Маломощная двухполюсная электронная нагрузка

[Falconist]

Прикупил в Поднебесной платку тестера аккумуляторов. В "голом" виде работает, но куча шнурков, соединяющих её с блочком питания несколько напрягает. Поэтому оформил её вместе с собственным питанием от платки зарядника  для мобилок (которых у меня целая коробка) и нагрузкой.

Идущие в комплекте 5-ваттные керамические резисторы как-то не приглянулись из-за зависимости разрядного тока от остаточного напряжения на тестируемом аккумуляторе. Поэтому сваял простенькую ДВУХПОЛЮСНУЮ электронную нагрузку в виде двухтранзисторного стабилизатора тока (чтобы можно было подключить её просто вместо нагрузочного резистора).

В качестве Q1 поставил 2SD1051, а Q2 - 2SD1944 с коэффициентом усиления более 1000 (НЕ Дарлингтом, а супер-бета!).

К сожалению, её работа меня разочаровала. Нагрузочный ток также существенно зависел от напряжения, хотя и не так выражено, как для резистивной нагрузки. Ниже на графике приведена зависимость ток-напряжение по мере разряда аккумулятора, вставленного в тестер сразу же по окончании разряда предыдущего.

То, что Q2 греется - понятно, но и Q1 был теплым. Поэтому возникло предположение, что такая зависимость обусловлена нагревом последнего. Был заменен на BD137-10 (синий и зеленый графики). Синий график показывает зависимость полностью остывшего Q2, а зеленый - сразу же после замены аккумулятора другим. Как видно, красный и зеленый графики практически совпадают, т.е., влияние нагрева Q1 хоть и имеет место, но от типа транзистора (маломощного или средней мощности) практически не зависит.

Тогда было решено модернизировать схему дальше, путем замены резистора R3 на токостабилизирующий "диод" NSI45020. И вот тут-то возникла непонятка, из-за которой и создана данная тема: при тестировании модернизированной схемы на 6-вольтовом аккумуляторе ток составил немного более 4 А, тогда, как с R3 - 0,88/0,46 А (при разомкнутом/замкнутом переключателе S1). Фактически Q1 перестал регулировать базовое напряжения Q2 . 

1) В чём "косяк"? Принимаются любые предположения.

2) Двухполюсный стабилизатор по приведенной схеме оказался мало эффективным, тогда, как трехполюсный (с подключением R3 не к коллектору Q2, а непосредственно к питающему напряжению) работает вполне удовлетворительно.

3) Даже для трехполюсного стабилизатора следует предпринимать специальные меры для предотвращения нагрева транзистора Q1.

4) Трехполюсное подключение стабилизатора планируется, как только выпадет немного свободного времени и закончится тестирование всех имеющихся в наличии аккумуляторов. 

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Lexter]

18 часов назад, Falconist сказал:

Принимаются любые предположения.

В вашей схеме стабильность тока определяется стабильностью напряжения Б-Э транзистора Q1, а это далеко не стабилитрон. U_БЭ нестабильно не только при изменении температуры, но и при изменении тока, а он меняется при изменении напряжения батареи.

Я бы поставил транзисторы разной полярности, чтобы ток базы Q2 брался из коллектора Q1. Меньше ток - более стабильное U_БЭ и меньше нагрев.

Ещё стабильней можно сделать, если поднять напряжение на резисторе нагрузки R1 R2, вместо Q1 применить дифференциальный каскад с источником опорного напряжения на базе второго транзистора.
Или вообще заменить Q1 на TL431. Тогда резистор нагрузки для тока 0,5А будет 2,495В/0,5A = 5 Ом 2 Вт. При этом и нагрев Q2 будет меньше.

[Реклама]

Реле, разъемы, вентиляторы, корпуса, микросхемы, конденсаторы и много другое!

Скидки до 20% на сайте электронного дискаунтера ТМ Электроникс.

Бесплатная доставка в любую точку России + кэшбэк 15%.

