53_56.pdf
(
232 KB
)
Pobierz
Obciążenie aktywne, część 2 - AVT-318
P R O J E K T Y
Obci¹¿enie aktywne
czêæ 2
kit AVT-318
W drugiej czêci artyku³u
przedstawimy wyniki
pomiarów zasilaczy,
dokonanych przy pomocy
uk³adu aktywnego obci¹¿enia
oraz mo¿liwoci rozbudowy
tego urz¹dzenia.
Mo¿liwoci rozbudowy
uk³adu
Uwa¿ni konstruktorzy zauwa¿¹
z pewnoci¹, ¿e parametry wyj-
ciowe aktywnego obci¹¿enia mo¿-
na w prosty sposób zmodyfiko-
waæ, dziêki czemu mo¿na zwiêk-
szyæ np. maksymalny pr¹d obci¹-
¿enia. Najprostszym sposobem
zwiêkszenia wydajnoci ród³a
pr¹dowego jest zmniejszenie war-
toci rezystancji rezystora R11
(rys.3 - EP12/96). Istniej¹ jednak-
¿e ograniczenia maksymalnego
pr¹du obci¹¿enia, z których nale-
¿y sobie zdawaæ sprawê przy
podejmowaniu prób zwiêkszenia
mocy odbieranej przez opisany
w artykule uk³ad. Zagadnienie to
omówimy poni¿ej.
W egzemplarzu modelowym, ja-
ko wyjciowy element mocy za-
stosowany zosta³ tranzystor polo-
wy typu BUZ71. Charakteryzuje
siê on bardzo dobrymi paramet-
rami statycznymi i dynamicznymi
oraz przystêpn¹ cen¹. Obok tych
zalet ma on tak¿e jedn¹, doæ
istotn¹ wadê - jest ni¹ stosunko-
wo niewielki obszar roboczy
SOAR (ang. Safe Operation Area).
Maksymalny pr¹d drenu tego
tranzystora silnie zale¿y od napiê-
cia pomiêdzy drenem i ród³em.
Na
rys.7
przedstawiono wykres
obrazuj¹cy zale¿noæ miêdzy na-
piêciem U
DS
i maksymalnym pr¹-
dem drenu. Podczas eksploatacji
urz¹dzenia warto pamiêtaæ o ko-
niecznoci ograniczenia maksy-
Rys. 7. Obszar SOAR tranzystora
BUZ71.
Rys. 8. Maksymalna moc tracona
w zale¿noci od temperatury
obudowy.
Elektronika Praktyczna 1/97
53
Obci¹¿enie aktywne
Obci¹¿enie aktywne
Rys. 9. Zale¿noæ maksymalnego
pr¹du drenu od temperatury.
Rys. 10. Obszar SOAR tranzystora
BUZ10A.
malnego pr¹du obci¹¿enia tak,
aby nie przekroczyæ obszaru
SOAR pokazanego na rys.7, tzn.
ustaliæ wartoæ pr¹du poni¿ej ci¹g-
³ej linii. Kolejnym ograniczeniem
jest maksymalna moc, jak¹ mo¿na
wydzieliæ w tranzystorze w zale¿-
noci od temperatury obudowy
oraz maksymalny pr¹d drenu, któ-
rego wartoæ jest tak¿e silnie
zale¿na od temperatury. Wykre-
sy tych zale¿noci przedstawiono
na
rys.8
i
rys.9
.
Wbudowany w urz¹dzenie bez-
piecznik termiczny zaprojektowa-
no w taki sposób, aby zapewniæ
bezpieczne warunki pracy tran-
zystora, przy krótkotrwa³ych prze-
ci¹¿eniach termicznych jego struk-
tury. Je¿eli urz¹dzenie bêdzie wy-
korzystywane do d³ugotrwa³ej pra-
cy z pr¹dem powy¿ej 2..3A, to
nale¿y wyposa¿yæ tranzystor
w znacznie wiêkszy, ni¿ w przy-
padku modelu, radiator. Doskona-
³ym rozwi¹zaniem w takim przy-
padku jest zastosowanie kszta³-
tki walcowanej z aluminium,
poniewa¿ sumaryczna powierz-
chnia takiego radiatora, która
oddaje ciep³o do otoczenia, jest
znacznie wiêksza ni¿ w przy-
padku prostych radiatorów wy-
konanych z blachy. W obudo-
wie urz¹dzenia modelowego jest
wystarczaj¹co du¿o miejsca na
zamontowanie radiatora wykona-
nego z kszta³tki.
Je¿eli decydujemy siê na po-
wiêkszenie wartoci pr¹du przyj-
mowanego przez aktywne obci¹-
¿enie, to warto, oprócz wspo-
mnianych powy¿ej zabiegów, za-
stosowaæ jako element wykonaw-
czy nieco inny typ tranzystora.
