Активная нагрузка это устройство, которое пригодится в мастерской любого радиоэлектронщика. Она помогает тестировать схемы БП, ЗУ и другие подобные, чтоб выяснить обеспечивает ли устройство достаточную мощность. Отличительной особенностью представленного тут устройства является возможность его программирования – уровень нагрузки устанавливается с компьютера, с помощью специальной программы.
Блок-схема показана на рисунке. Основа – микроконтроллер с преобразователем ЦАП. Выход ЦАП подключен к операционному усилителю, который управляет затвором N-МОП транзистора. Обратная связь – это напряжение, приложенное к измерительному резистору, пропорциональное силе тока, потребляемого от тестируемой схемы питания. Микроконтроллер связывается с компьютером через последовательный интерфейс UART, который затем преобразуется в стандарт USB с помощью интегральной микросхемы.
- Ток нагрузки регулируется в диапазоне 0,05 – 1 А с шагом 0,05 А,
- максимальное напряжение исследуемого источника: 24 В,
- питание и управление через USB и ПК.
Электрическая схема активной нагрузки
Схема принципиальная показана на рисунке ниже. Микроконтроллер U2 – EFM32TG110 от Silicon Labs, имеет встроенный преобразователь ЦАП. Микросхема U1 представляет собой сдвоенный операционный усилитель, U1A работает в конфигурации повторителя напряжения, а U1B как неинвертирующий усилитель. Он контролирует степень открытия транзистора Q1, который напрямую определяет ток потребляемый от источника питания. Измерительный резистор R11 обеспечивает обратную связь с усилителем U1B. Исследуемый блок питания подключается к разъемам J3 и J1 (земля). U3 – это преобразователь UART-USB, а J4 – разъем USB.
На рисунке показан пользовательский интерфейс, подготовленный специально для этого проекта. В верхнем левом квадранте введите номер последовательного порта, к которому подключено устройство, и скорость передачи (по умолчанию 19200 кбит / с). В правом верхнем квадранте находится поле для ввода ожидаемой силы тока (разрешение 10 мА) и кнопки включения и выключения нагрузки. Внизу окна находится терминал последовательного порта, который отображает ответы, полученные от микроконтроллера. Терминал также можно использовать самостоятельно – для связи с другими устройствами. Вид окна программы управляющего устройства:
Спроектированная печатная плата представлена на рисунке, её размеры 3 х 5 см. Дорожки идут с двух сторон, детали только на верхнем слое. Коммуникационный разъем размещен так, что его можно напрямую подключить к USB-порту компьютера.
Функциональные тесты нагрузки
Для проверки правильности работы схемы были произведены следующие измерения:
- изменение тока нагрузки при постоянном напряжении тестируемого источника питания. На рисунке показаны результаты
- измерения для испытанного напряжения 3,3 В и тока нагрузки, измененного с 0,05 А до 1 А с шагом 0,05 А.
- изменение напряжения тестируемой схемы питания при постоянном токе нагрузки.
На рисунке показаны результаты измерений для тока нагрузки 200 мА и напряжения, изменяющегося от 1 В до 10 В с шагом 0,1 В.
На обеих осциллограммах напряжение отмечено желтым (2 В на деление), а ток – зеленым (0,2 А на деление). Схема ведет себя так, как и ожидалось – ток поддерживается на одном уровне независимо от напряжения питания.
