Узел электронной нагрузки
Техническое решение относится к области электротехники, и может использоваться для имитации потребления тока блоками ракеты с обеспечением интенсивного отвода тепловой энергии.
Узел электронной нагрузки позволяет задавать циклограмму изменения тока по программе в требуемом диапазоне, а также получать выходное напряжение, пропорциональное току в нагрузке для регистрации схемой имитатора ракеты.
Узел электронной нагрузки состоит из схемы управления, сопротивления нагрузки и по крайней мере одного канала, включающего в себя операционный усилитель, управляющий и силовой транзисторы, а также сопротивления, при этом в каждом канале имеется общая обратная связь. обеспечивающая независимость тока от внешних условий и от разогрева силовых транзисторов и элементов нагрузки.
Конструктивно узел электронной нагрузки выполнен в виде закрепленных на жестком основании последовательно расположенных элементов: вентилятор для нагнетания хладагента, радиаторы, на которых размещены силовые транзисторы, сопротивление нагрузки в виде спирали из нихрома, вентилятор для удаления хладагента.
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для имитации потребления тока блоками ракеты с обеспечением при этом интенсивного отвода тепла.
При проведении поиска по первому независимому пункту аналогов не выявлено.
Известна система охлаждения тепловыделяющий блоков (патент RU 
2043704, публ. 10.09.1995 г., МПК Н05К 7/20), содержащая герметичный корпус-теплообменник, вентилятор для отвода потока охлаждающего воздуха, расположенный на входе камеры размещения тепловыделяющих блоков, при этом стенки корпуса-теплообменника имеют ребра с внешней и внутренней сторон.
Недостатком данного изобретения является недостаточная эффективность охлаждения тепловыделяющих блоков.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели является устройство для охлаждения полупроводниковых приборов, в котором эффективность охлаждения полупроводниковых приборов повышается за счет использования вентилятора с установленными на его поверхности рассекателями, создающими турбулентный поток (патент RU 2133561, публ. 20.07.1999 г., МПК Н05К 7/20, H01L 23/34, Н01С 1/08). Данный прибор состоит из мощных полупроводниковых приборов, размещенных на радиаторе с ребрами, и соединенного с радиатором вентилятора.
Недостатками данного изобретения являются сложность конструкции и недостаточно высокая эффективность охлаждения полупроводниковых приборов.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных выше недостатков, создание конструкции, обеспечивающей интенсивный отвод тепловой энергии.
Поставленная задача решается за счет того, что узел электронной нагрузки, состоящий из схемы управления, датчика тока, сопротивления нагрузки и по крайней мере одного канала, включающего в себя операционный усилитель, силовой транзистор, управляющий транзистор, входное сопротивление, сопротивление общей обратной связи, первое сопротивление, второе сопротивление, третье сопротивление, четвертое сопротивление, пятое сопротивление, шестое сопротивление, при этом выход схемы управления соединен с вторым выводом входного сопротивления, первый вывод входного сопротивления соединен с вторым выводом первого сопротивления, первым входом операционного усилителя и с вторым выводом сопротивления общей обратной связи, второй вход операционного усилителя соединен с заземляющим проводом, первый вывод первого сопротивления соединен с вторым выводом второго сопротивления и с выходом операционного усилителя, первый вывод второго сопротивления соединен с вторым выводом третьего сопротивления и с базой управляющего транзистора, коллектор управляющего транзистора соединен с вторым выводом четвертого сопротивления, первый вывод третьего сопротивления соединен с первым выводом шестого сопротивления, с «-27В» источника питания и эмиттером управляющего транзистора, второй вывод шестого сопротивления соединен с первым выводом сопротивления общей обратной связи и с коллектором силового транзистора, первый вывод четвертого сопротивления соединен с первым выводом пятого сопротивления и с базой силового транзистора, эмиттер силового транзистора соединен с вторым выводом пятого сопротивления и первым выводом сопротивления нагрузки, второй вывод сопротивления нагрузки соединен с первым входом датчика тока, второй выход датчика тока соединен с «+27В» источника питания.
Поставленная задача также решается за счет того, что узел электронной нагрузки, содержащий радиатор с ребрами, служащий для прикрепления охлаждаемых полупроводниковых приборов, вентилятор для нагнетания хладагента, дополнительно содержит вентилятор для удаления хладагента, при этом все элементы размещены в корпусе, на торцах которого расположены вентиляционные решетки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - электрическая схема узла электронной нагрузки;
фиг.2 - вид сбоку варианта конструктивного выполнения узла электронной нагрузки (корпус не показан);
фиг.3 - вид спереди варианта конструктивного выполнения узла электронной нагрузки.
