{"id":188,"date":"2015-07-06T21:56:39","date_gmt":"2015-07-06T19:56:39","guid":{"rendered":"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/?p=188"},"modified":"2016-03-26T21:54:40","modified_gmt":"2016-03-26T20:54:40","slug":"sztuczne-obciazenie-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/sztuczne-obciazenie-2\/","title":{"rendered":"Sztuczne obci\u0105\u017cenie"},"content":{"rendered":"<p><span style=\"text-decoration: underline;\"><strong>Streszczenie<\/strong><\/span>:<\/p>\n<p>W warsztacie ka\u017cdego elektronika, nawet hobbysty, powinno znale\u017a\u0107 si\u0119 urz\u0105dzenie umo\u017cliwiaj\u0105ce przebadanie wyj\u015b\u0107 uk\u0142adu, dla r\u00f3\u017cnych warto\u015bci obci\u0105\u017cenia. Prezentowane uk\u0142ad sztucznego obci\u0105\u017cenia, umo\u017cliwia ustawienie dowolnej (maksymalna warto\u015b\u0107 okre\u015blona jest przez badany uk\u0142ad) warto\u015bci pr\u0105du.<\/p>\n<p><span style=\"text-decoration: underline;\"><strong>Za\u0142o\u017cenia:<\/strong><\/span><\/p>\n<ul>\n<li>Maksymalne napi\u0119cie pracy 30VDC<\/li>\n<li>Maksymalny pr\u0105d obci\u0105\u017cenia 30A<\/li>\n<li>Ma\u0142a obudowa<\/li>\n<li>Zasilanie zewn\u0119trzne<\/li>\n<li>Regulacja zgrubna i dok\u0142adna pr\u0105du<\/li>\n<li>Miernik elektroniczny panelowy<\/li>\n<\/ul>\n<div id=\"attachment_198\" style=\"width: 160px\" class=\"wp-caption alignnone\"><a href=\"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/sztuczne_obciazenie_2.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-198\" class=\"size-thumbnail wp-image-198\" src=\"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/sztuczne_obciazenie_2-150x150.jpg\" alt=\"Sztuczne obci\u0105\u017cenie\" width=\"150\" height=\"150\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-198\" class=\"wp-caption-text\">Sztuczne obci\u0105\u017cenie<\/p><\/div>\n<p><span style=\"text-decoration: underline;\"><strong>Zasada dzia\u0142ania:<\/strong><\/span><\/p>\n<p>Uk\u0142ad sztucznego obci\u0105\u017cenia posiada ma\u0142o element\u00f3w w stosunku do jego u\u017cyteczno\u015bci. Sercem urz\u0105dzenia jest wzmacniacz operacyjny (LM358N) pracuj\u0105cy w uk\u0142adzie komparatora napi\u0119\u0107. Zadawanie pr\u0105du obci\u0105\u017cenia nast\u0119puje przy u\u017cyciu dw\u00f3ch potencjometr\u00f3w \u2013 jeden s\u0142u\u017cy do ustawiania warto\u015bci dok\u0142adnej, drugi do zgrubnej. Sygna\u0142 (warto\u015b\u0107 napi\u0119cia ustawiona przy pomocy potencjometr\u00f3w) jest por\u00f3wnywana z napi\u0119ciem kt\u00f3re wyst\u0119puje na rezystorze mocy o warto\u015bci 0,1 \u03a9. Wynik por\u00f3wnania jest przekazywany na wyj\u015bcie wzmacniacza operacyjnego.<br \/>\nWzmacniacz ten steruje poprzez uk\u0142ad dw\u00f3ch tranzystor\u00f3w bipolarnych npn oraz pnp tranzystorem wykonawczym MOSFET typu N. Tranzystory bipolarne zosta\u0142y zastosowane w celu szybkiego prze\u0142adowania bramki tranzystora polowego.<\/p>\n<p><span style=\"text-decoration: underline;\"><strong>Dob\u00f3r niezb\u0119dnych element\u00f3w:<\/strong><\/span><\/p>\n<p><span style=\"text-decoration: underline;\">Tranzystor polowy MOSFET z kana\u0142em typu N:<\/span><\/p>\n<div id=\"attachment_190\" style=\"width: 160px\" class=\"wp-caption alignnone\"><a href=\"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/charakterystyka_soa_irf3205.