Всем привет.

Возникла задача сделать регулируемую нагрузку по возможности быстро и просто.
Макс напряжение/ток 60В/50А. Поддержания тока и точности не нужно. импульсные схемы не годятся. Назначение - испытание источников питания.

Самое очевидное решение - батарея резисторов и ключей имеет существенный недостаток - цена, мощные монтируемые на радиатор резисторы недешевы.

На самом деле задача возникла во второй раз, предыдущая попытка была использовать батарею мощных MOSFETов без резисторов, в активном режиме, упраяляя сопротивлением канала с помощью напряжения на затворе. Попытку пришлось прекратить после того как ущерб от вышедших из строя транзисторов превысил выделенный бюджет ;-) Проблема была в самовозбуждении транзисторов на мощностях более 100 Вт, устранить которое не удавалось ни топологией, ни анитпаразитніми цепями.

Аналогичное решение на биполярниках навскидку будет дороже варианта с резисторами.

Собственно вопрос - идея с MOSFETами имеет право на жизнь ли результат закономерен. Я так понял что практически все (а если учитывать цену то все) мощные MOSFETы разрабатыва ются в рассчете на ключевой режим и что там будет в линейеном никто ничего не гарантирует.
Какие еще варианті могут быть.

Никаких, если отвергаются импульсные схемы. Непонятно только почему...
Вам жизнь резко упростится, если зададите вопрос а как нагрузить источник в 30 кВт? Не поможет - попробуйте в 300кВт
Если и это не поможет - спросите у энергетиков на каком балласте ( и в какой квартире) они испытывают турбогенератор в 200 тыс киловатт. Это же где-то рядом, в Харькове?
Как-то же испытывают и отдельных электростанций или резисторов с пятиэтажку для этого не строят...

Видел как испытывают мобильные генераторы на 100кВт. Нагрузка представляет собой несколько шкафов 2х3м со спиралями и отводом тепла по воздуховодам около метра в диаметре.

Детские игрушки, придуманные наскоро неспециалистами
В Питере на "электросиле" испытывали же генератоы под миллион киловатт. Ладожское озеро с резисторами и жидким азотом любой эмбеддер сразу придумает. А вот чем крутить миллион киловатт?
Крутили двигателем на миллион киловатт. Он питался от самого же генератора. По схеме вечного двигателя.
Потери в КПД (100тыс киловатт) ночью Ленэнерго выделяло на пару часов.
Вот и тут нужно с выхода сделать повышалку и питать сам источник. От сети брать ватт 300-400 на вольтодобавку, компенсируя потери на КПД.
Тогда в системе циркулирует заданная мощность, можно полноценно проводить все измерения. А теряется процентов 10-15 от установленной мощности.
Так что - вперед, за разработку трехкиловаттника "наоборот".

Во-первых импульсную нагрузку сходу я не потяну, а во-вторых не хочу производить много шума.

Все правильно говорите но 3-то киловатта вполне можно сдуть пачкой вентиляторов



Именно такое решение я и хочу, задача только сэкономить на резисторах при возможности регулирования. По габаритам требований нет.

Повторю основной вопрос - решение с мощными полевиками в активном режиме (см заглавное сообщение) на такой мощности реализуемо или нет. Пробовать снова и спалить еще пачку транзисторов я готов но только если буду уверен что результат достижим разумными средствами.

Похоже это привет специалистам
Был печальный опыт создания эквивалента нагрузки. Не у меня лично, в компании где я работаю. Так вот по результатам, нужно ограничивать мощность, выделяемую на транзисторах, для этого можно использовать аналоговые перемножители и обратную связь, ограничивающую именно мощность, помимо задания тока. Во вторых, область безопасной работы , что указана в даташитах нужно использовать очень аккуратно, там много оговорок и в реальных условиях soa не такая красивая как заявляет производитель. Лучше воспользоваться тепловым расчётом.
С возбуждением в цепи затворов я сталкивался только один раз, когда "забыл" поставить резисторы в затвор каждого параллельно включенного транзистора.

Берете 60 штук 50Ваттных резисторов подключаете их параллельно.
Если хотите регулировку то по быстрому последовательно с каждым резистором подключаете "полевик" для управления ими можно взять микросхему индикатора уровня сигнала "горящий столб" каждый уровень которой будет включать "полевик"

Вот вариант на биполярниках.

Понадобится достаточно мощный источник смещения с выходом около 2 В.

Его надо нагрузить постоянной нагрузкой ~ Iвых. + Iсмещ., т.е. около 60 А, в виде параметрического шунта (потребителя тока).

