Bygga dummyload, planeringen

[Icecap]

På jobbet behöver vi ibland testa nätdelar. Deras spänning kan vara 3,3V eller 5V eller 7,5V eller 12V eller 15V.
De brukar vara på 200W eller 300W och det som ska testas är "långtidsstabilitet".

Först kollade jag hos ELFA och där fanns det 50W motstånd på 1 Ohm till ett mycket trevligt pris, då kunde jag enkelt stycka ihop en del kombinationer som skulle passa oss. Sedan kom verkligheten ikapp, artikeln kan inte beställas...

Nåja, är det för bra för att vara sant - då är det så.

Alltså finns det anledning till att fundera över bästa lösningen när den billigaste inte är med i spelet längre.

Först räknade jag lite på effekter (300W är trots allt en del värme att släppa av med), kylelement, priser och lösningar osv.

Resultatet blir ett kylelement med 0,3°C/W @ 300W. Den ska klara att jobba inom ett skapligt område - och jag kommer att bygga en temperaturövervakning som styr en fläkt för att sänka det termiska motståndet än mer.

Men att elda upp 300W i en och samma transistor är ju inget bra! Shuntmotståndet blir svårt att få till på ett bra sätt, ledningar blir varma och allt sånt skit, alltså fördelar jag strömmen (upp till 91A) över 8 st MOSFET. Det ger dels en fysisk fördelning av värmen på kylelementet, dels shuntmotstånd i vettiga storlekar och ledningar som inte eldas upp osv.

Men 8 st transistorer som ska dela på strömmen ska gärna samköras, att ha 7 som vilar sig och en som svettas ihjäl sig är inte grejen heller, alltså bör det finnas ett kretslopp som tar hand om lite styrning.

Då kom jag fram till att om jag kan styra hela skiten med en µC kan den hålla koll på testtid, mäta spänningar, kolla strömmar, variera belastning osv. Med RS232-kommunikation kan man koppla in en skräpdator som kan logga och ha sig lite, det kan vara trevligt. Men dummyloaden ska såklart kunde köra autonomt.

Jag tänker mig att man ska kunde lägga in testprogram som t.ex. växlar belastningen mellan kanske 50% och 75% osv. Kanske ska det hela köra 24 timmar eller liknande för att en nätdel kan godkännas.

I grunden är testsättet "bara" ett mjukvaraproblem när väl styrningen rent faktisk kan styra belastningen.

Självklart ska spänning, rippel, ström och temperatur övervakas och gränser ska kunde ställas upp för godkänd och fel.

Första designsteg efter själva planeringen var att fundera fram ett kretslopp som kan styras, parallellkopplas och vara stabilt. Detta gjorde att jag kom fram till denna första utgåva:

Current_Load_100.png

Komponenterna är inte alla med exakt värde, Q1 är t.ex. vald för rätt kapsel (TO-247) och funktion men kommer sannolikt i själva verket att vara en annan modell.

IC1 ska vara en dubbel op-amp med rail-to-rail på in- och utgången, OP296 duger helt säkert men är otrevligt dyr. Jag valde den pga. SO8 kapseln, det finns en del olika modeller som kan användas då.

R1 är shuntmotståndet, vid att fördela de maximala 91A över 8 enheter kan strömmen i varje enhet hålla på ett rimligt nivå om ung. 12A.

På POT2 kompenserar man för offset-fel som ju alltid finns, den koppling ger samtidig ett litet lyft av mätspänningen så att det finns mer att jobba med för op-amp'en. POT1 används för att trimma förstärkningen så att alla enheter ger samma utgångsspänning för samma ström.

Jag vill nämligen att µC'n kan hålla koll på att den önskade ström rent faktisk dras. På CN2, pin 1 kommer det alltså en spänning som motsvarar strömmen som dras, av den anledning ska det finnas en förstärkning.

På CN2 pin 2 skickas in en spänning som bestämmer vilken ström enheten ska dra. Jag genererar nog den spänning via en 10-bit D/A-omvandlare, detta ger mig en upplösning på ung. 89mA från 0A till 91A (fördelad över alla enheterna) och det bör vara OK tycker jag.

C1 & C2 är med för att kunde hindra självsväng.

