Elektronische Last

Anforderung

Eine elektronische Last gehört in jedes Labor, zumal immer wieder Lastkennlinien zu ermitteln sind. So auch hier.

Die elektrischen Forderungen

• max Spg. mindestens 24V
• Laststrom bis zu 5A
• µC gesteuert

Funktionsbeschreibung

Eine Leistungs-"Batterie" aus mehren MOSFET dient als eigentliche Last. Über einen OP wird eine Spannung eingeprägt und mit dem Spannungsabfall über dem Emitterwiderstand verglichen und ausgeregelt.

Die Referenzspannung wird über PWM direkt vom µC erzeugt und über einen zweistufigen Filter gleichgerichtet, entkoppelt und eingeprägt.

Per Drehencoder kann der Benutzer das PWM Signal einstellen und erhält damit eine korespondierende Gleichspannung nach dem Filter.

Ein hochauflösender ADC misst an beiden Lastwiderständen die anstehende Spannung, berechnet die jeweiligen Lastströme und stellt sie zur Weiterverarbeitung bereit

Auf dem Display wird neben gemessenem Laststrom die Verlustleistung ermittelt und angezeigt; ebenso kann die Kühlkörpertemperatur angezeigt werden

Die Software hat vier relevanten Grenzwerte vorgegeben:

1. Temperatur, bei der der Lüfter eingeschaltet wird (50°C)
2. Temperatur, bei der der Lüfter ausgeschaltet wird (40°C)
3. Leistung, bei der der Lüfter vorab aktiviert wird (15W)
4. Temperatur, bei der eine Notabschaltung erfolgt (70°C), d.h. der Strom wird auf ein Soll von 0 heruntergeregelt

Wird der Drehencoder gedrückt, springt die Anzeige in das nächste Einstellmenü. Diese sind

Strom stellen -> Schrittweite einstellen -> Temperatur anzeigen -> Strom einstellen

Dokumente

Die Ansteuerung erfolgt über das ATMega8-Modul, die wesentlichen Anpassungen sind im unten dargestellten Schaltplan gelistet.

Dringend erforderlich sind die Ferritkerne (L1-L4) an den Drainanschlüssen der Leistungsfet, da diese ansonsten unter Last stark zu schwingen anfangen! Selbstverständlich ist auch ein entsprechend großzügig dimensionierter Kühlkörper vorzusehen, um die anfallende Verlustleistung abführen zu können

Firmware

aktuell Version 1.0

Die Version 1 erlaubt die Einstellung des Laststroms; eine Regelung seitens SW findet nicht statt

bekannte Bugs und Optimierungen

• evtl. ist durch das PWM Stellsignal die Einstellrasterung nicht ausreichend -> Abhilfe: DAC verwenden
• SW Regelung einbauen

Bauteile

• OP LMC7101; alternativ können beliebige Rail-to-Rail OP verwendet werden.
• Die Leistungstransitoren sind BUZ342, auch hier können beliebige MOSFET verwendet werden, diese bestimmen letztlich die maximale Verlustleistung (Kühlung/Kühlkörper beachten)
• Der ADS1112 wurde aus zwei Gründen verwendet
  • er erlaubt zwei differentielle Messungen
  • hat einen integrierten Verstärker

Projektname

tr083-2015

Weblinks

• Kerry Wong's Elektronische Last Link
• Electro Labs DIY 30W Adjustable Electrical Load
• EDL aus dem c't Lab