Jednym z bardziej popularnych na
naszym rynku jest tranzystor mo-
cy BUZ10A. Jest to tranzystor
wykonany w podobnej jak BUZ71
technologii, lecz opracowano go
do stosowania w urz¹dzeniach
nieco wiêkszej mocy. Na
rys.10
przedstawiony zosta³ obszar SOAR
tego tranzystora, a
rys.11
przed-
stawia zale¿noæ pomiêdzy do-
puszczaln¹ moc¹ tracon¹ w struk-
turze tranzystora i temperatur¹
obudowy. Jak wynika z tych wy-
kresów tranzystor BUZ10A jest
nieco lepiej dopasowany do
d³ugotrwa³ej pracy z du¿ymi ob-
ci¹¿eniami, lecz jego mo¿liwo-
ci zostan¹ wykorzystane dopiero
przy d³ugotrwa³ych obci¹¿eniach
pr¹dami o wartociach powy¿ej
5..8A.
Stosowanie w uk³adach du¿ej
mocy tranzystorów z efektem po-
lowym jest bardzo korzystne, gdy¿
maj¹ one bardzo du¿¹ przewagê
nad tranzystorami bipolarnymi -
oprócz tego, ¿e rezystancja w³¹-
czonego kana³u jest zazwyczaj
bardzo ma³a (co ogranicza niepo-
¿¹dane straty mocy), to zjawiska
fizyczne zachodz¹ce w przewodz¹-
cym kanale w³¹czonego tranzysto-
ra powoduj¹ samoistne ogranicze-
nie pr¹du p³yn¹cego przez niego
wraz ze wzrostem jego tempera-
tury. Charakterystykê temperatu-
row¹ rezystancji w³¹czonego ka-
na³u tranzystora BUZ10A przed-
stawia
rys.12
.
W pewnych zastosowaniach
bardzo istotn¹ informacj¹ dla u¿yt-
kownika jest dok³adna wartoæ
pr¹du wp³ywaj¹cego do obci¹¿e-
nia. Najprostsz¹ metod¹ pomiaru
tego pr¹du jest w³¹czenie w sze-
reg z obci¹¿eniem dowolnego am-
peromierza, co jednak nie jest
metod¹ eleganck¹ - znacznie pros-
tszym sposobem jest pomiar spad-
ku napiêcia na rezystorze pomia-
rowym R11 (
rys.13
). Aby odsepa-
Rys. 11. Maksymalna moc tracona
w tranzystorze BUZ10A w zale¿noci
od temperatury.
Rys. 12. Zale¿noæ rezystancji drenu
od temperatury.
54
Elektronika Praktyczna 1/97
Obci¹¿enie aktywne
Rys. 13. Sposób pod³¹czenia miernika pr¹du.
rowaæ obwody wejciowe mierni-
ka od tego rezystora zastosowany
zosta³ prosty wzmacniacz napiê-
ciowy US2D o wspó³czynniku
wzmocnienia równym 3V/V.
Maksymalne napiêcie na wy-
jciu tego wzmacniacza wynosi
2.1V (dla pr¹du obci¹¿enia 7A).
W zale¿noci od typu miernika
zastosowanego w uk³adzie mo¿e
okazaæ siê konieczne zastoso-
wanie precyzyjnego potencjo-
metru, przy pomocy którego
ustalamy wspó³czynnik podzia-
³u napiêcia z wyjcia wzmacnia-
cza. Wartoæ wzmocnienia wzmac-
niacza pomiarowego mo¿na do-
braæ w szerokim zakresie przy
pomocy rezystorów R14 i R13.
Przypomnimy tylko, ¿e wzmoc-
nienie tego wzmacniacza ma war-
toæ równ¹:
k
u
=1+R14/R13
Na p³ytce drukowanej przewi-
dziano punkty lutownicze prze-
znaczone do zasilenia cyfrowego
miernika napiêcia z uk³adem
ICL7106 lub 7107. W ofercie ki-
tów AVT znajduje siê taki gotowy
modu³, który nosi oznaczenie
AVT-1091. Zosta³ on opisany
w EP6/96. Dziêki zastosowaniu
w mierniku wywietlaczy LED od-
czyt wskazañ bêdzie bardzo czy-
telny, co jest doæ istotne w wa-
runkach laboratoryjnych.
Przyk³adowy sposób pod³¹cze-
nia miernika cyfrowego przedsta-
wiono na rys.13.
W czasie wykonywania pomia-
rów nale¿y pamiêtaæ o tym, ¿e
pomiar pr¹du obci¹¿enia w im-
pulsowym trybie pracy daje fa³-
szywe wyniki, co jest spowodo-
wane d³ugim czasem trwania cyk-
lu pomiarowego uk³adu ICL7107.
Je¿eli zale¿y nam na dok³adnym
ustaleniu wartoci pr¹du obci¹¿e-
nia podczas roz³adowywania im-
pulsowego, to trzeba najpierw
wyregulowaæ ród³o pr¹dowe pra-
cuj¹ce statycznie i dopiero wtedy
prze³¹czyæ urz¹dzenie w tryb klu-
czowany.
Rys. 14. Zak³ócenia na wyjciu stabilizatora liniowego
obci¹¿onego impulsowo pr¹dem 1A.
Rys. 16. Zak³ócenia na wyjciu stabilizatora liniowego
obci¹¿onego impulsowo pr¹dem 3A.
