozostał wolny.

Bez zastanowienia się nad drugim elementem autor postanowił zamontować prosty regulator temperatury prędkości wentylatora, który faktycznie schłodzi nasz tranzystor.

Jeśli radiator tranzystora nagrzeje się powyżej ustawionej temperatury, wentylator zadziała. Później autor postanowił całkowicie porzucić tę stronę. Lepiej przylutować wentylator bezpośrednio do linii 5V, będzie on stale się obracał. W archiwum projektu, które można pobrać z tego, znajdziesz płytę bez jednostki regulacji termicznej.

Zaleca się stosowanie wentylatora 5-woltowego, ale konwencjonalny 12-woltowy również działa dobrze od 5 V, więc ich użycie jest dozwolone.

Oczywiście wentylator potrzebuje niewielkiego, a nie tego samego, co autor. Ścieżki zasilania autora płytki drukowanej obficie cynowane lutowie.

Tranzystor przykręca się do małego radiatora (jest to opcja pilotażowa, w przyszłości zostanie zainstalowany większy grzejnik, a wszystko to będzie chłodzone wentylatorem).

Tranzystor mocy, na który cała energia jest rozpraszana w postaci pola cieplnego. Obciążenie działa w trybie liniowym, a tranzystor ma bardzo ciężki czas.

Aktualny bocznik.

Maksymalny prąd obciążenia zależy od jego rezystancji i mocy. Autor zaleca stosowanie rezystorów smd 2-5W o rezystancji od 0,05 do 0,1 Ohm. Jeśli nie ma pod ręką potężnych rezystorów, możesz połączyć kilka elementów o niższej mocy równolegle lub użyć zwykłych rezystorów wyjściowych o niskiej rezystancji.

A teraz załadujemy kilka power banków. Pierwsza próbka ma pojemność zaledwie 2000 mAh, moc 1 bateria litowo-jonowa standard 18650. Łączymy nasze obciążenie za pomocą miernika USB i płynnie zwiększamy prąd, obracając rezystor zmienny na elektronicznej płycie obciążeniowej.

Prąd wyjściowy powerbanku wynosi około 1A. Podczas próby uzyskania większego prądu napięcie wyjściowe drastycznie spada.
Druga próbka jest droższa, o pojemności 10000 mAh, moc - 4 baterie litowe w formacie 18650. Wyjście ładujemy w ten sam sposób. Prąd wyjściowy wynosi około 1,2A.

Trzecia próbka zasilana jest przez 6 akumulatorów o standardowej pojemności 18650, o łącznej pojemności około 15000 mAh. Maksymalny prąd wyjściowy wynosi 2,6 A. Jeśli załadujesz jeszcze więcej, napięcie wyjściowe spadnie.