Digitálně řízená lineární odporová zátěž

Chtěl bych si vyrobit digitálně řízenou odporovou zátěž s lineárnm průběhem odporu a dále uvedenými parametry. Řízení odporové zátěže předpokládám Arduinem.

Odporovou zátěží by měl protékat proud 100mA +/-0.025mA při pozvolna klesajícím stejnosměrném napětí od 4.20V do 2.20V DC +/-0.01V. Pokles napětí v čase o 0.01V za 30 až 720 sekund.

Pro jemné nastavení odporu by byla vhodná digitálně řízená odporová zátěž s počtem kroků 2048 (11 bitů) a s rozlišením 0,01 ohmu na jeden krok.

Minimální nastavitelný odpor digitální odporové zátěže 22 ohmu (krok 0).

Maximální nastavitelný odpor digitální odporové zátěže 42,47 ohmu (krok 2047).

  1. Vzhledem k uvedeným parametrům zřejmě nepřipadá v úvahu použítí již hotového digitálního potenciometru, protože žádný s dostupných k tomu nemá potřebné parametry.

  2. Jaké byste navrhovali zapojení?

  3. Je šance, že by se dala digitální odporová zátěž s takto specifickými parametry sestrojit s náklady nepřesahujícími cca 2000 Kč?

1 Like

Zdravím, už dlouho na něčím podobným přemýšlím, ale pořád jen filozofuju, nebo mě něco brzdí nebo nemám čas. Mé řešení by používalo řízený zdroj proudu tranzistorem. Zatím jsem si odzkoušel zapojení s IRFZ48 + 8mOhmů snímací rezistor + OP07 (je potřeba záporné napětí jinak to nefunguje dobře). Tohle zapojení fungovalo velice dobře. Má další varianta by měla už používat nějakej MCU s 12bit ADC a 12bit DAC. Kdysi dávno jsem se pokoušel dělat experiment kdy jsem na výstup DAC posílal hodnotu z ADC. Při sinusovém průběhu a trošku přihmouření oka jsem se dostal na cca 30kHz (STM32F100 24Mhz). To by mělo na takovéto použití snad stačit, ale bohužel jsem to nedotáhnul. Chtěl bych to používat jako simulátor odporu řekněme od 0 do 5kOhmů. Toto by se pro jeden simulovanej odpor dalo postavit za pár stovek.

Moje uvahy:
Analyzujte realizovateľnosť projektu:

  • je úlohou vytvoriť odporovú dekádu riadenú počítačom ?
    alebo vybíjať akumlátor za účelom merania jeho charakteristiky resp. kapacity ?
    alebo je to zadanie diplomovej práce? máte cenový limit a koľko casu chcete venovať realizácii tohot projektu
    Ako ste zdatný v programovaní. Arduino vám poskytne mnoho možností merať a spracovať údaje ale Cpp poskytuje iba vytvoriť program bežiaci v nekonečne sa opakujúcej smyčke .

Na vybijací obvod s konštantným prúdom 100 mA požadujete presnosť /toleranciu/ ±25microAmper čo je asi 0.25% čo je už hodne vysoká presnosť na domáce pomery.
Podľa napäťového rozsahu a charakteru zdroja usudzujem že chcete vybíať nejaký akumlátor /3.7V??/
Presnosť vybíjacieho odporu 0.01 Ohm/krok - predpokladám že aj prívodné vodiče na meradlo majú väčší odpor a k tomu pridajte prechodové odpory spojov čo je cez požadovanú presnosť regulácie.
Ak vybíjate nejaký zdroj napätia, jeho vnútorný odpor rastie s mierou vybitia, preto je potrebné upravovať hodnotu odporu Rz pre zachovanie konstantnej hodnoty vybíjacieho prúdu.
Použitie prevodníkov z AVR nie je problem vzhladom na pomalosť dejov /zmena 0.01V za 30 až 720 sec.
A. Návrh môjho riešenia je vyskúšať jednoduchý obvod s tranzistorom NPN v zapojení spoločný emitor kde sa z Re vytvorí záporná spätná väzba obmedzujúca nárast prúdu.
Rz=22+k*0.01 pre k=0-2047
Už viete kedy sa má vykonať zmena záťaže? Predpokladám že ak je prúd 100mA mimo tolerancie.
B. Viacotáčkový potenciometer ak je v potrebnom rozsahu a triede presnosti + krokový motor + Arduino
C. Ak by ste to riešili s kaskádou relé a odporov vysokej presnosti, relé by museli mať pozlatené kontakty. Dalšia otázka sú prechodové javy pri prepínaní relé, muzou sposobiť náhle krátkodobé kolísanie hodnoty Rz.
D. Možno by sa to dalo vyriešiť aj takto úpravou a vylepšením niečoho hotového

http://blog.3b2.sk/igi/post/Umela-zataz-ZK-FX25-max42A-a-max25V.aspx
http://blog.3b2.sk/igi/file.axd?file=2022%2F8%2FZK-FX25_35.pdf

Všem děkuji za odpovědi.

