《電子技術應用》
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如何为变化的负载阻抗提供恒定功率
摘要: 在许多应用中,施加功率在一定范围内的变化是可以接受的。然而,为了减少变化,就必须使施加的电压随负载电阻而变化。这里显示的解决方案使用了一种常规的控制回路。
Abstract:
Key words :

  當負載電阻不是恒定的時候如何保持恒定的功率呢?例如,在寒冷天氣保持的室外氣泵上溫暖的LCD顯示器的溫度時就會產生這個問題。隨著加熱元件改變溫度,其電阻也發生變化。這種變化可以用加熱元件的溫度系數加以描述。如果施加一個恒定的電壓,向負載發出的功率將隨負載電阻發生相反變化。

  在許多應用中,施加功率在一定范圍內的變化是可以接受的。然而,為了減少變化,就必須使施加的電壓隨負載電阻而變化。這里顯示的解決方案使用了一種常規的控制回路(圖1)。

  對于性線調壓器,誤差信號放大器對輸出電壓取樣值與參考電壓進行比較,強制輸出級以恒定電壓發出負載電流。雖然為了維持恒定功率而不是恒定電壓,還必須使功率引入反饋網絡。然后,誤差信號放大器比較輸出電壓取樣值與參考電壓,驅動輸出級使之保持相等。

 圖2中的功率調節器發出與所施加電壓VPOWER SET成線性比例變化的恒定功率。(比率為:功率輸出/ VPOWER SET=1 W/V)。功率調節器發出高達100mW,以高達10V的電壓和高達100mA的電流驅動10~500Ω的負載。

 

如何為變化的負載阻抗提供恒定功率

 

 

  該電路的關鍵在于高端功率和電流監視(IC1),它包括保證反饋電壓與瞬態負載功率成比例變化所需的電路。IC1包括測量負載電流的電流監視器,測量負載電壓的緩沖,和將兩者相乘的模擬乘法器,產生與負載功率成比例變化的輸出電壓。電流監視器為high-side型,其中感應電阻與負載的hot side相連接,而不與低端(地)相連接。這避免了在接地中增加人們不希望有的電阻。

 

如何為變化的負載阻抗提供恒定功率

 

  該示例中的監視器(數種市提供產品中的一種)在其電流感應放大器有25的增益。因而,對于1Ω的感應電阻,放大器輸出為25 V每安培電流。誤差信號放大器驅動高增益Darlington對以降低基極電流,基極電流流入負載但不通過感應電阻。

  對于功率測量的第二輸入是負載電壓,它通過一個分壓比為1:25的電阻分壓器(R1-R2)監視。電壓與電流信號相乘以產生與負載功率成比例的輸出。

VPOWER = (VIOUT 25)(VOUT25)=IOUT VOUT (1V/W)

 

通過控制對輸出級的驅動,誤差信號放大器迫使IC1(與負載功率成比)輸出等于VPOWER SET的參考信號。

V+電源電壓(18V)將最大負載電壓限制在15V左右。RLIMIT1和RLIMIT2將負載電流限制在120 mA左右。

該電路在負載50:1變化和不同功率設置(圖3)條件下保持相當恒定的負載功率。 

 

如何為變化的負載阻抗提供恒定功率

 

  雖然該示例被設計用于各種負載電阻的低功率應用(至100 mW),它可以很容易地擴展以處理各種負載電流、電壓和功率。為此,調整電流感應電阻得到約50 mV中間值(跨接在該電阻上的電壓必須小于150 mV)。

  類似地,還應調整R1-R2分壓比以使IC1上的電壓大約為500 mV (對于IC1,200mV至1V可以得到特定精確度)。其他版本IC1有不同的增益值,它會影響功率輸出與VPOWER SET的比值。

  最后,還必須按照RLIMIT1和輸出晶體管的功率處理能力加以考慮和修改。該技術不僅限于所示的線性調壓器。它也非常適用于許多開關調節器,后者相有相當高的輸出功率和相當高的效率。

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