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-190\" class=\"size-thumbnail wp-image-190\" src=\"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/charakterystyka_soa_irf3205-150x150.png\" alt=\"SOA dla IRF3205\" width=\"150\" height=\"150\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-190\" class=\"wp-caption-text\">SOA dla IRF3205<\/p><\/div>\n<p>Podczas doboru tranzystora nale\u017cy zwr\u00f3ci\u0107 szczeg\u00f3ln\u0105 uwag\u0119 na charakterystyk\u0119 <strong>SOA<\/strong> (<em>Safe Operating Rate<\/em>) aby maksymalne parametry (pr\u0105d oraz napi\u0119cia) pracy uk\u0142adu nie przekroczy\u0142y \u201ebezpiecznego\u201d obszaru tranzystora.<br \/>\nZastosowany tranzystor MOSFET o kanale typu N posiada oznaczenie <em>IRF3205<\/em>. Najwa\u017cniejsze jego parametry to <strong>Vds = 55V<\/strong>, <strong>Id =110A<\/strong>, <strong>P = 200W<\/strong>.<br \/>\nWarto\u015b\u0107 pr\u0105du wskazywa\u0142aby na to, \u017ce wykonane sztuczne obci\u0105\u017cenie mog\u0142oby obci\u0105\u017cy\u0107 uk\u0142ad pr\u0105dem o warto\u015bci 110A. Natomiast tak nie jest! Nale\u017cy zwr\u00f3ci\u0107 uwag\u0119 na kolejny parametr, a jest nim moc <strong>P<\/strong> <em>(power dissipation<\/em> &#8211; straty mocy). Przy 110A napi\u0119cie jakie mog\u0142oby panowa\u0107 w badanym uk\u0142adzie wynosi\u0142oby nieca\u0142e 1,8V. Druga sprawa to odprowadzenie 200W w postaci ciep\u0142a, kt\u00f3ra wydzieli si\u0119 na obudowie TO-220 tranzystora MOSFET.<br \/>\nBior\u0105c pod uwag\u0119, \u017ce w obudowie LM358 znajduj\u0105 si\u0119 dwa wzmacniacze operacyjne, postanowi\u0142em wykorzysta\u0107 je do sterowania dwoma tranzystorami, dzi\u0119ki czemu uzyska\u0142em podzielenie mocy na dwa uk\u0142ady <em>IRF3205<\/em>.<br \/>\nAby m\u00f3c obci\u0105\u017cy\u0107 badany uk\u0142ad pr\u0105dem o warto\u015bci 30A przy 12V (za\u0142o\u017cy\u0142em 12V z tego wzgl\u0119du, \u017ceby m\u00f3c testowa\u0107 sterowniki o\u015bwietlenia LED, i inne uk\u0142ady kt\u00f3re s\u0105 na napi\u0119cie oko\u0142o 12V ) moc jaka wydzieli si\u0119 na tranzystorach b\u0119dzie mia\u0142a warto\u015b\u0107 360W. Czyli na jeden tranzystor przypadnie 180W (15A przy 12V dla jednego tranzystora).<\/p>\n<p><span style=\"text-decoration: underline;\">Rezystor mocy:<\/span><\/p>\n<p>Zastosowane rezystory mocy powinny by\u0107 na moc 5W b\u0105d\u017a wi\u0119ksz\u0105. Najlepiej z metalow\u0105 obudow\u0105. Zastosowany zosta\u0142 rezystor o warto\u015bci 0.1\u00a0\u03a9 \u2013 w sumie dwa, po jednym na ka\u017cdy tranzystor MOSFET \u2013 o mocy 25W (z metalow\u0105 obudow\u0105). Zosta\u0142 on przykr\u0119cony do radiatora w celu zwi\u0119kszenia skuteczno\u015bci oddawania ciep\u0142a.<br \/>\nPrzy za\u0142o\u017ceniu, \u017ce obci\u0105\u017cenie b\u0119dzie wynosi\u0142o 30A to dla jednego rezystora (pr\u0105d dla jednego b\u0119dzie wynosi\u0142 15A) moc kt\u00f3ra si\u0119 na nim wydzieli wyniesie:<br \/>\n<strong>P=I*I*R=15*15*0.1 = 22,5W<\/strong><\/p>\n<p>Spadek napi\u0119cia jaki wyst\u0105pi na rezystorze przy maksymalnym obci\u0105\u017ceniu (warto\u015b\u0107 tego napi\u0119cia b\u0119dzie potrzebna do obliczenia warto\u015bci dzielnika napi\u0119ciowego w uk\u0142adzie komparatora):<br \/>\n<strong>U=I*R=15*0.1=1.5V,<\/strong><br \/>\nreszta napi\u0119cia wyst\u0105pi na tranzystorze MOSFET.