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電子負荷の製作。回路と構造の検討編

 久しぶりの電子工作の記事です。このあいだやったシガーソケット用のUSB電源アダプタの特性測定では、簡易型の電子負荷を使いました。

▼簡易電子負荷
適当に作った電子負荷
 これはパワートランジスタのベース電流をボリュームで絞るだけという野蛮な回路ですが、無いよりは全然マシです。

▼セメント抵抗
セメント抵抗
 電子負荷が無い場合、セメント抵抗などを組み合わせて必要な抵抗値を合成することになりますが、滑らかに抵抗値を変化させることは出来ません。もちろんワッテージの大きな可変抵抗を使えば済む話ですが、いまどきそんな物を買う気はしません。

 ということで、冒頭の写真の簡易電子負荷は便利です。でも、簡単な回路なのでパワーをかけると発熱の影響で動作点が変化するという問題があります。それにバラックの空中配線なので見た目が悪いです。

 で、せっかくの機会なので、この簡易電子負荷をもう少しまともな物に組み直すことにしました。

▼構造の検討
部品配置の検討
 ケースに入れるといいのですが、熱の問題があるので放熱フィンと基板の剥き出し構造で行くことにします。

 裏面
 基板は、おなじみの秋月のC基板を使うことにします。

▼LTspiceで回路の検討
回路図
 オペアンプとパワーFETを使った回路で行くことにします。この回路は定抵抗方式の電子負荷です。オペアンプのプラス入力の電圧をツェナーなどで安定化すれば定電流方式になります。

 スペースに余裕があるので逆接防止回路や動作表示用のLEDなども入れてみました。現物で部品配置や空きスペースの状態を確認しながら、シミュレーターで回路を修正するのは楽しい作業です。

▼シミュレーション結果
特性シミュレーション結果
 可変抵抗を変化させた時の入力電圧に対する特性です。グラフは下から負荷電流、全負荷電力、動作確認用のLED電流です。入力電圧が2.5V以上あれば抵抗負荷として動作しています。

 回路はこれでいけそうなので、製作に入ることにします。実際に作る時は回路図エディタで書いた図面があった方がやり易いので、BSch3Vで書き直してから作業開始です。
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No title

電子負荷装置:懐かしい名前ですね。
一体、何年ぐらい前からあるのだろう。
記憶がはっきりしませんが、私がこれを初めて知ったのは30年か40年前だったかな???。
当時燃料電池の開発が世界中で行われていた。
アルカリ型、リン酸型、等等、、、
アメリカの人工衛星にそれらが積み込まれた記憶があります。

そのような時代にすでに電子負荷装置がありました。
当初これは一体なんだと思いました。
普通の負荷をかければそれで済むものを、、、
実際電子負荷装置を購入取り付けてみて、これは誰が考えたのか知りませんが驚き、使った経験があります。

「必要は発明の母」 諺が間違っているかも!。
遠い昔の思い出です。当然今も世間にあるのでしょうね。

岡目八目さん、おはようございます

岡目八目さんは仕事で電子負荷を使われていたんですね。実は私は仕事では使ったことがありません。

昔はカーボンパイルってのがありましたよね。容量が大きいし、ネジ締めると抵抗が滑らかに下がるので、感心した記憶があります。
発熱すると抵抗値が微妙に変わるので常に調整しないといけなかったような、

ちょっと質問

初歩者ですが、電子負荷を欲しくなり真似させて戴きたいと目論んでしますが、掲載の回路がいまひとつ解りません。FETは手持ちの2SK3140で行こうと思っていますが、AO6407(?)の存在理由や、LED点灯回路がなで複雑なのか、オペアンプにLM358Nなど使えないか、 ご教示戴ければ助かります。図々しくてスミマセン。

re:ちょっと質問

旧人類さんこんにちは、興味をもっていただいてありがとうございます。

この回路は現在製作中で、実際に作った物はこれとは少し違った回路になっています。内容は明日には公開できると思いますので、そちらの記事もご覧下さい。

で、お尋ねの件ですが、
入り口のPMOSのFETは電源の逆接続防止用です。エアーバリアブルさんの下記のページに解説があります。
http://airvariable.asablo.jp/blog/2012/03/26/6388000
なお、実際には2SJ334を使いましたが、LTspiceのライブラリに無かったので、似てそう?なものでシミュレートしました。

LEDの点灯回路が複雑になっているのは、電圧によって明るさが変わるのを防ぐためです。抵抗でも良いのですが、スペースに余裕があったので入れてみました。

オペアンプはLM358でも動きます。但し、レール to レール出力では無いので最低動作電圧が1Vくらい上がって3.3Vくらいになります。まあどうってことないのですが、少しでも性能を良くするためにLMC6482を使いました。

re:ちょっと質問

迅速回答、ありがとうございます。大変よく解りました。
回路のFinal版を待たせて戴きます。
ただ、逆接続保護回路に関しては自分は手持ちのショットキー(SBM1045VSS)で済ませちゃおうと思います。
重ねて、解説ありがとうございました。
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