При работе с батареями (аккумуляторами), импульсными (SMPS) или любыми другими источниками питания часто возникает потребность в проверке их работы в различных условиях, то есть под различной нагрузкой. Устройство, которое обычно используется для этих целей, называется нагрузкой постоянного тока (Constant Current DC Load) и позволяет проверить выходной ток вашего источника питания и поддерживать его постоянным до тех пор пока не понадобится изменение условий его работы. В данной статье мы рассмотрим создание регулируемой электронной нагрузки постоянного тока на основе платы Arduino с максимальным входным напряжением 24V и силой тока до 30A.

Функциональные возможности

Поддерживать ток нагрузки до 30А

Работать с источниками от 4,5 до 24В

Испытывать источник на кратковременную перегрузку по току

Регулируемая защита по току

Регулируемая защита источника от падения напряжения ниже минимально допустимого

Измерение емкости аккумулятора

Схема устройства приведена ниже

Ток нагрузки устанавливается с помощью энкодера SW1. Код поступает по I2C порту на ЦАП U1. С выхода ЦАП аналоговое напряжение поступает на входы операционных усилителей U2A - U2D. С выходов усилителей управляющее напряжение поступает на затворы силовых полевых транзисторов Q1 - Q4. Сопротивления сток - исток полевых транзисторов а следовательно ток нагрузки зависит от выходного напряжения операционных усилителей. Для измерения тока нагрузки напряжения с 5-ти ваттных керамических резисторов через суммирующие резисторы R43, R44, R45, R46 постпают на вход операционного усилителя U3. С выхода этого усилителя напряжение поступает на аналоговый вход А0 Ардуино Мега. Микросхема U5 преобразует напряжение +12В в -12В.

Для измерения выходного напряжения источника это напряжение через делитель R49, R50, RV1 поступает на аналоговый вход А1 Ардуино Мега.

Для измерения температуры радиаторов силовых транзисторов применен аналоговый температурный датчик LM35. При температуре выше +70°С на выходе 23 Ардуино появляется лог.1, открывается транзистор Q5 и включается вентилятор. Если температура по какой либо причине достигает 120°С, нагрузка отключается.

Для испытания источника на кратковременную перегрузку по току необходимо одно длинное нажатие на кнопку энкодера SW2. В этом режиме при нажатии на кнопку SW3 включается установленный ток нагрузки. После отжатия кнопки нагрузка отключается.

Для установки минимально допустимого напряжения аккумулятора необходимо второе длинное нажатие на кнопку энкодера, затем поворотом энкодера набрать требуемое значение и кратковременным нажатием кнопки энкодера записать это значение в память EEPROM Ардуино.

Для установки максимально допустимого тока нагрузки необходимо третье длинное нажатие на кнопку энкодера, затем поворотом энкодера набрать требуемое значение и кратковременным нажатием кнопки энкодера записать это значение в память EEPROM Ардуино. 

Для измерения емкости аккумулятора необходимо четвертое длинное нажатие на кнопку энкодера. Чтобы выйти из этих режимов необходимо еще одно длинное нажатие на кнопку энкодера. Подробнее на видео.

Вся информация отображается на цветном TFT дисплее ST7735. Питание от AC-DC конвертора 12В 1А.

Конструктивно устройство выполнено на 2-х платах - плате управления, где размещены Ардуино Мега, энкодер и кнопки управления и силовой плате, где размещены операционные усилители и силовые транзисторы Q1 - Q4 с 5-ти ваттными керамическими резисторами.

Перечень элементов, чертежи печатных плат в EagleCAD с герберфайлами для заказа платы,проект в PROTEUS с прошивками hex и скетчем для Ардуино, проект в FLprog в архиве