- Как выбрать электронную нагрузку
- Электронная нагрузка: на что обратить внимание
- Собираем электронную нагрузку своими руками
- Нагрузка из нескольких компонентов
- Заготовки с электроникой и системой охлаждения
- Электронная нагрузка на микроконтроллере
- Тестируем аккумуляторы
- Универсальные функциональные нагрузки
- ZKETECH: стабильность и большой функционал
- Нагружаем блоки питания
- Программируемые нагрузки
- Лабораторные электронные нагрузки
- Подведём итоги
Как выбрать электронную нагрузку
Раньше для того чтобы проверить, например, блок питания под нагрузкой, использовали простейшие решения: резисторы или лампочки. Но с распространением мощных полупроводниковых компонентов, а также появлением не менее мощных источников питания стало возможным сделать этот процесс удобнее, применив электронный эквивалент нагрузки.
В этой статье мы расскажем о типах электронных нагрузок и их основных режимах работы. Постараемся сориентировать, на какие основные рабочие характеристики нагрузок стоит обратить внимание.
| Время чтения: 27 минут |
 Автор статьи — Андрей Кириченко |
Электронная нагрузка: на что обратить внимание
Функция нагрузки – электронной или с мощными резисторами – переводить отбираемую от источника энергию в тепло, поэтому большую часть у них занимает силовой узел с системой охлаждения. Исключение составляют электронные нагрузки с функцией рекуперации, возвращающие до 95% энергии обратно в сеть, но они дороги и встречаются редко.
Все остальное уже влияет только на точность измерения и сервисные возможности. Поэтому первое, что вы увидите при осмотре — это большой радиатор и вентиляторы.
Соответственно при выборе нагрузки надо отталкиваться от следующих критериев:
- Бюджет: производительные нагрузки дорого стоят.
- Требуемые параметры. Как правило, это мощность, ток и напряжение.
- Наличие четырехпроводного подключения, важно для работ с большими токами.
- Подключение к компьютеру для построения графиков и управления.
- Функциональные возможности, как при автономной работе, так и при работе с компьютером.
- Точность измерения и установки параметров. В некоторых ситуациях пониженная точность никак не сказывается на тестах, поэтому здесь можно сэкономить.
Если при выборе характеристик все понятно и логично, то насчет максимального напряжения стоит сказать отдельно. Общая цепь измерения включает в себя провода, разъемы, токоизмерительные шунты и силовой узел. При этом минимальное падение на транзисторах зависит от того, на какое напряжение они рассчитаны и, купив нагрузку рассчитанную на большое напряжение «с запасом», можно попасть в ситуацию, когда она не сможет создать заявленный ток при малом напряжении.
Пример — тестирование аккумуляторов, особенно LiFePO4 и LTO, где напряжение может быть меньше чем 2 вольта и, если в начале ток будет равен установленному, то к концу разряда он будет падать. Это проявляется при комбинации максимального тока нагрузки и минимального напряжения источника.
Простые электронные нагрузки работают в режиме генератора тока, то есть они стабилизируют ток в цепи подключенного к ним источника, но это не подходит для тестирования источников, которые сами являются генераторами тока, например зарядных устройств. Для упрощенного понимания можно сказать, что источник напряжения (блок питания, аккумулятор) нагружают стабилизатором тока, а источник тока (зарядное устройство) соответственно стабилизатором напряжения, в противном случае они будут конфликтовать.
На самом деле, режимов больше двух, но основных четыре:
CC или Constant Current – стабилизация тока.
CV или Constant Voltage – стабилизация напряжения, нагрузка не дает напряжению подняться выше установленного значения путем увеличения тока.
CP (CW) или Constant Power – стабилизация мощности, устройство варьирует ток так, чтобы потреблялась установленная мощность.
CR или Constant Resistance – стабильное сопротивление, автоматическое изменение тока нагрузки в зависимости от входного напряжения.
Графические изображения режимов работы электронных нагрузок.
Кроме того, если для резистора или лампочки род тока не имеет значения, то электронные нагрузки делятся на два класса — постоянного и переменного тока.
И, конечно, нагрузки различают по сервисным функциям: самые простые, с обычным ампервольтметром; более сложные, c микроконтроллером, умеющие считать прошедшую через них емкость; модели с подключением к компьютеру; программируемые электронные нагрузки, для которых задается алгоритм работы, эмуляция нагрузки с пульсирующим током, комбинации режимов, функции анализа и пр.
Чаще всего силовой узел строится на базе полевых транзисторов. Управлять ими несложно, но важнее то, что они нагружают источники почти от нулевого напряжения. Существуют также электронные нагрузки на биполярных транзисторах, которые лучше работают в линейном режиме. И третий вариант — IGBT транзисторы. Применяются там, где нужна большая мощность.
