EDN
В этой статье представлена схема прецизионной активной нагрузки с автономным питанием, улучшенная по сравнению с ранее опубликованной схемой [1]. К дополнительным возможностям относятся более широкий диапазон рабочих напряжений от 2 до 50 В или выше и несколько гибких режимов установки тока. В схеме на Рисунке 1 использована микросхема LM10 компании Texas Instruments, хорошо подходящая для этого приложения. Секция опорного источника микросхемы (IC1A) вырабатывает точное напряжение 1.2 В (VS). Часть напряжения VS с резистивного делителя R1 и R2 подается на усилитель опорного напряжения, к выходу которого подключен шунтовой регулятор на транзисторе Q1.
 |
||
| Рисунок 1. | Эта универсальная точная схема нагрузки отдает постоянный ток или имитирует мощный переменный резистор. |
|
Транзистор Q3 работает как зеркало коллекторного тока транзистора Q2 и обеспечивает питанием шунтовой регулятор Q1. Резисторы R9 и R7 задают соотношение токов токового зеркала, а ток через резистор R9 зависит от тока, идущего чрез резистор R6, который устанавливается напряжением VS. В результате транзистор Q3, отражающий ток коллектора Q2, обеспечивает питанием шунтовой регулятор. VS устанавливает R6, который определяет ток через R9. Таким образом, секция опорного источника LM10 регулирует как собственное напряжение источника питания, так и ток, создаваемый Q3.
После включения питания транзисторы Q2, Q3 и Q4 закрыты. Через резистор R10 проходит небольшой пусковой ток, который усиливается транзистором Q3, чтобы запустить процесс отражения тока. При достаточном токе, идущем через R7, Q4 насыщается, и затем резисторы R9 и R7 устанавливают соотношение токов зеркала. Мощный каскад активной нагрузки образован секцией операционного усилителя микросхемы LM10 (IC1B) и питает транзисторы Q6 и Q8. 10-оборотный прецизионный потенциометр P1 и переключатель выбора диапазонов S1 задают ток нагрузки следующим образом:
В диапазоне A ток нагрузки изменяется на 1 А на один оборот P1, то есть, при P1, вывернутом до упора по часовой стрелке, максимальный ток равен 10 А. В диапазоне B ток нагрузки изменяется на 100 мА на один оборот P1, то есть, при P1, вывернутом до упора по часовой стрелке, максимальный ток равен 1 А. В диапазоне C ток нагрузки задается внешним источником напряжения, подключенным к резистору R13, и изменяется на 1 А на вольт при P1, полностью вывернутом по часовой стрелке. Для проверки переходных характеристик источника питания внешним входом можно управлять с помощью функционального генератора. В диапазоне D схема активной нагрузки имитирует мощный переменный резистор с током нагрузки, пропорциональным напряжению на клеммах нагрузки. Эквивалентное сопротивление меняется с вращением P1, то есть
где
RLOAD – эквивалентное сопротивление нагрузки,
NTURNS – число оборотов P1.
Диапазон E аналогичен D с сопротивлением 10 Ом/NTURNS.
Для калибровки схемы подключите ее к подходящему источнику питания с напряжением от 2 до 50 В. Сначала поверните P1 на один оборот, то есть, на одну десятую от полной шкалы, а S1 переключите в диапазон B. Резистором R17 установите выходной ток 100 мА. Затем до упора поверните P1 по часовой стрелке, и вращая R20, установите выходной ток равным 1 А. Последовательно повторите эти две регулировки, поскольку они слегка влияют друг на друга. Проходящий через Q3 выходной ток IC1 устанавливает минимальный ток схемы активной нагрузки на уровне чуть меньше 1 мА.
Поскольку схема работает при напряжении от 2 до 50 В, она подходит для тестирования низковольтных выходов блока питания ПК. Выбрав подходящие транзисторы Q2, Q3 и Q5 … Q8, можно увеличить максимальное напряжение, так как стабилизированное напряжение питания микросхемы LM10 не связано с внешним напряжением. Обратите внимание, что при рассеивании большой мощности для поддержания безопасных температур переходов транзисторам Q6 и Q8 требуется соответствующее охлаждение.
Ссылки
- Toffoli, Tommaso, "Self-powered dummy load checks out multiple power supplies," Electronic Design, April 17, 2000, pg 118.