На фиг.1 обозначены:
1 - схема управления;
2 - входное сопротивление канала;
3 - первое сопротивление канала;
4 - операционный усилитель канала;
5 - второе сопротивление канала;
6 - третье сопротивление канала;
7 - сопротивление общей обратной связи канала;
8 - управляющий транзистор канала;
9 - четвертое сопротивление канала;
10 - пятое сопротивление канала;
11 - силовой транзистор канала;
12 - шестое сопротивление канала;
13 - сопротивление нагрузки;
14 - датчик тока;
15 - «-27»В источника питания;
16 - «+27В» источника питания.
На фиг.2 обозначены:
17 - вентилятор для нагнетания хладагента;
18 - вентилятор для удаления хладагента;
19 - радиатор.
На фиг.3 обозначены:
20 - вентиляционная решетка;
21 - корпус.
Предлагаемый узел электронной нагрузки, электрическая схема которого представлена на фиг.1, содержит схему управления 1, датчик тока 14, сопротивление нагрузки 13 и по крайней мере один канал, включающий в себя операционный усилитель 4, силовой транзистор 11, управляющий транзистор 8, входное сопротивление 2, сопротивление общей обратной связи 7, первое сопротивление 3, второе сопротивление 5, третье сопротивление 6, четвертое сопротивление 9, пятое сопротивление 10, шестое сопротивление 12, при этом выход схемы управления 1 соединен с вторым выводом входного сопротивления 2, первый вывод входного сопротивления 2 соединен с вторым выводом первого сопротивления 3, первым входом операционного усилителя 4 и с вторым выводом сопротивления общей обратной связи 7, второй вход операционного усилителя 4 соединен с заземляющим проводом, первый вывод первого сопротивления 3 соединен с вторым выводом второго сопротивления 5 и с выходом операционного усилителя 4, первый вывод второго сопротивления 5 соединен со вторым выводом третьего сопротивления 6 и с базой управляющего транзистора 8, коллектор управляющего транзистора 8 соединен со вторым выводом четвертого сопротивления 9, первый вывод третьего сопротивления 6 соединен с первым выводом шестого сопротивления 12, с «-27В» источника питания и эмиттером управляющего транзистора 8, второй вывод шестого сопротивления 12 соединен с первым выводом сопротивления общей обратной связи 7 и с коллектором силового транзистора 11, первый вывод четвертого сопротивления 9 соединен с первым выводом пятого сопротивления 10 и с базой силового транзистора 11, эмиттер силового транзистора 11 соединен со вторым выводом пятого сопротивления 10 и первым выводом сопротивления нагрузки 13, второй вывод сопротивления нагрузки 13 соединен с первым входом датчика ток 14, второй выход датчика тока 14 соединен с «+27В» источника питания.
Рассмотрим работу узла электронной нагрузки на примере работы схемы устройства, представленной на фиг.1.
Управляющее напряжение Uупр поступает через входное сопротивление канала 2 на инверсный вход операционного усилителя канала 4, на этот же суммирующий вход через сопротивление общей обратной связи канала 7 поступает напряжение, пропорциональное току через силовой транзистор канала 11 с шестого сопротивления канала 12. Ток с выхода операционного усилителя канала 4 через усилитель на управляющем транзисторе канала 8 открывает силовой транзистор канала 11 в такой степени, чтобы действие напряжения обратной связи Uoc практически, при большом общем коэффициенте усиления, совпало с действием управляющего напряжения Uупр. Ток узла электронной нагрузки проходит через параллельно включенные силовые транзисторы каналов 11 (11N) на сопротивление нагрузки 13. При работе данного устройства на сопротивлении нагрузки 13 и на силовых транзисторах выделяется большое количество тепла. Для контроля тока, протекающего через узел электронной нагрузки, применяют датчик тока 14.
Данное устройство позволяет задавать циклограмму изменения тока по программе в требуемом диапазоне, а также получать выходное напряжение, пропорциональное току в нагрузке для регистрации схемой имитатора ракеты. Наличие общей обратной связи по току в каждом канале обеспечивает независимость тока от внешних условий и от разогрева сопротивления нагрузки 13.