Подробнее

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Falconist]

@Lexter , куда-то Вас не туда понесло. Было бы любопытно глянуть схему стабилизатора тока на 

3 часа назад, Lexter сказал:

транзисторах разной полярности

Лично я такой не встречал.

3 часа назад, Lexter сказал:

заменить Q1 на TL431

 2,5 В вместо 0,7 В? Такое  же напряжение будет и на эмиттерном резисторе.В итоге он должен быть минимум 3-ваттным. И что тогда выигрывается по сравнению с тупо нагрузочным резистором?

Я как раз постарался "переложить" нагрев с резистора на Q2.

[Реклама]

Материалы вебинара «Литиевые аккумуляторы EVE Energy и решения для управления перезаряжаемыми источниками тока»

Опубликованы материалы вебинара Компэл, посвященного литиевым аккумуляторам EVE Energy и решениям для управления перезаряжаемыми источниками тока.

На вебинаре мы представили информацию не только по линейкам аккумуляторной продукции EVE, но и по решениям для управления ею, что поможет рассмотреть эти ХИТ в качестве дополнительной альтернативы для уже выпускающихся изделий. Также рассмотрели нюансы работы с производителем и сервисы, предоставляемые Компэл по данной продукции. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Юный пионер]

Есть TL432 с напряжением 1,24В или TLV431, на них хорошо получается. 

[Реклама]

Комплексные решения с литиевыми батареями EVE для интеллектуальных систем безопасности

Литиевые химические источники тока EVE по своим характеристикам являются идеальным выбором для современных интеллектуальных систем безопасности. EVE разрабатывает литиевые батареи, опираясь на многолетние исследования таких областей применения, как беспроводная связь стандартов Bluetooth, LoRa, Wi-Fi, NB-IoT и ZigBee. Рассмотрим решения для систем безопасности с использованием батарей EVE. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Falconist]

Всё это понятно. Но мне такие советы не требуются. Основной вопрос задан под п. 1).

[Реклама]

Литиевые батарейки и аккумуляторы от мирового лидера  EVE в Компэл

Компания Компэл, официальный дистрибьютор EVE Energy, бренда №1 по производству химических источников тока (ХИТ) в мире, предлагает продукцию EVE как со склада, так и под заказ. Компания EVE широко известна в странах Европы, Америки и Юго-Восточной Азии уже более 20 лет. Недавно EVE была объявлена поставщиком новых аккумуляторных элементов круглого формата для электрических моделей «нового класса» компании BMW.

Продукция EVE предназначена для самого широкого спектра применений – от бытового до промышленного. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Lexter]

1 час назад, Falconist сказал:

Основной вопрос задан под п. 1)

В 27.02.2022 в 12:19, Falconist сказал:

1) В чём "косяк"?

8 часов назад, Lexter сказал:

В вашей схеме стабильность тока определяется стабильностью напряжения Б-Э транзистора Q1, а это далеко не стабилитрон. U_БЭ нестабильно не только при изменении температуры, но и при изменении тока, а он меняется при изменении напряжения батареи.

1 час назад, Falconist сказал:

мне такие советы не требуются.

Тогда вообще не понял, какие требуются...

 

5 часов назад, Falconist сказал:

И что тогда выигрывается по сравнению с тупо нагрузочным резистором?

Стабильность тока.

[Falconist]

Повторяю ещё раз: ПОЧЕМУ с токограничительным "диодом" фактически не работает Q1?

[Lexter]

Напряжение батареи всё равно быть меньше 3В не имеет права, а в коробке какая разница, что греется, - резистор или транзистор. Суммарная мощность-то всё равно такая же. С рассеиванием основной части мощности на резисторе даже проще - ему радиатор не нужен, а на транзисторе радиатор будет меньше.

[Falconist]

Понятно. Благодарю за участие. Эти моменты (что мне надо, а что нет) я порешаю как-нибудь сам.

[Lexter]

6 минут назад, Falconist сказал:

ПОЧЕМУ ТОКООГРАНИЧИТЕЛЬНЫЙ "ДИОД" фактически не ограничивает ток в базу Q2?

