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. 

[Adver]

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН (Экспресс изготовление за 24 часа!)

Сборка высококачественных печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотрщик Gerber-файлов от PCBWay!

Новые услуги: 3D-печать и обработка с ЧПУ

Студенческое спонсорство

[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.

[Adver]

$0 за 1-4 слойные печатные платы, полный цикл сборки печатных плат под ключ

Бесплатное ПО для анализа печатных плат NextDFM. Незаменимый помощник для разработчиков PCB!

[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.

[Adver]

LIR-20 – модуль резервирования питания от MORNSUN
Компания MORNSUN расширила линейку продукции, монтируемой на DIN-рейку, выпустив модуль резервирования питания LIR-20 с максимальным током до 20 А на канал. Модуль можно использовать на шинах с напряжением 24 или 48 В (полный диапазон напряжения 22…60 В). Данный модуль применяется в системах, где даже выход из строя источника питания (ИП) не должен привести к потере напряжения. К модулю резервирования подключаются два источника питания, причем один из них может быть бесперебойным (ИБП; UPS), и нагрузка.

Читать подробнее >>

[Юный пионер]

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

[Adver]

LED-драйверы MEAN WELL – выбор больше, стоимость ниже

Компэл расширил и существенно пополнил склад LED-драйверами компании MEAN WELL, одновременно снизив цену на них. В настоящий момент на складе представлена широкая линейка продукции для наружного (семейства HLG, ELG, XLG, LPC, LPV), и для внутреннего (APC, LCM, SLD, APV) освещения.

Имеется большой выбор моделей с различными режимами стабилизации выходных параметров. Кроме того, есть в наличии и линейка DC/DC-драйверов, как понижающих (семейство LDD), так и повышающих (семейство LDH).

Подробнее>>

[Falconist]

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

[Adver]

Популярные модели литиевых батареек FANSO EVE Energy готовы к отправке
На складе КОМПЭЛ уже готовы к поставке одни из самых востребованных литиевых батареек типов ER и CR производства FANSO EVE Energy – одного из мировых лидеров на рынке первичных литиевых элементов питания.
Данные источники тока получили широкое применение в различных областях, будь то системы безопасности, приборы учета или мелкая бытовая техника. 

Подробнее о применениях>>
 

[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.

[Adver]

Источники питания MEAN WELL для медицинских устройств на складе Компэл

Компэл расширяет складскую программу по специальным ИП для применения в медицинских приборах и устройствах. Представлены ИП в диапазоне мощности от 5 до 500 Вт, по медицинскому стандарту EN60601-1 с двумя мерами защиты пациента (2хMOPP; тип BF) для устройств, контактирующих с пациентом.  Все эти надежные источники питания могут применяться не только в медицинских устройствах.

Подробнее>>

[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 by Lexter

[Falconist]

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