Довольно длительное время для того, чтобы проверить к примеру блок питания под нагрузкой, использовали простейшие решения, например мощные резисторы или лампочки. Но с широким распространением мощных полупроводниковых компонентов, а также появлением не менее мощных источников питания стало возможным сделать этот процесс более удобным применив электронный эквивалент нагрузки.
Напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном - ссылка на аккаунт
Также подписаться на обновления и новые статьи можно в телеграм канале - https://t.me/KirichBlog
Стоит наверное сразу пояснить, что нагрузка в виде резисторов имеет преимущество так как близка к идеальной, но также требует дополнительного охлаждения, как и другие электронные компоненты. В случае с лампочками получаем проблему другого характера, сопротивление нити накала в холодном и горячем состоянии сильно отличается, потому подключение такой нагрузки даже к полностью исправному блоку питания может вызвать срабатывание его защиты от перегрузки.
Но в любом случае, основная суть любой нагрузки, хоть электронной, хоть с мощными резисторами, переводить отбираемую от источника энергию в тепло, потому большую часть у них занимает силовой узел с системой охлаждения. Исключение составляют электронные нагрузки с функцией рекуперации, возвращающие до 95% энергии обратно в сеть, но такие устройства очень дороги и встречаются крайне редко.
Все остальное уже влияет только на точность измерения и сервисные возможности, потому чаще всего первое что вы увидите при осмотре это большой радиатор и мощные вентиляторы.
Соответственно при выборе надо отталкиваться от следующих критериев:
1. Бюджет, мощные нагрузки могут стоить недешево.
2. Максимальные требуемые параметры, чаще всего это мощность, ток и напряжение.
3. Наличие четырехпроводного подключения, особенно для работ с большими токами.
4. Возможность подключения к компьютеру для построения графиков и управления.
5. Функциональные возможности, как при автономной работе, так и при работе с ПК
6. Точность измерения и установки параметров. В некоторых ситуациях пониженная точность никак не сказывается на тестах, потому здесь можно сэкономить.
Если в основном при выборе характеристик все понятно и логично, то насчет максимального напряжения стоит сказать отдельно. Общая цепь измерения включает в себя провода, разъемы, токоизмерительные шунты и силовой узел.
При этом минимальное падение на транзисторах зависит от того, на какое напряжение они рассчитаны и купив нагрузку рассчитанную на большое напряжение "с запасом" можно попасть в ситуацию, что она не сможет создать заявленный ток при очень малом напряжении.
Пример - тестирование аккумуляторов, особенно LiFePO4 и LTO, где напряжение может быть меньше чем 2 вольта и если в начале ток будет равен установленному, то к концу разряда он будет падать. Проявляется это при комбинации максимального тока нагрузки и минимального напряжения источника.
В основном простые электронные нагрузки работают в режиме генератора тока, т.е. они стабилизируют ток в цепи подключенного к ним источника, но это не подходит для тестирования источников которые сами являются генераторами тока, например зарядных устройств. Для упрощенного понимания можно сказать, что источник напряжения (блок питания, аккумулятор) нагружают стабилизатором тока, а источник тока (зарядное устройство) соответственно стабилизатором напряжения, в противном случае они будут конфликтовать.
На самом деле режимов больше двух, но основных четыре:
CC или Constant Current, стабилизация тока
CV или Constant Voltage, стабилизация напряжения, нагрузка не дает напряжению подняться выше установленного значения путем увеличения тока.
CP (CW) или Constant Power, стабилизация мощности, устройство варьирует ток так, чтобы потреблялась установленная мощность.
CR или Constant Resistance, стабильное сопротивление, автоматическое изменение тока нагрузки в зависимости от входного напряжения.
Кроме того, если для резистора или лампочки род тока не имеет значения, то электронные нагрузки делятся на два класса - постоянного и переменного тока.
И конечно сервисные функции, есть самые простые, с обычным ампервольтметром, более сложные, имеющие в своем составе микроконтроллер и умеющие считать прошедшую через них емкость, а также версии с подключением к компьютеру и конечно программируемые электронные нагрузки, для которых можно задать алгоритм работы, эмуляцию нагрузки с пульсирующим током, комбинации различных режимов, функции анализа и пр.
