Зачастую с проблемой поиска нужной нагрузки сталкиваются те радиолюбители, которые изучают силовую электронику. Проверяя выходные характеристики того или иного блока питания, будь он самодельный или промышленный, необходима нагрузка с возможностью регулировки. Самым простым решением этой проблемы является использование учебных реостатов, ламп, мощных керамических резисторов, автомобильных ламп и нихромового нагревательного элемента. В этих случаях регулировка тока значительно ограничена (в случае с реостатом) или же вовсе невозможна.
В электронной нагрузке вся мощность выделяется на силовых элементах – транзисторах. Такой вариант можно сделать на любую мощность, и они гораздо универсальнее, чем обычный реостат. Профессиональные лабораторные электронные нагрузки стоят кучу денег.
Теперь давайте разберем схему, составные элементы которой я взял здесь и адаптировал под имеющиеся у меня детали.
Цепь защиты составлена из плавкого предохранителя FU1 и диода VD1. Нагрузка выполнена на четырех транзисторах КТ818. У них приемлемые характеристики по току и рассеиваемой мощности, а также они сравнительно дешевые и широко распространены. Управление VT5 на транзисторе КТ815, а стабилизация на операционном усилителе LM358. Амперметр, показывающий ток, проходящий через нагрузку, я установил отдельно. Поскольку если амперметром заменить резисторы R3 и R4, то будет теряться часть тока, который потечет через VT5 и показания будут занижены. А судя по тому, как нагреваются КТ815, ток через них протекает приличный. Я даже подумываю, что между эмиттером VT5 и землей надобно поставить еще одно сопротивление на 50…200 Ом.
Отдельно надо рассказать о цепи R10…R13. Так как регулировка происходит не линейно, необходимо брать одно переменное сопротивление в 200…220 кОм с логарифмической шкалой, либо ставить два переменных резистора, которые обеспечивают плавное регулирование во всем диапазоне. При чем R10 (200кОм) регулирует ток от 0 до 2.5А, а R11 (10 кОм) при выкрученном в ноль R10 регулирует ток от 2.5 до 8 А. Верхний предел тока устанавливается резистором R13. При настройке будьте осторожны, если напряжение питания случайно попадет на третью ногу операционного усилителя, КТ815 открывается полностью, что с большой вероятностью приведет к выходу из строя всех силовых транзисторов.
Казалось бы, при таких мощных транзисторах, которые выдерживают до 80 вольт и 10 А, суммарная мощность должна быть не менее 3 кВт. Но, так как мы делаем «кипятильник» и вся мощность источника уходит в тепло, то ограничение накладывается показателем рассеиваемой мощности транзисторов. По даташиту она всего лишь 60 Вт на один транзистор, а с учетом того, что теплопроводность между транзистором и радиатором не идеальна, то фактическая рассеиваемая мощность и того меньше. И поэтому чтобы хоть как-то улучшить теплоотвод я прикрутил транзисторы VT1…VT4 непосредственно к радиатору без прокладок на теплопроводную пасту. При этом мне пришлось сделать специальные накладки на радиатор, чтобы он не замыкал на корпус.
К сожалению, у меня не было возможности протестировать работу устройства во всем диапазоне напряжений. Но при 22V 5A нагрузка работает стабильно и не перегреваясь. Однако, как говорится, в бочке меда есть и ложка дегтя. Из-за недостаточной площади имевшегося у меня радиатора, при нагрузке более 130 ватт, через какое-то время (3…5 минут) транзисторы начинают перегреваться. Поэтому если будете собирать подобную схему, берите радиатор как можно большей площади и обеспечите ему надежное принудительное охлаждение в виде вентилятора.
Стоит особо подчеркнуть, что обязательно при наладке ставьте резистор R13 не менее 10 кОм. Потом по мере понимания, какой ток вам нужен, уменьшайте это сопротивление.