Slevil jsem z požadavků na přesnost a nakonec jsem namísto realizace vlastního zapojení použil už hotové řešení v podobě modulu elektronické zátěže. Je to malý modul připravený pro měření kapacity různých aku. Je to trochu jiné provedení, ale v podstatě je to zhruba ten samý modul, na který zde uvedl odkazy saxiwiner. Kromě dalších parametrů je tam i nastavitelný konstantní vybíjecí proud a těch mnou požadovaných 100mA to zvládá také.

fz35

Zatím k ovládání používám tlačítko a otočný enkodér obojí integrované na tom měřáku, ale do budoucna k tomu můžu připojit i Arduino. Ten modul totiž má na plošňáku připravené plošky pro připojení na sériovou linku TTL, přes kterou se dají třeba z Arduina nejen číst aktuální měřená data, ale vysíláním různých povelů se dá modul i nastavovat a ovládat.

Pokud by to někoho zajímalo tak na GitHubu je k tomu podrobnější popis včetně komunikačního protokolu. Module XY-FZ25 and XY-FZ35

Díky za spätnú väzbu.
Je to veľmi pekný merací prístroj.

Tá presnosť merania je úplne inde, voltmeter presnosť na 10mV, ampermeter presnosť na 10mA.
Ten program, zdá sa že je na PC, súdim podľa vykreslenia tabulky r11-17 kodu z github je “html”
Ak potrebuješ zmerať nejaké aku jednorázovo, tak je to ok.
A je to o 3.7V / ?? do 0-5000mAh??

Myslím si, že tá moja odpoved mohla byť aj iná podla toho či si elektrikár alebo programátor.

Mal som ešte jeden nápad kde na riadenie vybíjania by stacil jeden odpor a jeden riadený D/A prevodník s zosilnením ala stabilizátor.
Ale tam by bolo treba na tom viacej zapracovat /postaviť obvody a urobiť niekolko pokusov a meraní/ a prúd by bol konštantý tých 100mA.
To by zvládlo aj arduino.
!!! Ešte nám daj echo po vyskúšaní v ručnom režime, či to funguje tak ako si očakával.

saxiwiner:
Myslím si, že tá moja odpoved mohla byť
aj iná podla toho či si elektrikár alebo programátor.

V podstatě obojí i když převážně spíš programátor. Vyučen jsem v oboru silnoproud. Poté jsem absolvoval školu s maturitou v oboru slaboproud. V minulosti jsem pracoval jako elektrikář NN a později jako marák. Pak jsem se dostal k programování a posledních cca 28 let se věnuji převážně programování v oboru průmyslových řídících systémů (PLC) se zaměřením na měření a regulaci, ale tu a tam si i různě zabastlím. Poslední dobou, ale mám stále méně času a tak stále častěji dávám přednost řešením kde se dají použít různé hotové moduly jako tomu bylo i nyní.

saxiwiner:
Ešte nám daj echo po vyskúšaní v ručnom režime,
či to funguje tak ako si očakával.

V ručním režimu jsem ten hotový modul elektronické zátěže vyzkoušel už na deseti článcích li-ion řady 14500. Měřil jsem jich několik s deklarovanou kapacitou 800, 900 a 1300mAh. Všechny byly zakoupené nedávno v různých českých eshopech.

Naměřené hodnoty u těch s kapacitou 800 a 900mAh zhruba odpovídaly deklarované kapacitě.