Собираем электронную нагрузку своими руками
Нагрузка из нескольких компонентов
Простейшую электронную нагрузку, работающую в режиме CC (как, впрочем, и CV) можно сделать самому из нескольких компонентов: операционного усилителя, транзистора и пары резисторов. Она конечно, будет иметь недостатки, но будет работать.
Схема простейшей электронной нагрузки из операционного усилителя, транзистора и двух резисторов.
Переменным резистором задаем ток, а постоянный используется в качестве измерительного.
Для повышения стабильности работы схему придется усложнить, но все равно она будет доступна для повторения начинающему радиолюбителю. На рисунке ниже расположена схема электронной нагрузки.
Добавление в цепь дополнительных резисторов и конденсатора сделает нагрузку более стабильной.
Такой же вариант существует и в готовом виде. Он нагружает током до 10 А источники с напряжением до 100 В и с мощностью до 75 Вт. Для подобной платы потребуется докупить только радиатор, маломощный блок питания и переменный резистор для регулировки тока.
Компоненты для создания простейшей электронной нагрузки.
Но у показанных выше вариантов схем есть недостатки: малая мощность, а если собирать самому, то придётся искать и покупать отдельные компоненты, изготавливать печатную плату и т.д. Поэтому для начинающего радиолюбителя подойдёт набор комплектующих для сборки электронной нагрузки на ОУ lm324 в который входит все, что нужно.
 |  |
Силовые модули Sousim работают в режимах CC и CV и имеют в конструкции микроконтроллер.
Вариант нагрузки с мощностью 300 Вт, током 40 А и напряжением до 150 В, режимами CC и CV (при половинной мощности) и измерением емкости аккумуляторов.Тестируем аккумуляторы
Если вы не занимаетесь ремонтом блоков питания, но иногда требуется измерить емкость аккумулятора, то есть более узкоспециализированные платы. Они работают, как и обычная электронная нагрузка, но гораздо больше подходят для теста батарей. В этом случае аккумулятор сначала заряжается любым подходящим зарядным устройством, а затем разряжается при помощи такой нагрузки.
Максимальное напряжение нагрузки ZB206+ (слева) 8,5 В, что подходит для теста двух последовательно включенных литий-ионных аккумуляторов, ток 2,6 А, мощность до 12 Вт.
ZPB30A1 (справа) мощнее, до 60 Вт, 10 А и 30 В.
При этом обе имеют возможность четырехпроводного подключения и функцию измерения внутреннего сопротивления аккумулятора.
Универсальные функциональные нагрузки
ZKETECH: стабильность и большой функционал
Те, кто кочет получить стабильно работающее устройство с большим функционалом без работы паяльником, могут обратить внимание на электронные нагрузки ZKEtech. Это китайская фирма, специализирующаяся как раз на подобных устройствах.
Их изделия делятся на два класса:
EBD — обычные электронные нагрузки.
EBC — электронные нагрузки совмещенные с зарядным устройством, представляющие собой тестер аккумуляторных батарей. Они отличаются по мощности, току и по напряжению.
Но перед тем, как перейти к общему описанию моделей, стоит сказать об особенностях устройств этой фирмы.
1. Все устройства поддерживают подключение к компьютеру, это необходимо как для управления, так и для построения графиков тока, напряжения и мощности, а у моделей серии EBC и работу по программе.
Кроме того, если у вас несколько электронных нагрузок ZKEtech, то ими можно управлять одновременно из одного окна ПО, они доступны в дополнительных вкладках в левом верхнем углу окна.
Подобный функционал необходим для контроля и удобен для построения групповых графиков, на которые можно наложить до 9 кривых.
2. Все нагрузки имеют четырехпроводное подключение, что сразу снимает проблему корректности измерения. Для этого у нагрузок имеется четыре клеммы.
Четыре клеммы у нагрузок: две для силового подключения и две для измерения.
Самая простая нагрузка — EBD-M05. Она не имеет зарядного устройства и её мощность 35 Вт при напряжении до 19,5 В и токе до 5 А. Но в остальном она сохраняет функционал старших моделей. Из отличительных черт — высокая точность измерения напряжения и задания тока, ну и, конечно, четырехпроводное подключение, все «по-взрослому».
 |
EBC-A05+ – более функциональна, так как имеет в составе зарядное устройство. Его мощность достигает 60 Вт при напряжении до 30 В и токе до 5 А. Эта модель оформлена в корпусе, комплектуется блоком питания и кабелем для подключения к компьютеру. Нагрузка подходит для измерения емкости аккумуляторов, рассчитанных на небольшой ток: мобильных телефонов, планшетов, смартфонов, ноутбуков.