Выходом шунта запитать базы "грелок" (50 шт. транзисторов, например, типа BUJ303A), включённых каскодами к источникам токов (другие 50 шт., например, типа KSD1691), плюс дополнительно такая же каскодная пара для получения на её выходе 1/50 тока, т.е. сигнала обратной связи этих источников тока.

При таком конструктиве схема будет устойчива для всех токов и напряжений (выше рабочей точки) на выходе и пригодна для навесного монтажа непосредственно на радиаторе.

Все транзисторы — это порядка 2000 р., резисторы (50 шт. проволочных 5% 1 Вт 0,3 Ом) — 300 р. Остаётся ещё немного обвеса, радиатор, и БП смещения.

Такой специализированный БП, в среднем, обойдётся в 4000 р., но можно запитать и от любого компьютерного, там есть 3,3 В.

Листовая сталь с равномерно рассверленными по площади отверстиями. Дополнительные отверстия сверлятся для подгонки сопротивления и равномерного распределения тока. MOSFET лучше использовать по назначению - для коммутации.

Самое дешёвое решение,конструкция выходного дня:пластмассовая канистра литров на 30 со срезанным верхом,два листа-электрода из нержавейки,вода и соль до насыщения.Регулировка-механическая,погружением/поднятием электродов

И право имеет и жизнь имеет.
Ну, или поисковый запрос

Если это единичный случай, то вариант ванны с солью, самый оптимальный, приходилось грузить и 10кВт (парная). Если периодическая, то полевики или биполярные в активном режиме. Если постоянно - то импульсные схемы с возвратом энергии. Есть проблемы, заходите, как никак соседи.

Из б/у инверторных ИГБТ модулей semikron и большого радиатора собрал себе нагрузку для испытаний (валялись без дела). Два канала, каждый 0-200Вт. Работаю с источником с выходом 30 вольт в каждом плече. Все работает стабильно. Операционник LM358, ток резисторами в коллекторах не равняю. 100нан с выхода на инвертирующий вход висит, вот и вся компенсация. Могу фотки кинуть и схему, если интересно, хотя 3кВт это не 400Вт конечно, может что-то и вылезет.

А ИБП Eaton Powerware серий 9155, 9355 мощностью, если не ошибаюсь, выше 10кВА тоже умеют сами себя нагружать для проверки, может и правда в этом направлении надо работать, правда там DSP умный стоит.

Как я писал что аналогичное устройство тоже имело и право и жізь но проблемі начинались какраз после 100 вт, а нерассеивающая - это на будущее.

Всем спасибо буду пожалуй снова экспериментировать с мощными полевиками в активном режиме.

А как Вы мосфетами управляли, схема есть?
Батарея мосфетов имеет смысл, если каждым мосфетом управлять независимо.

Если мосфеты в ключевом режиме и коммутируют резисторы то либо цифра/дешифратор (я об этом писал в первом сообщении, но такую схему не делал по причине ее стоимости) либо как здесь рекомендовали аналог и чип линейного индикатора уровня.
А делал я - мосфеты в аналоговом режиме, канал и является балластом, в параллель для достижения нужной мощности (заявленную в даташитах нужно щедро делить), в затворе каждого мосфета антизвонный резистор, который, впрочем, в прошлій раз на спас, а только отодвинул проблему на бОльшую мощность.

В догонку - кроме правильной топологии (это главное, понятно) и резистора в затворе, какие еще меры можно/нужно принять? Вот еще наверное выбрать наименее быстродействующие полевики...

Избегайте локальной ООС по току на полевиках, если датчик тока живёт в истоках транзисторов:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
"не так" при больших токах может загенерить на смеси общей и локальной ООС и RC в затворах.
Или ставьте датчик тока в стоках транзисторов.

Спасибо за предостережение, на эти грабли я наступил в самой первой попытке и сразу это понял. Датчиком тока будет датчик холла на входе всей схемы (со стороны стоков). Еще этим резистором на соответствующих токах может стать неудачная топология - через это я тоже прошел. Но оставалось что-то еще ;-)

Ну не знаю. Мы таким образом мучали комповые БП до 500 Вт (12 лет тому) без пиротехнических эффектов.

Что-то я Вашу схему не пойму. Так и не так местами не перепутано? И почему положительный вход УО подключен к напряжению меньшему, чем на отрицательном входе?


Я бы канал организовал как на приложенной схеме.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Токозадающее Vref - общее для всех, остальное индивидуально. МОСФЕТы параллельно не включать. С1 - иногда помогает, выбирал подбором для каждого канала.

Не перепутано. Это "рыба" без лишних подробностей.

Именно от этого я и отговаривал ТС, но этот ряд грабель он уже прошёл.