CN2 pin 3 är GND-anslutningen från mätsystemets nätdel, pin 4 är +12V.

Min tanke bakom det hela är att jag ska kunde koppla ihop ett "valfritt" antal enheter (i detta projekt: 8 st) och sedan bara koppla ihop deras CN2 med varandra. Det ger enkel interface och R8 på alla enheterna fungerar då som ett "blandarsteg" så att den totala ström som dras blir medel av de givna spänningar.

I själva styrenheten kommer jag att ha ett textbaserat LCD-modul och en rotationsgivare för att kunde styra och ställa saker. Den ska kunde dels mäta strömmen (via spänningen från CN2 pin 1), dels styra önskat ström via spänningen till CN2 pin2.

Såklart ska den kunde mäta spänningen som nätdelen som testas (DUT = Device Under Test) ger, rippel ska kollas likaså samt temperaturen. Kylelementet kommer att temperaturövervakas också och en fläkt kommer att kunde forcera kylning vid behov.

230Vac till DUT styrs av styrningen också, om något överhettas eller avvikelser i data sker på ett sätt som kan ses som fel gör att strömmen till DUT klipps direkt.

Med den enhet färdig kan vi ha en automatisk testning av nätdelar, vi får antingen ett godkännande (t.ex. 24 timmar med 95% belastning utan problem) eller ett fel som är definierat som t.ex. övertemperatur, rippelproblem eller liknande.

Mitt största problem är att ha bra anslutningar till testenheten, 91A är inte småskit att koppla enkelt och tillförlitligt men även där har jag en idé som ganska säkert kommer att fungera helt OK: bus-bar med fingerskruvar.

[blueint]

Finns batterihandskar till UPS som klarar en hel del?

Intressant projekt iaf. Annars kanske en konstlast skulle kunna vara en bit tråd av rätt diameter?

[PeterH]

Det här ska bli intressant att följa, en trådbit kan säkert vara funktionell, men det är inte lika coolt

[Biker]

Sök på laddhandske så är kontaktproblemet löst iaf - finns upp till många många hundra A konstant.

Så en mindre variant borde passa dig perfekt

[NULL]

Istället för fingerskruvar kan man ta vingmuttrar...

[adent]

http://24volt.eu/osc2/catalog/product_i ... cts_id=680

Såg denna precis...

[blueint]

OT: Räknade på en dumplast för en kärnreaktors elektriska effekt (400 MW) t.ex om lasten försvinner. Det skulle gå åt cirka 1 m³/s av vatten som värms från 20 °C till 80 °C och värms av metallrör tjocka som vattenledningar i ett badrum.

Nu blir det intressant om det blir resistorn från 24volt eller den som planerats av TS

[Icecap]

adent: Jag var inne på en belastning med motstånd först (som jag skrev) men då jag insåg att priset ville bli rimligt högt med tanke på de många spänningar (5 olika), att den ska kunde växla belastning osv. Totalt sett skulle en ungefärlig belastning på 300W på 3,3V spänning medföra att det behövs 19 st av dessa motstånd vilket ger en totalkostnad av 3705:- bara i motstånd.

Använder man andra värden på motståndet ändras antalet såklart också men i gemen blir det en dyrare lösning.

Sedan tillkommer styrningen som ändå ska vara där, överhettning, spänningsfel osv. ska ju fortfarande kontrolleras.

Jag vill även kunde ha en testcykel som innebär varierande laster, med motståndslast kommer det att bli en del reläer och ganska abrupt stegning mellan dessa, det "avancerade" sättet medger att stegen är mycket lägre och ändringarna kan ske över tid - vilket motsvarar verkliga livet för nätdelarna.

Totalt sett är det alltså billigare att göra aktiv strömstyrning och en lite mer avancerat styrning än att ha en "primitiv" dummyload bestående av motstånd. På köpet får man en mycket trevligare enhet som medger en mycket mer avancerat testcykel.

[Andy]

Det går att göra kraftiga lastmotstånd genom att rulla/snurra en bit rundstål (järn) 5 - 6 mm i svarven (spiralfjäderform) och sedan svetsa på önskat antal uttag.
Sänker man sedan ner detta i en hink/behållare med vatten kan man sänka många Watt!