Nicméně u těch s deklarovanou kapacitou 1300mAh jsem opakovaně u všech co jsem koupil z jednoho českého eshopu naměřil i při stabilním nízkém odběru proudu jen 100mA mnohem menší reálně využitelnou kapacitu jen okolo 250mAh a při odběru 500mA dokonce jen cca 160mAh. Přitom to byly články, které prodejce deklaroval jako vhodné do ručních svítidel, ale při těchto parametrech se pro tento účel dle mého názoru vůbec nehodí. Možná tak leda spíš do nějakých hodin, které by měly minimální odběr třeba okolo 1 mA a i tam by asi dlouho na jedno nabití nevydržely. Takže ty články s deklarovanou kapacitou 1300 mAh jsem vrátil a upozornil jsem příslušný tuzemský eshop, že v tomto případě z Číny pravděpodobně nakoupili tzv. podvodné články jejichž skutečná kapacita je mnohem menší než ta deklarovaná na jejich obalu. Navrhl jsem jim, aby si pokud možno sami namátkou přeměřili reálnou kapacitu několika dalších článků z těch co mají ještě skladem. Peníze mi z toho eshopu vrátili, ale ty články v tom eshopu nabízejí dál jako by se nechumelilo. Nemám informaci jestli si nějaké z těch ostatních článků co mají skladem vůbec přeměřili nebo jestli na to prostě kašlou a spoléhají na to, že si ty články postupně koupí někdo kdo si takové ověření kapacity jako já dělat nebude a nebude je v eshopu ani reklamovat.

Takže konstatuji, že zmíněný modul mi již pomohl odhalit několik podvodných li-ion aku článků.

O mne: +421 / Toto je moje prvé forum./ 60+
škola: slaboprud, elektro-udržbar, práca na automatizácii výroby, stavba prístrojov, meranie nelektrických veličín, asembler 8080, 8035, 6502/atari/,…,
som poznačený asemblerom, teraz sa venujem 8-bit /tiny13 a 85, 328 iba tieto/, učím sa všetko od zaciatku
snažím sa programovať v Arduino IDE a Atmel Studio6(7) mám programátor AVR Dragon, podarilo s mi rozchodiť Debug Wire
zlatý vek týchto procesorov bol niekde v roku 2005 takže mám opozdenie 15rokov.
Posledné problémy / pokusy:

  • Udržiavanie a neriadené mierne dobíjanie zo solárneho článku, rovnaké baterie sa pri nabíjaní chovali rôzne, tak som skúšal merať ich kapacitu a nabijacie voltamperové charakteristiky

  • autobateria AGM /má špeciálne konštrukčné aj prevádzkové parmetre/ v aute - zmeranie kapacity vybíjaním a následným nabitím pred výmenou

  • z vybíjana vyplynula potreba zátaze /odporová záťaz až 50A -bočník 100A a merák/ nakoniec som na nabíjanie kúpil nabíjačku Bosch C3
    Uprednostnujem analógové merače bez potreby napájania.

  • S tými bateriami máš pravdu. Musel som analyzovať AKU pack v iRobote - to je vysávač , NiCD balík v AKU vrtačke a mám pocit že akumlátory sú v týchto nových zariadeniach najslabsím článkom a kde jeden vadný clanok vyradí celý prístroj.

  • Mojou oblubenou cinostou je periodické nabíjanie akumlátorov v tabletoch a telefonoch a iných vynálezov na baterky.
    ** Tu je dalsia téma na diskusiu - samovybíjanie článkov čo je okrem vnútorného odporu dalsi parameter ktorý ovplynňuje dobu skladovateľnosti.

-toto zdaleka nebolo všetko, o co sa zaujimam
ak máš čas a záujem, na diskusie a hladanie rieseni som pripravený na spoluprácu.
Už som si myslel že toto fórum je mrtve /podla periodicity príspevkov/

saxiwiner:
Tu je dalsia téma na diskusiu - samovybíjanie článkov
čo je okrem vnútorného odporu dalsi parameter ktorý
ovplynňuje dobu skladovateľnosti.

Ze zkušenosti mohu potvrdit to, že nízké samovybíjení mají NiMH články Eneloop od Panasonicu.

Li-ion případně i li-pol články mívají obvykle také nízké samovybíjení a záleží i na tom zda jsou nebo nejsou vybaveny tzv. ochrannou elektronikou, která pak často způsobuje to, že je samovybíjení vyšší než by měl samotný článek bez ní. Někdy je u článku deklarovaná vestavěná elektronická ochrana před příliš hlubokým vybitím, která v něm však ve skutečnosti vůbec není. Jindy zas kapacita, kterou článek ani zdaleka nemá, a to nejen u těch co mají uvedeny na první pohled přehnané hodnoty, ale i u některých s obvyklými hodnotami kapacity.