Чаще всего силовой узел строится на базе полевых транзисторов, управлять ими гораздо проще, но важнее что они могут нагружать источники почти от нулевого напряжения. Кроме этого бывают электронные нагрузки и на биполярных транзисторах, такие транзисторы лучше работают в линейном режиме и третий вариант - IGBT транзисторы, применяются там, где нужна большая мощность.
Китайские разработчики даже какое-то время делали гибридный блок питания совмещенный с функцией электронной нагрузки, где силовой узел мог работать или как регулятор блока питания или как нагрузка.
Простейшую электронную нагрузку работающую в режиме СС (как впрочем и CV) можно сделать своими руками буквально из нескольких компонентов, операционного усилителя, транзистора и пары резисторов. Она конечно будет иметь свои недостатки, но будет работать.
Переменным резистором задаем ток, а постоянный используется в качестве измерительного.
Для повышения стабильности работы придется её немного усложнить, но все равно она будет доступна для повторения начинающему радиолюбителю, ниже фактически и есть схема электронной нагрузки.
Примерно такой же вариант существует и в готовом виде, он позволяет нагружать током до 10А источники с напряжением до 100В с мощностью до 75Вт. Для подобной платы потребуется докупить только радиатор, маломощный блок питания и переменный резистор для регулировки тока…
Но показанные выше варианты схем имеют недостатки, небольшую мощность, а если собирать полностью самому, то необходимость поиска и покупки отдельных компонентов, изготовления печатной платы и т.д. Потому для начинающего радиолюбителя хорошим решением будет покупка набора комплектующих для постройки электронной нагрузки на ОУ lm324 в который входит почти все необходимое. - обзор
После сборки останется только подобрать подходящий по размеру радиатор и фактически электронная нагрузка готова, но для повышения стабильности работы рекомендуется заменить комплектные конденсаторы емкостью 1нФ на другие в диапазоне 22-47нФ.
В итоге вы получите электронную нагрузку 150Вт (при соответствующем радиаторе) с режимом СС. При желании её можно доработать для работы в режиме CV и даже CP, но это тема другой статьи.
Если хочется большего, то для радиолюбителей имеет смысл обратить внимание на "полуфабрикаты" или просто готовые силовые модули, которые уже имеют как электронику, так и систему охлаждения, обычно они рассчитаны на мощность порядка 100-300Вт, имеют различные варианты конфигурации по максимальному току и напряжению.
Особенно выделяются в этом плане модули производства Sousim, они есть на разную мощность и даже с возможностью управления по RS485. Но даже простые, с регулировкой при помощи переменного резистора, могут работать не только в режиме СС, а и в режиме CV, а кроме того имеют "на борту" микроконтроллер который следит за перегрузкой и температурой, а также управляет установленными вентиляторами как в зависимости от температуры, так и от мощности.
Обзор
А если такие модули дополнить небольшим блоком питания и ампервольтметром, то легко можно собрать электронную нагрузку постоянного тока, простую и довольно функциональную. Например на фото вариант с мощностью 300Вт, током 40А и напряжением до 150В, режимами СС и CV (при половинной мощности) и измерением емкости аккумуляторов.
Следующим шагом будут устройства содержащие в своем составе не только силовую часть, а и контроллер управления, чаще всего они в зависимости от размеров радиатора имеют мощность 150 или 180Вт. Но следует отметить, что это максимальная мощность, а кроме того она сильно зависит от напряжения источника, например нагрузке проще работать при 12В 10А чем 120В 1А, хотя выделяемая мощность в обоих случаях одинакова, это обусловлено характеристиками силовых транзисторов.
Существуют подобные модели, но с возможностью подключения к компьютеру и имеющие более красивый дисплей, в плане остальных характеристик они сходны с предыдущими.
Отдельно стоит сказать про электронные нагрузки серии TEC40K, эти устройства выпускаются в трех модификациях, на 400, 800 и 1600Вт, при этом обеспечивают ток нагрузки до 45 ампер.
