Zátěž s konstantním proudem

Právě jsem postavil nastavitelný dvojitý zdroj k bakalářce a potřeboval jsem jeho účinnost při různém výstupním proudu. Výkonové rezistory by to zvládly, ale otrava to je: proud se mění s výstupním napětím, odpor s teplotou roste a každá nová zátěž znamená znovu vybírat kombinaci a počítat.

MOSFET je jako nastavitelná zátěž mnohem čistší.

Myšlenka je malá. Operační zesilovač budí výstup tak, aby mezi vstupy bylo nulové napětí. Když je + vstup výš než − vstup, výstup roste, Q1 sepne a začne téct proud. Ten proud jde přes R1, na bočníku se objeví úbytek a ten úbytek je zpětná vazba do − vstupu. Jakmile se shoduje s + vstupem, zesilovač se zastaví a gate drží.

+ vstup je jen potenciometr. Nastaví se na 2 V a při bočníku 1 Ω zesilovač otevře gate, dokud netečou 2 A. To je ustálený stav a zůstane, i když se změní napětí zdroje. Jiný bočník funguje stejně. Při 1 Ω je poměr prostě jeden volt na ampér.

I = U+ / R

Nákres nahoře je myšlenka ořezaná na minimum. Deska jede podle druhého schématu. Lineární stabilizátor dělá pevných 5 V a R3 s RV1 to dělí v poměru 22 kΩ ku 10 kΩ, takže nejvyšší + vstup je asi 1,6 V. Šest rezistorů 1 Ω paralelně dá 166 mΩ. 1,6 V na tom bočníku je 9,6 A a výš už knoflík nejde.

R5 omezuje proud zesilovače, když se nabíjí a vybíjí gate IRFP460. R4, R6 a C3 jsou tam kvůli stabilitě. Podezřívám smyčku, že by bez nich jela taky.

Imax = 1,6 V / 0,166 Ω ≈ 9,6 A

Obvod šel na univerzál. Tranzistor sedí na chladiči a ventilátor na tom chladiči jede z 12V větve.

Krabička je výtisk, kreslený v Autodesk Fusion 360 jako moje ostatní tištěné díly. Knoflík, banánky a chladič se potkají v jednom pouzdře.

Model je ta samá krabička rozložená: kanál na ventilátor, kapsa na chladič a díry na knoflík a svorky.

Na stole knoflík pustí zátěž od nuly až tam, kam dá zdroj. V testu byl strop 3 A. Když se změní napětí na zátěži, proud zůstane tam, kde byl nastavený.

Při napájení aspoň 12 V se obvod těžko pokazí a MOSFET může být skoro jakýkoliv. Mez dává bezpečná pracovní oblast, ne schéma. Katalogový list IRFP460 kreslí jen hranici pro 10 ms, ne pro stejnosměr. Do lineární oblasti se nerodil. Čip je ale dost velký na to, aby ztrátu snesl. Graf IRFP3006 je tu pro srovnání: součástka, u které list DC ukazuje, a čára pro DC není daleko od čáry pro 10 ms.

Když je zesilovač z nižšího napětí, patří tam logický MOSFET, třeba IRLZ44N. Zesilovač se nedostane nad své napájení a spousta z nich není rail-to-rail, takže 5 V na větvi neznamená 5 V na gate.

Na bakalářku to stačí. Mikrokontrolér a měření napětí na zátěži by ze stejného hardwaru udělaly zátěž s konstantním výkonem a nastavení by bylo jemnější než potenciometr. To může počkat.