Если необходимо тестировать аккумуляторы, с большой токоотдачей, то здесь лучше подойдет EBC-A20, который также содержит в составе зарядное устройство, но максимальный ток составляет 20 А. Его максимальная мощность 85 Вт. Таким током получится нагружать только до напряжения 4,25 В.
EBC-A20 поддерживает работу и при входном напряжении до 30 В с пропорциональным снижением тока.
Эта модель подойдет для заряда и тестирования свинцово-кислотных батарей, позволяя заряжать их током до 5 А и разряжать током до 6 А. Как и у других нагрузок, подключение здесь четырехпроводное, пары проводов соединены непосредственно на «крокодилах».
 |
Модель EBC-A10H послужит универсальным решением, например, для тестирования блоков питания, измерения емкости аккумуляторов и их заряда. Она обеспечивает ток нагрузки до 10 А, ток заряда до 5 А, но при этом её максимальная рассеиваемая мощность составляет уже 150 Вт, что заметно больше предыдущих. Управление осуществляется при помощи нажимного энкодера, потому управлять ею автономно удобнее чем предыдущими, хотя она также подключается к компьютеру.
В случае, если вы собираетесь тестировать как блоки питания, так и аккумуляторы, но хочется и ток до 20 А, и приличную мощность, то есть модель EBD-A20H. Это некий гибрид из EBC-A20 и EBC-A10H, поскольку его ток составляет 20 А, мощность — 200 Вт, максимальное напряжение — 30 В. Но следует учитывать, что в нем нет зарядного устройства (как и у всех нагрузок в серии EBD) потому для тестов аккумуляторов придется заряжать их отдельно, а кроме того не будет доступна работа по программе так как она также завязана на зарядное устройство.
Внешне EBD-A20H похожа на EBC-A10H, разница только в других клеммах и боковом расположении вентилятора.
 | 
East Tester ET5410 отличается информативным дисплеем, большим количеством функций, динамическим тестом не на одной частоте, а с гибким выбором параметров, комплексной нагрузкой CC + CV и CR + CV, режимом измерения сопротивления, напряжения и тока, а также подключением клавиатуры для более удобного управления. Она подходит для тестирования аккумуляторов, но имеет двухпроводное подключение и не подключается к компьютеру. Выше пошла речь о функции динамического тестирования. Этот режим важен при проверке подключения блоков питания к импульсным нагрузкам и перепадам тока. Иногда блок питания, нормально работающий при стабильном токе нагрузки, начинает «сходить с ума» при подключении нагрузок, с импульсным характером потребления. Для подобных тестов и реализован режим динамической нагрузки, в нем ток потребления меняется с заданной частотой и скважностью. Программируемые нагрузкиЕсли необходима точность и функциональность, близкие к максимальным, то здесь лучше смотреть на устройства более известных фирм. Но следует учесть, что при этом они часто рассчитаны на меньшую мощность, чем показанные выше, либо у них начнет расти цена.
Как пример, программируемая нагрузка ITECH IT8511A+: 150 В, 150 Вт, 30 А, режимы CC, CV, CP и CR, динамическая нагрузка, необходимый комплекс защит, функция работы по списку (программируемый аналог динамического режима), проверка источника на короткое замыкание, прямое задание параметров, подключение к компьютеру и «теплый ламповый» VFD дисплей. Следующий шаг — RIGOL DL3021 с мощностью уже 200 Вт, током до 40 А и с напряжением 150 В. Имеется всё вышеперечисленное, плюс большой экран, цифровые входы и выходы, подключение к компьютеру не только по USB, но и через локальную сеть, работа по заданной программе. |  Лабораторные электронные нагрузкиРассказав о нагрузках, начиная с недорогих наборов и заканчивая профессиональными решениями, нельзя не упомянуть об устройствах лабораторного класса, например ITECH IT8615. Здесь мощность уже 1800 Вт, напряжение 420 В, ток до 20 А. Но важнее то, что эта нагрузка рассчитана на работу не только с постоянным током, но и переменным, причем помимо обычного перечня режимов работы, она имеет настраиваемый пик-фактор и коэффициент мощности. Но если присмотреться на неё сзади, то видно будет что «в душе» это все тот же прибор для перевода электрической энергии в тепло, хотя и очень умный. Производители оснастили свое детище не только большим экраном, но и встроенным осциллографом, для наблюдения тестирования в динамике и то как тестируемое устройство на него реагирует. Кроме того, нагрузка измеряет гармонические искажения до пятидесяти гармоник. | 
|
Условная схема режима динамической нагрузки, в котором ток потребления меняется с заданной частотой и скважностью.