Při nákupu to bývá někdy sázka do loterie a člověk může narazit na nekvalitní články i v českém eshopu. Stává se i to, že opakovaně koupíte solidní články a říkáte si tohle je perspektivní prodejce, ale pak se vyskytne várka, která obsahuje nekvalitními články téhož typu i značky, které byly při předchozích nákupech solidní.

Mám doma i několik článků 1,5V s dobíjením přes USB obsahujících li-ion s vestavěnou elektronikou, která udržuje výstupní napětí článku co nejblíže 1,5V po co nejdelší dobu až do určité doby kdy napětí interního li-ion článku klesne pod určitou úroveň tak přeruší okruh a znemožní další odběr až do opětovného nabití článku. Dva ze zmíněných článků jsou stejného typu i značky koupené ve stejnou dobu od stejného prodejce a přesto se každý chová výrazně jinak z hlediska samovybíjení způsobeného pravděpodobně vestavěnou elektronikou. Oba jsem plně nabil a poté jsem je skladoval několik měsíců s pravidelnými kontrolami. Jeden článek z té dvojice je stále v pohodě a i po cca 6-ti měsících skladování má na výstupu 1,5V, ale vzhledem k vestavěné elektronice se zatím nedá říct nakolik se ten interní li-ion v tom článku za těch 6 měsíců zatím vybil. U druhého článku z té dvojice vestavěná elektronická ochrana už po cca 2 měsících způsobila odpojení výstupního napětí článku a musel jsem ho znovu dobít.

Z mého pohledu jsou obvykle lepší nabíjecí li-ion články bez vestavěné elektroniky. Prostě jen samotný článek, ale musí na něj být samozřejmě stavěn i příslušný spotřebič, protože li-ion i li-pol články jsou dost háklivé na hluboké vybití. Nepřekročení napětí při dobíjení si má kontrolovat nabíječka zatímco to, aby napětí článku nekleslo příliš nízko při vybíjení si má hlídat příslušný spotřebič, ale zdaleka ne každé zařízení se v tomto ohledu umí chovat správně.

U spotřebičů stavěných na články 1,5V bývá v některých případech problematický provoz s články 1,2V. Dobíjecí li-ion články 1,5V s vestavěnou elektronikou mohu být v tomto ohledu řešením, ale s tím rizikem, že v článku vestavěná elektronika může způsobovat problém s vyšším samovybíjením. Řešením mohou být i dobíjecí články NiZn, které mají vyšší napětí 1,6V, ale je potřeba k nim mít vhodnou nabíječku.

Tie merania na li-ion 14500 si urobil na clankoch po nabití alebo v stave ako boli kúpené? Myslím si že by sa mali pre prvým zabudovaním najprv kvalitne nabiť. Napíš v akom stave si ich meral.
-:open_mouth: O obchodníkoch: Fungujú tak že je im jedno či predávajú tehly, batérie alebo cokolvek.
Trošku som pátral vo svete nabíjatelných clánkov. Zistil som že napríklad parameter počtu nabíjacích cyklov výrobca uvádzal 250 až 2500 ??; váha článku 30 až 55g dokonca aj v dlžke článku pripúšťajú tolerancie + 1,2,3 mm.
Asi je to o chemických procesoch, preto má každý výrobca vlastnú nabíjačku. Pri prebíjaní sa rozkladá elektrolyt , vytvára sa teplo čo dalej znehodnocuje clánok.
Ak si ich kúpiš, možno by bolo potrebné ich nabiť a potom ich dať na napätie a udržiavať maličkým prúdom cca 1mA alebo menej čo by zabránilo alebo kompenzovalo samovybíjanie.
Pre mňa táto problematika vyplynula z mojich potrieb pre domáce zariadenia.
!!! Neviem či urážame ducha tohoto fóra týmto obsahum, pravidlá som nečítal. Možno by sme mali zmeniť komunikáciu na e-mailovú.
Čo ma zaujíma, že ako dopadne to riadenie cez Arduino.
Čo by som si možno postavil je meranie V/A charakteristík pocas mernia alebo prevádzky a následne ich importovať do PC za účelom vytvorenia grafov.
A nakoniec prelička: AKU vrtačka FERM rv. 2006, AkuPack 10x1.2V Ni-Cd 1300mAh
Moje merania dnes:
*Trafo: primár 230V, sek 18V ::: diodový mostík + 100microFarad elektrolyt/25V.
Napatie na kondenzátore naprázdno 18V x 1.4 = 25V !
*Nabíjací stojan: Iba obvod detekujúci prítomnost akumlátora LED diodou.
*AKUpack: má po nabití 11,5V a po ustálení po nabití 10.4V. Pri nabíjaní sa trafo neprijemne zahrieva, asi preto že je jeden clanok vadný.