Или конденсатор с выхода ОУ на его вход(-).

Вариант, если не требуется бо-ме приличной динамики по нагрузке. Мы делали стенд с импульсной составляющей до 50% с длительностью импульсов 25+ мкс и частотой 10 Гц .. 20 кГц.

Согласен, только не ванны, а 200-литровой бочки, в которую опускается кольцевой электрод с помощью тросиковой системы и сервомотора. В бочке-раствор соли и клапан от унитаза для компенсации уровня упарившегося растовра. 100 квт кратковременно и квт 40 в режиме кипения долговременно. Ограничение- разбрызгивание раствора. Конечно все это работает только на переменном токе, иначе электролиз бочку съест. Или надо ставить на транзистора инвертор направления тока, можно не 50 герц, а гораздо реже- хотя бы раз в 2-5 секунд.

Еще правильнее нормальный аналоговый ПИ(Д)-регулятор. Но не нужно дергать задатчиком - его плавненько нужно вести.
Всего несколько резисторов добавится и (еще один конденсатор). А небольшие колебания около равновесия тоже не будут мешать в данном случае.
А по поводу импульсов... так делали еще намного быстрее... но на биполярных транзисторах с довольно сложной системой обратных связей (несколько), включающей умножители, делители и пр. нелинейности. Именно для стабилизации мощности.

Это когда же вы батенька такие генераторы испытывали? Видимо профессор который читал вам лекции был в глубоком маразме. Мощные генераторы на заводах испытывают в режиме напряжения КЗ, также как и силовые трансформаторы, мощные полупроводники испытывают по ОБР. А вот для источников питания, чтобы посмотреть всю нагрузочную характеристику, нужна работа на реальный эквивалент. И лучше дешевле и проще проволочных резисторов за последние 100 лет не придумали. Ну а если вы боитесь перегреться от 3 киловатной нагрузке могу порекомендовать полупроводниковые водоохлаждаемые резисторы.

А Вы, батенька, диагностику электрических машин совмещаете с диагностикой в психиатрии?
http://myswitcher.ru/books/rudaia/rudaia18.html
Профессура тут не виновата. Даже эти ПТУшники в депо знают о таком методе испытаний. И понимают, что режим кз или прозвонки тестером не дает всей картины состояния мощной электрической машины.
Г.К. Жерве и Ю.Л. Цирлин авторское
свидетельство №222521 Н02К15/00 от 14,08,67г
«Способ испытания синхронных машин путём взаимной нагрузки».
Можете нагуглить еще и еще об этом.


Да, сам я 100-мегаваттные генераторы не испытывал. Как инженеру, мне достаточно знать как это делается или хоть задуматься над этим.
И если это не один любительский сварочник в гараже "испытать" на ведре с соленой водой, а обеспечить профессиональное серийное изготовление мощных источников с полноценным прогоном в несколько суток, то я бы подумал как это сделать грамотно, с полнотой проверки и без бездумного расходования громадного количества энергии.

А вот к психиатору вам самому все же не мешало бы обратиться. Прежде чем написать такой бред о прозвонке тестером, я вам настоятельно рекомендовал выяснить что такое напряжение короткого замыкания применительно к электрическим машинам. Я конечно понимаю, что сидя годами на форумах, можно уверенно чувствовать себя этаким Царем Соломоном, и особо не задумываться об адекватности ответа на вопрос, считая что любой ответ от модераторов с числом ответов более 4800 будет тупо схаван юзерами (или эмбедерами?).
По поводу авторских свидетельств, могу вам сказать ,что авторское свидетельств это всего лишь авторское свидетельство. Я могу назвать массу А.С. которые формально не противоречат здравому смыслу, но зачастую не имеют практической реализации. Вот взять например А.С. о добыче изотопа гелия-3 из лунного грунта. Формально тут не к чему подкопаться. А то что экономия электроэнергии всегда была актуальна я с вами полностью согласен.
И опять же был задан вопрос дешево и просто сделать нагрузку. Зачем вы предлагаете автору вопроса идти самыми длинными путями. По моему задачи форума это обмен накопленным опытом. А если четких и прямых ответов нет, то не надо заниматься демагогией. Сейчас весь интернет забит словоблудием, создается впечатление, что пишут ради того чтобы только отписаться. Это как во времена совейской власти, купишь к примеру книжку "Практические советы радиолюбителю", а там 90% лажи о свойствах диэлектриков, и параметрах резисторов МЛТ, а как дойдешь до сути, там всего 5 страниц этих самых советов, и 90% из них ты уже знаешь.
Короче. Давайте отвечать по существу и осуществлять настоящий обмен опытом.