<\/p>\n<p>Aby zwi\u0119kszy\u0107 moc dla rezystor\u00f3w, mo\u017cna je \u0142\u0105czy\u0107 szeregowo i r\u00f3wnolegle, tak aby zwi\u0119kszy\u0107 mo\u017cliw\u0105 wydzielana moc na rezystorach.<\/p>\n<p><span style=\"text-decoration: underline;\">Potencjometry<\/span>:<\/p>\n<p>Na jedno z wej\u015b\u0107 wzmacniacza podawane jest napi\u0119cie z dzielnika napi\u0119\u0107, w kt\u00f3rego sk\u0142ad wchodzi rezystor oraz dwa potencjometry. Odpowiednie dobranie poszczeg\u00f3lnych warto\u015bci rezystancji umo\u017cliwia okre\u015blenie g\u00f3rnej warto\u015bci pr\u0105du, oraz dok\u0142adno\u015b\u0107 ustawiana \u017c\u0105danego pr\u0105du.<\/p>\n<p>Maksymalne napi\u0119cie na potencjometrach mo\u017ce wynie\u015b\u0107 oko\u0142o 1,5V (z zapasem &#8211; napi\u0119cie to odpowiada pr\u0105dowi w obwodzie o warto\u015bci 15A) Przy zasilaniu dzielnika napi\u0119cia z 5V i przy rezystorze pomocniczym 15k\u00a0\u03a9 i przy potencjometrach o warto\u015bci 7k\u00a0\u03a9 otrzymamy maksymalne napi\u0119cie o warto\u015bci 1,59V. Warto\u015b\u0107 ta odpowiada pr\u0105dowi oko\u0142o 16A p\u0142yn\u0105cemu przez rezystor. W uk\u0142adzie zosta\u0142y zastosowane dwa rezystory \u2013 do regulacji zgrubnej (5k \u03a9) oraz do regulacji dok\u0142adnej (2k \u03a9). Maksymalna warto\u015b\u0107 napi\u0119cia przy potencjometrze ustawionym na 2k\u00a0\u03a9 wyniesie 0,59 V co odpowiada 5,9A.<\/p>\n<p><span style=\"text-decoration: underline;\"><strong>Budowa uk\u0142adu:<\/strong><\/span><\/p>\n<div id=\"attachment_189\" style=\"width: 160px\" class=\"wp-caption alignnone\"><a href=\"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/schemat_sztucznego_obciazenia.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-189\" class=\"size-thumbnail wp-image-189\" src=\"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/schemat_sztucznego_obciazenia-150x150.png\" alt=\"Schemat ideowy sztucznego obci\u0105\u017cenia\" width=\"150\" height=\"150\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-189\" class=\"wp-caption-text\">Schemat ideowy sztucznego obci\u0105\u017cenia<\/p><\/div>\n<p><span style=\"text-decoration: underline;\"><strong>Obs\u0142uga<\/strong><\/span>:<\/p>\n<p>Po zmontowaniu, urz\u0105dzenie jest od razu gotowe do u\u017cycia. Obs\u0142uga sztucznego obci\u0105\u017cenia jest do\u015b\u0107 prosta. Badany uk\u0142ad pod\u0142\u0105czamy z zachowaniem polaryzacji, tzn. plus do plusa, minus do minusa. Za\u0142\u0105czamy badany uk\u0142ad oraz sztuczne obci\u0105\u017cenie. Potencjometrami ustawiamy \u017c\u0105dan\u0105 warto\u015b\u0107 pr\u0105du. Maksymalna warto\u015b\u0107 pr\u0105du nie powinna by\u0107 wi\u0119ksza od warto\u015bci obliczonej z nast\u0119puj\u0105cego r\u00f3wnania:<br \/>\n<strong> I=300\/Uin<\/strong><br \/>\ngdzie <strong>Uin<\/strong> \u2013 napi\u0119cie wej\u015bciowe (napi\u0119cie jakie wyst\u0119puje na zaciskach badanego uk\u0142adu).