간단한 전자부하(Electronic load)를 만들어 봅시다.

[덤보]

간단한 전자부하(Electronic load)를 만들어 봅시다.

간혹 전원회로를 구성하다 보면 회로가 정상적으로 전원출력을 내고 있는지 확인해 볼 필요가 생기는데, 

이럴 때 필요한 것이 부하저항이랍니다.

부하저항은 보통 가변저항이나 권선저항을 많이 사용하게 되는데, 시험 조건에 따라 다양한 저항을 준비해야 하는데,

이를 대신하여 전자회로를 구성하여 부하저항으로 사용하는 것을 전자부하라고 한답니다.

전자부하는 정전류(Constant Current : CC), 정전압(Constant Voltage : CV), 정저항(Constant Resistance : CR)의 

3가지 모드로 구분된답니다.

   - 정전류 모드는 전압에 상관없이 미리 설정한 부하값으로 일정한 전류가 흐르게 하는 방식이고,

   - 정전압 모드는 부하입력단자의 전압(VIoad)을 미리 정한 후 부하를 증가시켜 전류를 증가시키는 방식이고,

   - 정저항 모드는 부하를 고정하고, 입력전압에 따라 부하전류가 비례하게 증가시키는 방식이랍니다.

지금 우리가 만들고자 하는 전자부하는 정전류(Constant Current : CC)을 응용한 전자부하(Electronic load) 랍니다.

회로도

자세한 회로도, 부품 배치도, 패턴도는 여기를 클릭하세요

https://cafe.daum.net/funny-circuit/M2lg/100

회로 구성은

기준전압(Vref)을 생성하기 위한 저항과 가변저항으로 구성된 분압회로와, 전류 부하로 동작하는 FET, 부하전류를 

검출하기 위한 션트저항, 검출된 전류로부터 발생된 전압(Vrs)을 비교하기 위한 OP AMP로 구성된답니다.

회로 동작은

저항과 가변저항으로 구성된 분압회로로부터 기준전압을 설정하고, OP AMP의 반전입력(- )으로 공급합니다.

기준전압에 의해 도통된 MOSFET는 외부로부터 공급된 부하 전류를 통과시키게 되고, 션트 저항에 의해 

전류 검출 전압이 발생하게 된답니다.

발생된 전류 검출 전압은 OP AMP의 비반전 입력으로 궤환되고, 비반전입력과 반전입력이 같아지기 위해 OP AMP는 

특정 출력 전압을 MOSFET 게이트로 공급하게 되어 MOSFET를 안정화시켜 정전류의 부하전류를 계속해서 흐르게 

한답니다.

이때 전류는 MOSFET에서 열로 변환되어 소비되므로 열을 분산시키기위한 방열판과 강제 냉각이 필요하게 된답니다.

부품을 준비해 봅시다...

품명	형명	적용	수량	비고
콘덴서	0.01uF	C1,C3,C6	3	mono
콘덴서	0.001uF50V	C2	1	mono
콘덴서	100uF	C4	1	전해
팬	12Vdc FAN	FAN1	1	50*50*10
콘넥터	5267-2	J1	1	또는 동등품
콘넥터	5273-3	J2	2	중앙 핀 제거
LED	GRN, 5mm	LD1	1
FET	IRFPC50	Q1	1
저함	6.8k	R1	1
저항	1.2k	R2,R8	2
저항	1k	R3,R4,R6	3
저항	47	R5	1
저항	MPR 5W0.1Ω	R7	1	션트
가변저항	1k	VR1	1	B type
스위치	SWSLIDE-DPDT,mini	SW1	1	또는 동등품
IC	LM324	UI	1
방열판	50*50*40		1	가급적 큰것
패턴 와이어	단선	패턴용	필요량	0.3mm, 주석도금,
전선	연선	배선용	필요량	AWG24~26
PCB	만능 PCB

부품이 준비되었으면 만들어 봅시다.

부품 배치도와 패턴도

완성품

조립 완성

회로 조립이 완료되고 육안검사가 끝났으면 전원을 연결하여 시험을 해봅시다.

① 전원공급기를 준비하여 출력을 12V로 설정한 후 J1에 연결하여 전원을 공급합니다.

② 전원스위치(MINI 스위치)를 ON 한 후 LED가 점등되고 방열판에 부착되어 있는 팬이 동작하는지 확인합니다.

③ 전원을 OFF 한 후 J2에 전원이 OFF 상태인 부하 시험 할 회로의 출력을 연결합니다.

   (이때 전압 메터와 전류 메터를 도면에 표시된 방법으로 연결합니다.)

④ J2 콘넥터의 1번 핀에 부하시험을 할 회로의 (+)측이, 2번 핀에 (-)측이 연결되어 있는지 확인합니다.

⑤ 부하시험할 회로와 정상적으로 연결이 되었으면 가변저항 VR을 왼쪽의 완전히 돌려 놓습니다.

⑥ 전자부하기의 스위치를 ON 하여 LED가 점등되는지 확인합니다.

⑦ 부하 시험을 할 회로의 전원을 ON 합니다.

⑧ 전자부하기와 연결된 전압메터와 전류메터를 확인하여 전압메터는 시험할 회로의 전압이 나타나는가 확인하고 

   전류메터는 “0”이 나타나는지 확인합니다.

⑨ 가변저항 VR을 왼쪽에서 오른쪽으로 서서히 돌려 원하는 부하전류가 전류메터에 표시되는지 확인합니다.

⑩ 일정시간 부하시험을 진행하는데, 방열판이 너무 뜨거워지면 가변저항 VR을 왼쪽으로 돌려 부하를 줄이고 

   시험을 중지합니다.

 12Vdc에서 5A, MAX 6A의 부하 전류를 측정한 모습

...5A에서 6A로 부하를 키우니 전압이 0.5V 떨어졌네요...^^

회로의 동작상태를 확인해 보았습니다....

부하시험을 진행하는 동안, 부하 전류가 가변저항을 돌리지 않았음에도 불구하고 증가하게 되는데..

이는 FET에서 많은 열이 발생하게 되어 내부 저항값이 변화되어 나타나는 현상으로 방열판의 크기를 크게 하거나 

강력한 팬을 사용하여 열을 발산시켜야 한답니다.

또는 여러개의 FET를 적용하여 열 발생을 분산시킬 수도 있답니다.

이상으로.. 간단한 전자부하기를 만들어보았습니다.

[임종권]

부하전류가 변하는 것은 오피앰프 입력에 기준전압이나 기준전압이 흐르는 가변저항에 열특성이 문제이지 않을까요??FET의 온도 특성으로 RDS값이 바뀌어도 오피앰프의 출력측에서 검출되는 부분이 있어서 그렇다고 생각되네요

[덤보]

그럴수도 있답니다.