По существу уже предлагалось 60 шт 50Вт резисторов можно обдувать вентилятором.
3кВт это не много у начальства "кондеи" в кабинетах побольше энергии тратят.

Во - о - от, первые конструктивные мысли уже появились!

Хамить-то зачем? Или модератору можно?
Что по технике можете сказать против предложенного решения? Неосуществимо? Просто непонятно?

elman, похоже, тема была лишь о том, можно ли это сделать на полевых транзисторах. Тогда ответ — однозначное "нет". Потому что даже с одной вафли кристаллы будут с произвольным разбросом — это закон природы, к сожалению...

Но из того, что Вы решили продолжить выжигать эти транзисторы пачками, также следует однозначный вывод — на это занятие бюджетную линию Вам таки продлили.

Тогда уже вопрос снова по теме — о насколько дешёвом решении в ней всё-таки шла речь? Вот я, например, привёл Вам конкретные рубли — это они выиграли тендер, или же Ваше начальство убил счёт на канистру и каменную соль?

Если вы считаете что я хамлю, то коленопреклонно прошу меня извинить. И давайте все таки поможем человеку решить задачу так, как он ее сформулировал.

Информация от Microwattа показалась весьма интересной. Решение - резистор и вентилятор + вариации очевидно и не интересно.
Давайте без давайте. ©

А все, другие пути исчерпаны.
Рассеять тепло? Ну, как это рассеять - вентиляторами или в ведре с водой, коммутировать ПЭВРЫ полевиками или просто куски спирали от утюга тумблерами - непринципиально.
Только с солью и водой осторожнее. Как бы хлором не отравиться или в воздух не взлететь в виде фарша. Одно дело опыты с батарейкой в стакане воды, другое - с тремя киловаттами электролиза.

Отвечу всем.
Решение с резисторами и вентиляторами очевидное и наиболее прозрачно и корректно реализуемое, но в нем не устраивает цена. Об этом я писал изначально. Уточню - речь идет о РЕГУЛИРУЕМОЙ нагрузке, способной рассеивать до 3 квт при напряжениях от 8 до 60В и токах от 5 до 50А, с дискретностью не более 5А. Прошу прощения что не указал об этом сразу, полагал что раз упомянул "регулируемая" то это очевидно что есть какой-то диапазон. Сдуть 3 квт с радиатора не проблема вообще, вопрос в электронной регулировке низкой ценой.
Точнее вопроса уже давно нет (для меня), вижу 4 решения - резисторы коммутируемые ключами (дорого но беспроблемно реализуемо), все-таки полевики в активном режиме (возможны проблемы с реализацией но без учета возможныхж потерь на стадии макетирования дешевле ;-) ), нерассеивающая нагрузка и механические схемы (бочка с солвым раствором и прочие вариации на реостатную тему).
Вариант с полевиками интересен не только ценой но еще и более широким диапазоном и низкой дискретностью. В том что такая схема "однозначно нет" сильно сомневаюсь какраз в резульате обсуждения, за которое все участникам спасибо :-)
Нерассеивающая нагрузка для меня привлекательна как хороший измерительный прибор но это был бы отдельный и достаточно большой, как для меня, проект (если делать то универсальнее и ТТХ пошире). Когда-нибудь обязательно сделаю.

Гм. 6А на канал, 24В. Исправно работает. Что я делаю не так? Кроме того, что сознательно теряю в этом режиме 10Вт тепла на токоизмерительном резисторе.

elman Собственно, что мешает независимо управлять каждым мосфетом в пределах отведенной для него мощности и параллелить каналы? Если дискретность 5А хватит, то каналы можно собрать на TL431 по схеме источника тока. При наличии резистора затвор-сток схема работает стабильно.

Неправда. Конкретную сумму Вы и на этот раз не указали.

Почём вариант на сотне биполярников, я, повторю, уже давно сказал. И вот как не посчитаю вариант на полевиках, он оказывается всяко в разы дороже. Вы бы снизошли, что ли, и поведали нам, в чём Ваш секрет.

Прошу прощения, наткнулся на топик случаянно, сначала не читал (лениво), так, что если что, можете швырять тапки, не обижусь.

А теперь по существу, почему бы не использовать полевики в импульсном режиме?
Имеем некую емкость, которая заряжается из вне, а ключом разряжается через индуктивность. На вскидку обычный DC-DC, только на изнанку. Возможно пойдет самая класическая (с некоторой поправкой) схема.

По поводу полевиков в линейном режиме- при таких мощностях ОЧЕНЬ не рекомендую- они начинают звенеть на мегагерцах на индуктивностях монтажа. Была очень грустная история с блоком питания аргонного лазера - там може был линейный регулятор. Уж лучше биполярники применять.