Устройства имеют собственную панель управления, но при этом позволяют не только управлять с компьютера, а и строить графики разряда, и при невзрачном внешнем виде относятся к устройствам довольно высокого класса.
Если вы не занимаетесь ремонтом блоков питания, но иногда требуется измерить емкость аккумулятора, то есть более узкоспециализированные платы. В принципе они также могут работать как и обычная электронная нагрузка, но гораздо больше подходят именно для теста батарей. В этом случае аккумулятор сначала заряжается любым подходящим зарядным устройством, а затем разряжается при помощи такой нагрузки.
ZB206+ (слева) имеет максимальное напряжение 8.5 вольта, что подходит для теста двух последовательно включенных литий-ионных аккумуляторов, максимальный ток 2.6А и мощность до 12Вт. - обзор
ZPB30A1 (справа) заметно мощнее, до 60Вт, 10А и 30В.
При этом обе имеют возможность четырехпроводного подключения и функцию измерения внутреннего сопротивления аккумулятора.
Те кто кочет получить стабильно работающее устройство с большим функционалом без работы паяльником, могут обратить внимание на большой выбор электронных нагрузок ZKEtech, это китайская фирма специализирующаяся как раз на подобных устройствах.
Их изделия делятся на два основных класса:
EBD - просто электронные нагрузки.
EBC - электронные нагрузки совмещенные с зарядным устройством, фактически представляющие собой тестер аккумуляторных батарей.
Кроме того они отличаются как по мощности, току, так и по максимальному напряжению.
Но перед тем, как перейти к общему описанию моделей стоит сказать о ключевых особенностях устройств данной фирмы.
1. Все устройства данной фирмы поддерживают подключение к компьютеру, это необходимо как для управления ими, так и для построения графиков тока/напряжения и мощности, а у моделей серии EBC и работу по программе.
Кроме того, если у вас несколько электронных нагрузок данной фирмы, то ими можно управлять одновременно из одного окна ПО, они доступны в дополнительных вкладках в левом верхнем углу окна.
Подобный функционал необходим не просто для контроля, а и удобен для построения групповых графиков, на них можно наложить до 9 кривых.
2. Также все нагрузки имеют четырехпроводное подключение, что сразу снимает проблему корректности измерения.
Для чего у нагрузок имеется четыре клеммы, две для силового подключения и две для измерения.
При подключении чаще всего используются либо провода с "крокодилами", либо специальный держатель аккумулятора.
Самой простой является EBD-M05, она не имеет зарядного устройства и имеет мощность всего 35Вт при напряжении до 19.5В и токе до 5А, но в остальном сохраняет возможности старших моделей. Из отличительных черт - высокая точность измерения напряжения и задания тока, ну и конечно четырехпроводное подключение, все "по взрослому".
EBC-A05+ является более функциональным устройством так как имеет в своем составе зарядное устройство. Оно имеет мощность уже до 60Вт при максимальном напряжении в 30В и токе до 5А, а кроме того оформлена в корпусе, комплектуется блоком питания и кабелем для подключения к компьютеру. Данная нагрузка хорошо подходит для измерения емкости аккумуляторов рассчитанных на небольшой ток, например мобильных телефонов, планшетов, смартфонов, ноутбуков.
Также есть внешне очень похожее устройство, EBC-A01, оно имеет мощность всего до 30Вт, а ток только до 1А, но его ключевое преимущество в том, что оно может работать с малыми токами, от 1мА. Данная особенность важна при тестировании аккумуляторов очень малой емкости, где обычные тестеры будут слишком "грубыми" и соответственно имеющими высокую погрешность измерений.
Если необходимо проводить тесты аккумуляторов имеющих большую токоотдачу, то здесь лучше подойдет EBC-A20, оно также содержит в своем составе зарядное устройство, но максимальный ток составляет 20 ампер. Следует учитывать, что его максимальная мощность всего 85Вт, соответственно таким током получится нагружать только до напряжения 4.25 вольта.