Rys. 15. Zak³ócenia na wyjciu stabilizatora
impulsowego obci¹¿onego impulsowo pr¹dem 1A.
Rys. 17. Zak³ócenia na wyjciu stabilizatora
impulsowego obci¹¿onego impulsowym pr¹dem 3A.
Elektronika Praktyczna 1/97
55
Obci¹¿enie aktywne
Przyk³ad zastosowania
aktywnego obci¹¿enia
Jednym z mo¿liwych zastoso-
wañ aktywnego obci¹¿enia jest
testowanie wydajnoci pr¹dowej
oraz charakterystyki odpowiedzi
na impulsowe obci¹¿enie du¿ymi
pr¹dami zasilaczy stosowanych
w domowych i szkolnych labora-
toriach. Do takiego w³anie celu
wykorzystujemy opisany w arty-
kule uk³ad w laboratorium redak-
cyjnym.
Na
rys.14
przedstawiono prze-
bieg na wyjciu zasilacza ze sta-
bilizatorem liniowym (LM350)
o maksymalnej wydajnoci pr¹do-
wej 3A, który zosta³ obci¹¿ony
impulsowo pr¹dem 1A. Jak widaæ
na rysunku amplituda zak³óceñ
wywo³anych prac¹ impulsow¹ wy-
nosi mniej ni¿ 50mV, co mo¿na
przyj¹æ za wartoæ dopuszczaln¹.
Nieco wiêkszy poziom zak³óceñ
pojawia siê na wyjciu stabiliza-
tora impulsowego (L4960) obci¹-
¿onego pr¹dem o wartoci 1A.
Charakter tych zak³óceñ jest ty-
powy dla zasilaczy impulsowych
z modulacj¹ PWM.
Na
rys.16
i
17
przedstawione
zosta³y charakterystyki, odpowied-
nio stabilizatora liniowego i im-
pulsowego, obci¹¿onych pr¹dem
3A. Obydwa stabilizatory pracuj¹
na skraju swojej maksymalnej wy-
dajnoci, co niezbyt korzystnie
odbija siê na przebiegu napiêcia
wyjciowego. W przypadku stabi-
lizatora impulsowego poziom
szumu wynikaj¹cego z charakteru
stabilizacji nie uleg³ zasadniczej
zmianie, wzros³a natomiast am-
plituda (do niemal 200mVpp)
przepiêæ wywo³anych skokowymi
zmianami pr¹du obci¹¿enia.
Pomiary przeprowadzono
w niekorzystnych, z punktu wi-
dzenia stabilizatorów, warunkach
- ró¿nica napiêæ pomiêdzy we-
jciem i wyjciem stabilizatorów
wynosi³a 20V, a aktywne obci¹¿e-
nie do³¹czono do wyjcia zasila-
czy kablami o d³ugoci 2m.
Inn¹ mo¿liwoci¹ zastosowania
aktywnego obci¹¿enia jest inte-
ligentne roz³adowywanie akumu-
latorów stosowanych w kamerach,
komputerach przenonych i innym
sprzêcie powszechnego u¿ytku.
Inteligencja procesu roz³adowy-
wania ogranicza siê co prawda
tylko do ci¹g³ego ledzenia napiê-
cia akumulatora i zapewnienia sta-
³ej wartoci pr¹du roz³adowywa-
nia. Utrzymanie tych parametrów
na zadanym poziomie zapewnia
przed³u¿enie ¿ycia akumulatora.
W przypadku akumulatorów kwa-
sowych, które lubi¹ byæ roz³a-
dowane pr¹dem impulsowym,
mo¿na zastosowaæ impulsowy tryb
pracy obci¹¿enia, co bardzo ko-
rzystnie wp³ywa na trwa³oæ aku-
mulatora, ograniczaj¹c poziom za-
siarczenia p³yt o³owiowych.
Taki sposób roz³adowywania
gwarantuje pe³ne bezpieczeñstwo
akumulatorów, utrzymanie ich pa-
rametrów i ¿ywotnoci na najwy-
¿szym poziomie.
Nie s¹ to oczywicie wszystkie
mo¿liwe zastosowania aktywnego
obci¹¿enia. Dobre cechy u¿ytkowe
tego uk³adu powoduj¹, ¿e mo¿e
on znaleæ zastosowania w labo-
ratoriach domowych i szkolnych.
Piotr Zbysiñski, AVT
Przebiegi prezentowane na
rys.14..17 uzyskano przy pomocy
oscyloskopu HP54603B wspó³pra-
cuj¹cego z programem BenchLink
firmy Hewlett Packard. Przyrz¹d
oraz oprogramowanie udostêpni³a
redakcji firma Malkom.
56
Elektronika Praktyczna 1/97
Plik z chomika:
wilo1981
Inne pliki z tego folderu:
1.pdf
(473 KB)
13_15.pdf
(87 KB)
17_19.pdf
(127 KB)
21_22.pdf
(301 KB)
23_29.pdf
(425 KB)
Inne foldery tego chomika:
02.97
03.97
04.97
05.97
06.97
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin