53_56.pdf

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

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.

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

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.

Elektronika Praktyczna 1/97

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: