電子負荷の製作(1)
ニッケル水素電池充電器などの電源装置を作ると、電源に負荷をかけたときの特性を測る必要がでてきます。 抵抗 を負荷にして実験する場合、負荷電流を変えるには 抵抗値 を変える必要があり、許容損失の大きな(W数の多い)抵抗を何種類も用意する必要があります。そこで今回、負荷電流等を 半固定抵抗 で自由に設定できる電子負荷を製作しました。もともとはニッケル水素電池充電器の試験用に作った電子負荷ですが、電池の放電器としても使えます。
2. 電子負荷の製作方法
↑ 画像をクリックすると拡大 写真1、電子負荷の外観 ↑ 画像をクリックするとPDFファイルで表示 図1、電子負荷の回路図 表1 、電子負荷の部品表 部品番号 数量 品名 型番/仕様 メーカー 備考 参考単価 R4 1 抵抗 1Ω±5%, 1/8W 10円未満 R8, R9 2 抵抗 2Ω±5%, 1/4W 1%の抵抗の方がよい 10円未満 R6 1 抵抗 10Ω±5%, 1/8W 10円未満 R2 1 抵抗 330Ω±5%, 1/4W 10円未満 R3, R5 2 抵抗 1kΩ±5%, 1/8W 10円未満 R17, R18 2 抵抗 1.5kΩ±5%, 1/8W 10円未満 R7, R10, R13, R14, R15, R16 6 抵抗 10kΩ±5%, 1/8W 10円未満 R1 1 抵抗 75kΩ±5%, 1/4W 1/8Wの抵抗でも可 10円未満 R11, R12 2 抵抗 1MΩ±1%, 1/8W 10円未満 VR1 1 半固定抵抗 2kΩ 21円 VR2, VR4 2 半固定抵抗 10kΩ 21円 VR3 1 半固定抵抗 20kΩ 21円 C8, C10, C11 3 セラミックコンデンサ 100pF, 50V 5円 C5, C6 2 セラミックコンデンサ 0.01μF, 50V 耐圧は10Vで十分 5円 C1, C2, C9 3 セラミックコンデンサ 0.1μF, 25V 5円 C3, C7 2 アルミ電解コンデンサ 10μF, 16V 38円 C4 1 アルミ電解コンデンサ 220μF, 25V 41円 Q1 1 Nch-MOSFET 2SK2232 東芝 100円 Q2, Q3 2 PNPトランジスタ 2SA1015 東芝 21円 L1 1 コイル LLI-8X10-100 Linkman 10μH 21円 D1, D2 2 ショットキーダイオード 1N5818 MIC 37円 D3, D4 2 PN接合ダイオード 1S1588 東芝 1SS133でも可 21円 U1 1 三端子レギュレータ MC78L05ACP モトローラ 25円 U2 1 OPアンプ LMC6482AIN ナショセミ 273円 LED1 1 LED 直径5mm, オレンジ 15円 LED2, LED3 1 LED 直径3mm, 赤 21円 F1 1 ポリスイッチ RXEF050 レイケム 63円 T1 1 ターミナル 赤色端子 80円 T2 1 ターミナル 黒色端子 80円 TP1, TP2, TP3, TP4, TP5 5 テストピン SST-2-1 サンハヤト 16円 CN1 1 DCジャック 内径2.1mm, 外形5.5mm 60円 1 ヒートシンク 16PB017-01025 グローバル電子 20℃/W 40円Q1(2SK2232)をヒートシンク (放熱器)にビスで留めて放熱しますが、Q1とヒートシンクの間には放熱用のシリコングリス を塗ってください。そうでないと熱がQ1からヒートシンクにうまく伝わりません。
写真2、半固定抵抗の配置 ↑ 画像をクリックすると拡大 写真3、電子負荷の裏側3. 電子負荷の動作原理
図2、電子負荷の電流-電圧特性 図3、電源に電子負荷をつないだ場合実際の電圧と電流は、電子負荷の動作曲線(黒)と電源の動作曲線(赤)が交わる点になります。ケース(1)とケース(2)では、電源の動作曲線が電子負荷の動作曲線の定電流領域(垂直線)と交わっています。すなわち、電源の起電力Eが変化しても負荷電流が変化しない事になります。この場合、電子負荷は定電流負荷として働いています。
ケース(3)とケース(4)では、電源の動作曲線が電子負荷の動作曲線の定電圧領域(水平線)と交わっています。すなわち、電源の起電力Eが変化しても負荷電圧が変化しない事になります。この場合、電子負荷は定電圧負荷として働いています。
4. 電子負荷の使い方
電圧値の設定は、VR1とVR3で行います。まずVR3でおおまかに調整してから、VR1で微調整してください。設定した電圧値は、TP1とTP3の間の電圧をデジタルマルチメータで読めば分かります。デジタルマルチメータの表示の2倍が、電子負荷の設定電圧になります。たとえばデジタルマルチメータの表示が1.5Vなら、電子負荷の設定電圧は3Vとなります。電圧値は最大10Vまで設定できます。
電流値や電圧値を設定したら、電子負荷を電源に接続してください。赤い端子(T1)を電源の＋側、黒い端子(T2)を電源の－側につないでください。逆につなぐと、電子負荷の故障の原因になります。
図4、電子負荷が使用できる領域5. 電子負荷の特性
↑ 画像をクリックすると拡大 写真4、電子負荷の特性の測定風景左に写っている電源(KIKUSUI PMC18-3A)を右下の電子負荷に接続しています。デジタルマルチメータが2台ありますが、左側(Linkman LDM-81D)で負荷電流を測っています。右側のデジタルマルチメータ(SOAR 3510)では、負荷電圧を測っています。電流計(左側のデジタルマルチメータ)で電圧降下が起こるため、電圧計(右側のデジタルマルチメータ)は電源にではなく、電子負荷の方につないでいます。(電源の電圧表示は11.45Vなのに、電圧計の表示は9.93Vになっていますね。これらの差の1.52Vは、左側のデジタルマルチメータの内部抵抗で生じる電圧降下と考えられます。200.4mA流して1.52Vの電圧降下が生じているので、左側のデジタルマルチメータの内部抵抗は7.58Ωと計算できます)
図5、2V、200mAに設定した場合の電子負荷の特性 図6、1V、500mAに設定した場合の電子負荷の特性 図7、1V、500mAに設定した場合の電子負荷の特性(垂直方向に拡大) 図8、1V、500mAに設定した場合の電子負荷の特性(水平方向に拡大)このページで使われている用語の解説
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