При этом EBC-A20 поддерживает работу и при входном напряжении до 30 вольт с пропорциональным снижением тока.
Также эта модель неплохо подойдет для заряда и тестирования свинцово-кислотных батарей позволяя заряжать их током до 5А и разряжать током до 6А. Как и у других нагрузок подключение здесь четырехпроводное, пары проводов соединены непосредственно на "крокодилах". - обзор
Как более универсальное решение, например для тестирования блоков питания, измерения емкости аккумуляторов и их заряда можно рассматривать модель EBC-A10H, она может обеспечивать ток нагрузки до 10А, ток заряда до 5А, но при этом её максимальная рассеиваемая мощность составляет уже 150Вт, что заметно больше предыдущих. Управление при помощи нажимного энкодера, потому управлять ею автономно немного удобнее чем предыдущими, хотя она также имеет возможность подключения к компьютеру. - обзор
В случае если вам необходимо тестировать как блоки питания, так и аккумуляторы, но хочется и ток до 20А и приличную мощность, то есть модель EBD-A20. Фактически это некий гибрид из EBC-A20 и EBC-A10H так как имеет максимальный ток 20А, мощность 200Вт и максимальное напряжение 30В. Но следует учитывать, что в нем нет зарядного устройства (как и у всех в серии EBD) потому для тестов аккумуляторов придется заряжать их отдельно, а кроме того не будут доступна работа по программе так как она также завязана на зарядное устройство.
Внешне очень похожа на EBC-A10H, разница только в других клеммах и боковом расположении вентилятора.
Для более узкоспециализированного применения фирма выпускает и другие варианты, отличающиеся максимальным током, напряжением, мощностью, но объединяет их то, что почти все они работают с одним и тем же ПО, что действительно удобно.
В том числе производится еще более специализированное устройства, многоканальные тестеры серии EBC-X.
Они предназначены для тестов на "старение" аккумуляторов или говоря правильным языком - ресурсных испытаний, через какое количество циклов емкость аккумуляторов упадет ниже определенной.
Существует три модели, рассчитанные на разные токи разряда и заряда, 1/1А, 10/5А и 10/10А. Кроме того они отличаются еще и конструктивно, есть с подключением внешних держателей, которые укладываются в специальные лотки, а есть со встроенным, он удобнее для тестов аккумуляторов одной длины.
У данных тестеров используется свое отдельное ПО, ориентированное именно на ресурсные тесты.
Но и это не все, существует адаптер, позволяющий объединить до 8 нагрузок в эквивалент EBC-X, правда работает он только с двумя нагрузками, EBC-A40L (низковольтная 40А) и EBC-B20H (высоковольтная 20А). В ПО EBC-X они будут видеться как один многоканальный тестер. - обзор
Для тех, кто в первую очередь планирует использовать нагрузку для тестирования импульсных блоков питания, а работа с аккумуляторами скорее является дополнением, то имеет смысл обратить внимание на следующую пару устройств.
Эти две модели имеют очень много общего, мощность до 400Вт, напряжение до 150В и максимальный ток нагрузки до 40А, работа в режимах CC, CV, CP, CR и даже примерно сопоставимую цену, но при этом они отличаются друг от друга дополнительными функциями.
Например KUNKIN KP184 имеет простой индикатор, возможность подключения к компьютеру, четырехпроводное подключение, функцию динамического тестирования блоков питания (частота 10кГц), измерение емкости аккумулятора и их внутреннего сопротивления, потому больше подходит для тех, кто хочет тестировать не только блоки питания, а и аккумуляторные батареи напряжением до 150В.
При этом East Tester ET5410 имеет более информативный дисплей, заметно больше функциональных возможностей, динамический тест не на одной частоте, а с гибким выбором параметров, комплексная нагрузка CC + CV и CR + CV, режим измерения сопротивления, напряжения и тока, а также подключение клавиатуры для более удобного управления. Её можно использовать для тестирования аккумуляторов, но она имеет двухпроводное подключение и отсутствует возможность связи с компьютером.
