Construir una caja de carga Homebrew

Hace poco, envié un circuito prototipo para que lo probaran en un laboratorio de certificación. Al cabo de unos días, llamé para ver cómo iba todo y descubrí que las pruebas se habían retrasado. No tenían una carga electrónica con la que probar. Aunque las cargas electrónicas (que llamamos "cajas de carga") son habituales en los laboratorios, no podía arriesgarme a prestar un costoso equipo de pruebas a un laboratorio externo, ni estaba dispuesto a pagar para que el laboratorio de certificación alquilara un equipo común.

Las cargas electrónicas comerciales suelen carecer de características clave, por lo que nuestros laboratorios están poblados de muchas cajas de carga "caseras". Decidí modificar uno que construí y enviarlo al laboratorio de certificación. Estas son las características principales:

• Carga fija de corriente constante de 3A (fluye desde una alimentación positiva)
• Bloqueo por baja tensión (UVLO) ajustado a 6,7V
• Se autoalimenta (no necesita pilas ni interruptor de encendido/apagado)

El diagrama se muestra a continuación. Los dispositivos de paso Q3 y Q4 soportan la carga de 3A. El amplificador operacional U1b ajusta el control de la puerta para mantener una tensión constante (3V) a través de las pilas de resistencias (R8 y R9 promedian el resultado). Dado que la tensión a través de las pilas de resistencias es constante, la corriente consumida por Q3 y Q4 también lo es, unos 3,2 A en este caso. Las pilas de resistencias tienen un segundo propósito: ponderan el flujo de corriente en Q3 y Q4 para que se repartan por igual.

El amplificador óptico, un LT1635, también contiene una referencia de 200 mV amortiguada (U1a) que se amplifica a 3V. He ajustado la corriente de salida a 3A añadiendo 2MΩ a través de R6. Si quieres hacer una caja de carga totalmente ajustable, añade un pote cónico logarítmico de 1MΩ o un pote de 10 vueltas de 100kΩ entre U1a y U1b.

R12 y R13 (10Ω) son absolutamente necesarios para evitar oscilaciones espurias de alta frecuencia en los MOSFET. Se encuentran en los propios MOSFETs, unidos directamente a los cables de la puerta. R10 y R11 (10kΩ) aíslan la salida de U1b de la alta capacitancia de puerta de los MOSFET, y de los largos cables que tengo entre el circuito del amplificador óptico y mis conjuntos de disipadores de calor.

Esta caja de carga es esencialmente un dispositivo de dos terminales con enchufes tipo banana para + y -; no hay nada que impida una conexión inversa que esencialmente cortocircuitaría el DUT externo. Para evitarlo, he añadido D3, D4 y D5.

Q1 y Q2 forman un único circuito UVLO. El circuito UVLO se recomienda por dos razones. En primer lugar, todos hemos experimentado la caja de carga que, cuando no tiene tensión, da cuerda y hace funcionar sus dispositivos de paso a toda velocidad. Entonces, cuando finalmente se aplica la corriente, la caja de carga se comporta como un cortocircuito durante varios cientos de milisegundos mientras el bucle intenta corregir su error. Las cajas de carga más sofisticadas incorporan un circuito UVLO para desconectar el bucle cuando la tensión de entrada cae por debajo de un punto determinado. En segundo lugar, como este circuito se autoalimenta, el accionamiento de la puerta disponible no es mejor que la tensión de entrada, y no es posible necesariamente suministrar 3A con una entrada de menos de 7V. Fijé el umbral UVLO en 7,2 V para eliminar tanto el problema del bobinado del bucle como la caída imprevisible de la corriente de salida a bajas tensiones de entrada.

¿Necesito mencionar que 12V × 3A = 36W, y que 36W concentrados en dos pequeños paquetes de MOSFET generan un gran aumento de temperatura? Los MOSFET deben montarse sobre disipadores de calor. Mis disipadores eran demasiado pequeños para 36W (recuerda que esta caja de carga fue reutilizada), así que para el uso continuo del laboratorio de calibración, puse un ventilador de mufla sobre ellos. Si no quieres hacer cálculos ni añadir ventiladores, busca un disipador de calor con aletas que mida aproximadamente 2" × 6". Orienta las aletas verticalmente para favorecer las corrientes de convección y no las cubras con papeles y otros equipos de prueba. No todo el calor es disipado por Q3 y Q4; D4 y D5 disipan colectivamente ~3W, R14-21 disipan un total de 8W. Así que en realidad Q3 y Q4 disipan unos 25W en total, con una entrada de 12V.