<\/p>\n<p>Przyk\u0142adowe g\u00f3rne warto\u015bci pr\u0105d\u00f3w dla okre\u015blonych napi\u0119\u0107:<br \/>\nU=<strong>6V<\/strong> -&gt; I=<strong>50A<\/strong><br \/>\nU=<strong>12V<\/strong> -&gt; I=<strong>25A<\/strong><br \/>\nU=<strong>24V<\/strong> -&gt; I=<strong>12,5A<\/strong><\/p>\n<p><span style=\"text-decoration: underline;\"><strong>Podsumowanie:<\/strong><\/span><\/p>\n<p>Urz\u0105dzenie kt\u00f3re zosta\u0142o wykonane umo\u017cliwia obci\u0105\u017cenie badanego uk\u0142adu do <strong>50A<\/strong> (przy <strong>6V<\/strong>). Maksymalne napi\u0119cie wej\u015bciowe to <strong>40V<\/strong>, natomiast maksymalna moc wynosi <strong>300W<\/strong>. Por\u00f3wnuj\u0105 powy\u017csze parametry z za\u0142o\u017ceniami, mo\u017cna stwierdzi\u0107, \u017ce wykonany uk\u0142ad sztucznego obci\u0105\u017cenia spe\u0142nia, a nawet zwi\u0119kszy\u0142 warto\u015bci przedstawione w za\u0142o\u017ceniach.<\/p>\n<p><span style=\"text-decoration: underline;\">Korekta oblicze\u0144 dla rezystora mocy:<\/span><\/p>\n<p>Z racji tej, \u017ce uk\u0142ad mo\u017ce pracowa\u0107 z wi\u0119kszymi parametrami ni\u017c zosta\u0142y przyj\u0119te w za\u0142o\u017ceniach, przedstawiam poni\u017cej korekt\u0119 oblicze\u0144, dla:<\/p>\n<ul>\n<li>Maksymalnej mocy jaka wydzieli si\u0119 na pojedynczy rezystorze:<\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>P=I*I*R=25*25*0.1 = 62,5W<\/strong><br \/>\n(zastosowany radiator umo\u017cliwia rozproszenie wi\u0119kszej ilo\u015bci ciep\u0142a; maksymalna warto\u015b\u0107 pr\u0105du mo\u017ce by\u0107 utrzymywana przez kr\u00f3tki okres czasu, d\u0142u\u017csze utrzymywanie \u2013 ponad 30s \u2013 mo\u017ce spowodowa\u0107 przegrzanie si\u0119 uk\u0142adu, a w ko\u0144cowym efekcie uszkodzenie go)<\/p>\n<ul>\n<li>Spadku napi\u0119cia na rezystorze przy maksymalnym obci\u0105\u017ceniu:<\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>U=I*R=25*0.1=2.5V,<\/strong><\/p>\n<ul>\n<li>Warto\u015bci rezystancji dzielnika napi\u0119cia.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Rezystor pomocniczy posiada warto\u015b\u0107 <strong>6,8k \u03a9<\/strong>, natomiast potencjometry<strong> 7k\u00a0\u03a9<\/strong> (tak jak we wcze\u015bniejszej wersji). Dla potencjometru o warto\u015bci rezystancji 2k \u03a9, maksymalne napi\u0119cie w dzielniku wyniesie 1,14V co odpowiada 11,4A<\/p>\n<p>Jak mo\u017cna zauwa\u017cy\u0107 z powy\u017cszych oblicze\u0144 \u2013 im wi\u0119kszy zakres obci\u0105\u017cenia tym mniejsza dok\u0142adno\u015b\u0107 ustawianego pr\u0105du.<br \/>\nOdpowiednie dobranie dzielnika napi\u0119ciowego umo\u017cliwia dodatkowo zabezpieczenie ca\u0142ego uk\u0142adu, przed zbyt du\u017cym ustawieniem pr\u0105du obci\u0105\u017cenia.<\/p>\n<p>Zostanie wykonany jeszcze jedno sztuczne obci\u0105\u017cenia, ale dla ma\u0142ych warto\u015bci pr\u0105du \u2013 do oko\u0142o 3A z mo\u017cliwo\u015bci\u0105 regulacji co 10mA. Umo\u017cliwi to testowanie ma\u0142ych uk\u0142ad\u00f3w, do kt\u00f3rych b\u0119d\u0105 pod\u0142\u0105czane odbiory o stosunkowo niewielkim poborze pr\u0105du.<\/p>\n<p>W przysz\u0142o\u015bci zostanie zastosowany uC do sterowania ca\u0142ego urz\u0105dzenia z funkcj\u0105 zabezpieczenia (pomiar napi\u0119cia wej\u015bciowego co b\u0119dzie umo\u017cliwia\u0142o dynamiczn\u0105 zmian\u0119 maksymalnej warto\u015bci pr\u0105du obci\u0105\u017canego uk\u0142adu \u2013 urz\u0105dzenie samo dobierze warto\u015b\u0107 graniczn\u0105 pr\u0105du).