Предлагаемый узел электронной нагрузки, один из вариантов конструкции которого представлен на фиг.2, содержит радиатор 19 с ребрами, на котором прикреплены охлаждаемые полупроводниковые приборы, вентилятор для нагнетания хладагента 17, вентилятор для удаления хладагента 18, при этом все элементы расположены в корпусе 21, на торцах которого расположены вентиляционные решетки 20.
Конструктивно узел электронной нагрузки выполнен в виде закрепленных на жестком основании последовательно расположенных элементов: вентилятор для нагнетания хладагента 17, радиатор 19, на котором размещены силовые транзисторы 11 (11N), сопротивление нагрузки 13 в виде спирали из нихрома, вентилятор для удаления хладагента 18. Вся сборка помещена в корпус 21. В силовых транзисторах 11 (11N) и в сопротивлении нагрузки 13, рассеивается значительная мощность (до 1000 Вт), поэтому для отвода тепла применены два вентилятора: вентилятор для нагнетания хладагента 17 и вентилятор для удаления хладагента 18, а силовые транзисторы 11 (11N) размещены на радиаторах, через межреберные щели которых прогоняется воздушный поток. Силовые транзисторы 11(11N) могут быть расположены на общем радиаторе 19, а могут и на отдельных радиаторах.
Рассмотрим работу узла электронной нагрузки на примере работы конструкции одного из вариантов устройства, представленной на фиг.2.
При работе узла электронной нагрузки на силовых транзисторах 11 (11N) и на сопротивлении нагрузки 13 выделяется большое количество тепла. Силовые транзисторы 11 (11N) расположены на радиаторе 19 и передают тепло через радиатор 19 в окружающий воздух. Тепло с сопротивления нагрузки 13 также выделяется в окружающий воздух. Вентилятор для нагнетания хладагента 17 нагнетает хладагент, например воздух, внутрь корпуса 21 узла электронной нагрузки. Вентилятор для удаления хладагента 18 удаляет нагретый воздух, таким образом, введение второго вентилятора позволяет повысить эффективность охлаждения элементов узла электронной нагрузки и таким образом повысить надежность его работы.
Предлагаемое устройство может быть использовано в ракетной технике, в частности для проверки аппаратуры носителя, например, при проверке возможности аппаратуры носителя обеспечить ракете требуемый ток потребления. Оно может быть использовано для имитации циклограммы потребления тока блоками ракеты.
Представленные чертежи и описание устройства позволяют, используя существующую элементную базу, изготовить устройство промышленным способом, что характеризует предлагаемую полезную модель как промышленно применимую.
1. Узел электронной нагрузки, состоящий из схемы управления, датчика тока, сопротивления нагрузки и по крайней мере одного канала, включающего в себя операционный усилитель, силовой транзистор, управляющий транзистор, входное сопротивление, сопротивление общей обратной связи, первое сопротивление, второе сопротивление, третье сопротивление, четвертое сопротивление, пятое сопротивление, шестое сопротивление, при этом выход схемы управления соединен с вторым выводом входного сопротивления, первый вывод входного сопротивления соединен с вторым выводом первого сопротивления, первым входом операционного усилителя и с вторым выводом сопротивления общей обратной связи, первый вывод первого сопротивления соединен с вторым выводом второго сопротивления и с выходом операционного усилителя, первый вывод второго сопротивления соединен с вторым выводом третьего сопротивления и с базой управляющего транзистора, коллектор управляющего транзистора соединен с вторым выводом четвертого сопротивления, первый вывод третьего сопротивления соединен с первым выводом шестого сопротивления, с «-27В» источника питания и эмиттером управляющего транзистора, второй вывод шестого сопротивления соединен с первым выводом сопротивления общей обратной связи и с коллектором силового транзистора, первый вывод четвертого сопротивления соединен с первым выводом пятого сопротивления и с базой силового транзистора, эмиттер силового транзистора соединен с вторым выводом пятого сопротивления и первым выводом сопротивления нагрузки, второй вывод сопротивления нагрузки соединен с первым входом датчика тока, второй выход датчика тока соединен с «+27В» источника питания.
2. Узел электронной нагрузки, содержащий радиатор с ребрами, служащий для прикрепления охлаждаемых полупроводниковых приборов, вентилятор для нагнетания хладагента, отличающийся тем, что дополнительно содержит вентилятор для удаления хладагента, при этом все элементы размещены в корпусе, на торцах которого расположены вентиляционные решетки.