Ну, ну же!
Еще шаг в этом направлении и от этого DC-DC можно будет запитать сам проверяемый источник. На 85-90%
От "некой емкости" энергию-то нужно все равно отводить?
А недостающие 10% по КПД восполнить вольтодобавкой от лабораторного или какого другого.

Идея конечно красивая, но для проверки источников питания не годятся потому что:
1. Источник питания, который будет нагружать испытуемый источник питания имеет отрицательное входное сопротивление.
2. Входное сопротивление источника питания мало того что отрицательное, оно имеет сложный реактивный характер.

Все ли источники питания нормально воспринимают такие нагрузки?

3. Два источника питания, соединённые по схеме 69, это замкнутая система, каждая со своей внутренней обратной связью. Когда там возникнут автоколебания, будет очень непросто разобраться кто виноват. А если этот тянитолкай отдаст душу силиконовым богам тут крайних вообще не сыщешь.

4. За всё платит покупатель, в том числе и за сожженые при прогоне киловатты. Или может у нас есть цель снизить стоимость источников питания до стоимости аналогов от мировых брэндов, и выйти на международный рынок? Хотел сказать три раза ха, но не смешно почему-то.

Elman!

А не хотите ли вот такой вариант: разбить всю нагрузку на N-ное количество ступеней, например по классической схеме 1||2||4||8||16||32 каждую ступень коммутировать своим полевиком (ключевой режим), а плавную подстройку (ток менее чем в ветви с наибольшим сопротивлением) делать на полевике в активном режиме, Кстати такая нагрузка будет обладать не плохой динамикой, и удобством управления, т к все полевики будут с включены с общим истоком.

Делать нужно так, чтобы не возникали автоколебания. Раз у других получается, значит сделать можно.
Цель снизить затраты любых ресурсов всегда должна присутствовать у инженера.
Да кто мешает? Скажите ха. Это люди говорили не раз, наверное, перед созданием колеса тоже.
Единственно что можно и нужно учесть - серийность. Если это единичный экземпляр, согнутый на коленке, то и проверять его можно на том же уровне. Подключая- отключая лампочки и утюги тумблерами.

А я все-таки предлагаю начать с расчета экономических показателей.

1. Какова длительность производственного цикла.
2. Какова месячная программа производства.
3. % себестоимости испытаний.
4. % производственного цикла испытаний.
5. Количество рабочих мест по испытанию.

Делать нужно так как нужно, а как не нужно, делать не нужно. Вот бы уметь всё делать правильно с первого раза, а так это время и деньги
потраченные не на выпуск продукции, а на призрачное снижение затрат. Я в этой затее вижу только головную боль здесь и сейчас с туманными перспективами. Для испытания мощностей в тысячи и миллионы киловатт вероятно это решение оправдано, но для источников в 3 кВт? Зачем?!
Это как делать корректор мощности для зарядки от телефона.
А о том как "снизить затраты любых ресурсов" должны начальники и маркетологи думать. Задача инженера - сделать прибор так чтобы не было претензий к технической стороне вопроса в первую очередь. И уже потом, вероятно с подачи начальника, задуматься :"...а зачем нам на выходе источника дорогостоящие керамические конденсаторы, если можно обойтись дешёвым электролитом"... Ну например, да?

ладно, ушел от обсуждения.

Пара стальных тросов прокатывает, а вапще можно типа ЛАТРА намотать на чемто и крутилкой регулировать, аля проволочный переменник

У меня сейчас успешно работает эквивалент на 150Вт на шести MJE13009 (ТО247), снятых со старых компьютерных БП.
Расчёт простой, по 30Вт на каждом, все на большой радиатор и сверху пропеллер на 12см диаметром.
На 150Вт мощности радиатор горячий на 70 градусов, для транзисторов это норма (Rпк=1градус/Вт)
Используется токовый шунт на десяти двухваттных 0,1Ом, от которого работает амперметр на 7107 и на входе ещё вольтметр на 7107.
Точность приближённая, да и не нужна точность-то. Эквивалент чисто для прогонки БП.
С этого же токового шунта управляется ОУ в схеме стабилизатора тока ключей.

Сейчас буду таким же способом делать 2 эквивалента на 500Вт. Транзисторы есть. Радиаторы от процессоров пентиум4. Шумно, да. Габаритно, да. Да и чёрт с ним. Можно в Питере заказать профиль алюминиевый крупный, если что.

В книге Мелешина видел описание нерассеивающей электронной нагрузки с возвратом энергии в сеть.
Но это устройство намного сложнее, чем полевики с резисторами.