<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<div id=\"attachment_197\" style=\"width: 160px\" class=\"wp-caption alignleft\"><a href=\"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/sztuczne_obciazenie_1.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-197\" class=\"size-thumbnail wp-image-197\" src=\"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/sztuczne_obciazenie_1-150x150.jpg\" alt=\"Sztuczne obci\u0105\u017cenie - prz\u00f3d\" width=\"150\" height=\"150\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-197\" class=\"wp-caption-text\">Sztuczne obci\u0105\u017cenie &#8211; prz\u00f3d<\/p><\/div>\n<div id=\"attachment_196\" style=\"width: 160px\" class=\"wp-caption alignleft\"><a href=\"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/sztuczne_obciazenie_3.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-196\" class=\"size-thumbnail wp-image-196\" src=\"http:\/\/www.daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/sztuczne_obciazenie_3-150x150.jpg\" alt=\"Sztuczne obci\u0105\u017cenie - ty\u0142 i bok\" width=\"150\" height=\"150\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-196\" class=\"wp-caption-text\">Sztuczne obci\u0105\u017cenie &#8211; ty\u0142 i bok<\/p><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Streszczenie: W warsztacie ka\u017cdego elektronika, nawet hobbysty, powinno znale\u017a\u0107 si\u0119 urz\u0105dzenie umo\u017cliwiaj\u0105ce przebadanie wyj\u015b\u0107 uk\u0142adu, dla r\u00f3\u017cnych warto\u015bci obci\u0105\u017cenia. Prezentowane uk\u0142ad sztucznego obci\u0105\u017cenia, umo\u017cliwia ustawienie dowolnej (maksymalna warto\u015b\u0107 okre\u015blona jest przez badany uk\u0142ad) warto\u015bci pr\u0105du. Za\u0142o\u017cenia: Maksymalne napi\u0119cie pracy 30VDC&#8230;<br \/><a class=\"read-more-button\" href=\"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/sztuczne-obciazenie-2\/\">Wi\u0119cej<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":195,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"jetpack_post_was_ever_published":false,"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[5,24],"tags":[25,19,20],"views":4073,"jetpack_sharing_enabled":true,"jetpack_featured_media_url":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-content\/uploads\/2015\/07\/sztuczne_obciazenie_2a.jpg","jetpack_shortlink":"https:\/\/wp.me\/pcPgV3-32","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/188"}],"collection":[{"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=188"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/188\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":496,"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/188\/revisions\/496"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/media\/195"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=188"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=188"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/daniel.slask.pl\/m\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=188"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}