Видимо потому что на нём недостаточное напряжение, и работа происходит на начальном наклонном нелинейном участке ВАХ:
 

Хотя нет. У вас же наоборот, ток больше тока ограничения... Другой пробовали? Может тупо пробит?

[Falconist]

Тоже подумал о пробое. Выпаял, поставил другой. Та же картина.

Хотя в светодиодном кольце ток ограничивается на уровне 18 мА. "Диод" - из той же ленточки. 

[Lexter]

Возбуждения нет, смотрели?

[Falconist]

Нет, не смотрел. Было бы самовозбуждение - ток был бы меньше (фактически было бы ШИМ-рование). Да и откуда? Ни индуктивности, ни емкости нет.

[Lexter]

1 минуту назад, Falconist сказал:

ток был бы меньше

Не факт. При возбуждении скважность будет около двойки, и хрен его знает, до какой степени будет открываться в одном полупериоде Q2 и какой там будет ток в импульсе.

[Falconist]

Больше, чем позволит эмиттерный резистор, ток в импульсе не будет.

3 В / 0,68 Ом = 4,4 А. Примерно столько же и измерено реально. При скважности 2 должно было бы быть вдвое меньше. От 4 В я отнял напряжение насыщения, поэтому и поставил в формулу 3 В.

[Lexter]

18 часов назад, Falconist сказал:

3 В / 0,68 Ом = 4,4 А.

U_БЭ Q1 = 3 В? Если так, то Q1 давно сгорел, ток в его коллектор не идёт, весь ток R3 идёт в базу Q2 (примерно 1,2 мА), вот он и открыт. Всё сходится.
Но если Q1 исправен, то мистика...

[Falconist]

30 минут назад, Lexter сказал:

давно сгорел

Ничего подобного. После возвращения на место резистора R3 схема возобновила работу, как и было раньше, до его замены на "диод". Если бы Q1 пробился - тока  бы просто не было, т.к. база Q2 была бы притянута к минусу. Если бы был в обрыве - ток был бы постоянно эти самые более 4 А. 

[Lexter]

Ну, значит этот "диод" - неведомая сложная полупроводниковая структура, такой же "диод", как TL431 - "стабилитрон".

Судя по ВАХ NSI45020, он явно не предназначен для использования при падении на нём менее 3 В. Может нарисовать там нарисовали, но какие в этой области эффекты, никто не исследовал? Если его отдельно, от ЛБП посмотреть, - похоже на то, что в даташите?

[Falconist]

Да нет, банальный полевой транзистор с изолированным затвором ("Б"). 

А схема "Г" удовлетворяет стабильности по всем параметрам, но к сожалению, она не двух- а трехполюсная.

[Lexter]

Может он при малых напряжениях тупо открывается?

[Falconist]

Наскребу время - поисследую более тщательно.

[Lexter]

Да в общем, в данном случае неважно. Всё равно для него больше 3 В в этой схеме взять неоткуда.

[Falconist]

Тут мне в личке z_vip предложил трехтранзисторную схему стабилизатора тока, обладающую достаточной стабильностью при изменении напряжения. Минимальное значение: 

Максимальное значение: 

Разница в стабилиззируемом токе всего 6%. Насчет термостабильности - не знаю, опять же, надо апробировать "в железе".

 

[Lexter]

Переход Б-Э мощного греющегося транзистора (2-3 мВ на ^оС и зависимость от тока коллектора) входит в датчик тока? Примерно та же термостабильность и будет...

Может "токовое зеркало" попробовать? С соотношением токов 1:10 - 1:20. Источник эталонного тока будет на миллиамперы, на полевике напрашивается. А может и NSI45020 как раз пойдёт. На нём в такой схеме под 4 В будет. Заодно резистора в нагрузке не будет... Хотя с резисторами в обоих эмиттерах - стабильнее.

Edited March 1, 2022 by Lexter

[Falconist]

Мысль о токовом зеркале проскакивала, но плотно её не продумывал.