Выше пошла речь о функции динамического тестирования, этот режим бывает важен при проверке блоков питания к импульсным нагрузкам и перепадам тока, иногда блок питания нормально работающий при стабильном токе нагрузки начинает "сходить с ума" при подключении нагрузок имеющих импульсный характер потребления. Для подобных тестов и реализован режим динамической нагрузки, в нем ток потребления меняется с заданной частотой и скважностью.
Если же необходима точность и функциональность близкие к максимальным, то здесь лучше смотреть на устройства более известных фирм. Но следует учесть, что при этом они часто рассчитаны на меньшую мощность, чем показанные выше, либо у них начнет значительно расти цена.
Как пример программируемая нагрузка ITECH IT8511A+, 150В, 150Вт, 30А, конечно режимы CC, CV, CP и CR, динамическая нагрузка, весь необходимый комплекс защит, функция работы по списку (программируемый аналог динамического режима), проверка источника на короткое замыкание, прямое задание параметров, подключение к компьютеру и "теплый ламповый" VFD дисплей.
Следующим шагом может быть RIGOL DL3021, мощность уже 200Вт, ток до 40А, напряжение те же 150В. Имеется все вышеперечисленное плюс большой экран, цифровые входы/выходы, подключение к компьютеру не только по USB, а и через локальную сеть, работа по заданной программе.
Рассказав о нагрузках начиная с недорогих наборов и заканчивая профессиональными решениями нельзя не упомянуть об устройствах лабораторного класса, например ITECH IT8615.
Здесь мощность уже 1800Вт, напряжение 420В, ток до 20А, но ключевое в ней не это, а то что эта нагрузка рассчитана на работу не только с постоянным током, а и переменным, причем помимо обычного перечня режимов работы она имеет настраиваемый пик-фактор и коэффициент мощности.
Но если присмотреться на неё сзади, то видно будет что "в душе" это все тот же прибор для перевода электрической энергии в тепло, хотя и очень умный.
Причем производители оснастили свое детище не только большим экраном, а и встроенным осциллографом, чтобы можно было наблюдать в динамике процесс тестирования и то как тестируемое устройство на него реагирует. А кроме того нагрузка позволяет измерять гармонические искажения до пятидесяти гармоник.
Ну а если кому-то будет мало её 1800Вт, то поддерживается функция параллельной работы и работы в трехфазном режиме как по схеме включения "треугольник", так и "звезда". Соответственно суммарная мощность будет расти пропорционально количеству подключенных устройств.
Чтобы упростить выбор, то можно было бы сказать так:
1. Для начинающего радиолюбителя не планирующего много тратить можно рассматривать варианты для "домашнего творчества", например набор на базе LM324. При можно и сэкономить и получить мощную нагрузку, хотя и очень простую.
2. Если вы уже "нашли себя" и планируете заниматься ремонтом блоков питания, а также можете выделить немного больше средств, то можно уже рассматривать варианты готовых модулей Sousim или TGEC40k, а также младших моделей фабричного производства, например East Tester ET5410. В первом случае будет дешевле, во втором заметно функциональнее.
3. Отдельно идут электронные нагрузки совмещающие в себе тестеры аккумуляторных батарей, у них своя ниша. В принципе тестировать аккумуляторы может большая часть электронных нагрузок, но устройства производства ZKEtech серии EBC могут не только это делать в автоматическом режиме, чередуя циклы заряд/разряд, попутно строя график заряда/разряда, а и проводить ресурсные испытания аккумуляторов.
4. Специалисты скорее всего заинтересуются фирменными нагрузками, где помимо богатого функционала и высокой точности есть поддержка режимов, которых нет у более простых вариантов. Правда стоит отметить, что если будет нужна еще и большая мощность, то цена также может быть существенной, впрочем, хорошие вещи редко стоят дешево.
5. Тем кто пользуется устройствами лабораторного класса рекомендовать что-то сложно, так как обычно это люди которые знают что им нужно от устройства, потому подбирают инструмент под конкретные задачи.
Автор: kirich
https://www.kirich.blog/stati/informaciya-dlya-nachinayuschih/1184-kak-vybrat-elektronnuyu-nagruzku.html