  • Zaujímavé je že vo vrtačke ešte dokáže vytvoriť dostatočný krútiaci moment na krátkodobú prácu.

Tie merania na li-ion 14500 si urobil na clankoch po nabití
alebo v stave ako boli kúpené? Myslím si že by sa mali pre
prvým zabudovaním najprv kvalitne nabiť. Napíš v akom stave
si ich meral.

Samozřejmě jsem každý článek před každým testováním nabil k tomu vhodnou nabíječkou. Před zahájením testování měl každý z těch testovaných článků okolo cca 4,18V. Rozdíl do 4,2 je minimální a z hlediska kapacity nevýznamný, ale nebyly přebité.

Některé Li-on články s nominálním napětím 3,6V se nabíjejí jen na max. 4,1V, ale tyhle mají nominální napětí 3,7V a nabíjejí se na max. 4,2V.

Asi je to o chemických procesoch, preto má každý
výrobca vlastnú nabíjačku.

Různí výrobci dělají články, které zvládají různé nabíjecí koeficienty tzv. Céčka tj. vhodný trvalý a maximální nabíjecí proud. Další hodnoty pak jsou Céčka pro vybíjení také trvalé a maximální proudy. Životnost článků téhož typu se může lišit i podle toho jak vysokými proudy se nabíjejí a vybíjejí. Nicméně podle typu článků jsou obecně platné nabíjecí postupy i max. nabíjecí napětí, a to většina nabíječek dodržuje. U Li-on a Li-pol článků je překročení max. nabíjecího napětí extrémně nebezpečné a při překročení o více než 0,1 až 0,2V to v horším případě může skončit až explozí článku.

Lion a Lipol článkům nesvědčí opakované hluboké vybíjení, které jim může výrazně zkracovat životnost. Různí výrobci se občas v tom či onom liší, ale v tomto ohledu se obecně z hlediska delší životnost Lion a Lipol článků nedoporučuje je vybíjet víc než zhruba ze 70% procent jejich reálné kapacity. Pokud dojde výjimečně k hlubšímu vybití článku, tak si to tak jako tak nějakou daň na jeho životnosti vybere, ale je potřeba článek co nejdříve nabít. Čím déle bude článek ponechán ve stavu hlubokého vybití tím hůře se to podepíše na jeho životnosti.

Lion a Lipol články stárnou i když se nepoužívají a i když se skladují vhodně nabité tzv. skladovací napětí okolo 3,8V s občasným dobitím. Proběhnuté delší stárnutí se pak následně po obnovení používání projevuje snížením reálně využitelné kapacity při použití výrobcem u daného článku deklarovaných tzv. trvalých vybíjecích proudech a hrozí pak riziko déle trvajících poklesů napětí článků i hluboko pod doporučenou hranici 3V nebo i pod destruktivní hranici 2,8V což následně ještě více zhoršuje stav daného článku.

Nejsem žádný začátečník. Různé aku jsem podobným způsobem testoval už spoustu let i u jiných článků Li-ion a Li-pol s modelářskou nabíječkou, která také umí měřit kapacitu článků při vybíjení. Jediný rozdíl je ten, že nyní jsem si pořídil navíc to udělátko, které je o něco přesnější než ta modelářská nabíječka. Je mi samozřejmě naprosto jasné, že měření článků, které by byly zčásti vybité by dávalo nesprávné výsledky.

Zkoušel jsem opakovaně několik cyklů s časovými prodlevami, ale výsledky byly stabilní s minimálními odchylkami.

Většina článků zhruba odpovídala deklarovaným hodnotám. Všechny články mají kapacitu uvedenu přímo na obalu, ale ty dva od jednoho prodejce byly prostě naprosto mimo pod uvedenými hodnotami. Z toho usuzuji, že šlo o čínským výrobcem falešně deklarované články a ten český eshop prostě jen naletěl nějakému čínskému dodavateli.

Čo ma zaujíma, že ako dopadne to riadenie cez Arduino.

Na tohle nebudu mít v dohledné době dost času. Takže to zatím odkládám na neurčito a z hlediska občasných přeměření mi zatím bude stačit ten ruční postup.

Toť zhruba vše.