該電路為變化的負載提供恒定功率。使用負載監控IC(MAX4210),獨立檢測負載電流和負載電壓,并將相應的信號與內部模擬乘法器相乘。將乘法器輸出施加到誤差放大器的反相輸入端,可以施加控制電壓來設置恒定功率電平。
如果您知道負載阻抗,則很容易為負載提供固定且準確的功率電平,并且阻抗不會改變。只需根據電阻負載中的功率公式施加恒定電壓:P = V2/R,或 V = √PR。
但是,當負載阻抗不恒定時,如何提供恒定功率?例如,在寒冷氣候下在室外氣泵上保持溫暖的LCD顯示屏時會出現這個問題。當加熱元件改變溫度時,其電阻也會發生變化,從而使恒定功率的輸送變得復雜。電阻的變化由加熱元件的溫度系數表征。如果施加恒定電壓,則輸送到負載的功率與負載電阻成反比,如公式預測的那樣。 在許多應用中,施加功率的變化(在限制范圍內)是可以接受的,但為了減少這種變化,您必須允許施加的電壓隨負載電阻而變化。該方法利用了傳統的控制回路(圖 1)。對于線性穩壓器,誤差放大器將輸出電壓樣本與基準電壓進行比較,并強制輸出級在恒定電壓下提供負載電流。然而,為了保持恒定功率而不是恒定電壓,我們必須將功率整合到反饋網絡中。然后,誤差放大器將輸出功率樣本與基準電壓源進行比較,并驅動輸出級以保持它們相等。
圖1.穩壓器的反饋回路。
圖2中的功率調節器提供恒定功率,該功率與施加在V處的電壓成線性比例電源組.(比率為電源輸出/V電源組= 1W/V.)該穩壓器可提供高達 100mW 的功率,以高達 10V 的電壓和高達 500mA 的電流驅動 10Ω 至 100Ω 的負載。
圖2.功率調節器的反饋環路。
圖3顯示了幾個V值的輸出功率與負載電阻的變化電源組電壓。它表明,負載功率在 50:1 的負載變化中保持相當恒定,并且對于許多不同的功率設置。
圖3.圖2所示負載范圍(10Ω至500Ω)和各種V值的功率輸出電源設置。
該電路的關鍵是高邊功率和電流監視器IC1(MAX4210),其中包括產生與瞬時負載功率成比例的反饋電壓所需的電路。它包含一個測量負載電流的電流監視器、一個測量負載電壓的緩沖器和一個將兩者相乘的模擬乘法器,產生與負載功率成比例的輸出電壓。電流監視器為高端型,其中檢測電阻連接到負載的“熱”側,而不是低(接地)側。因此,高邊監視器可避免在接地路徑中增加不必要的電阻。
所示IC1版本(多個版本之一)的電流檢測放大器增益為25:對于1Ω檢測電阻,放大器輸出為每安培電流25V。放大器驅動高增益達林頓對,以最大限度地減小基極電流,基極電流流入負載,但不流過檢測電阻。
功率測量的第二個輸入是負載電壓,通過電阻分壓器進行監控,比率為1:25。該電壓在內部與電流信號相乘,產生與負載功率成比例的輸出:
VPOWER = (VIOUT × 25) × (VOUT/25) = IOUT × VOUT. (1 volt per watt)
通過控制驅動至輸出級,誤差放大器強制IC1輸出(與負載功率成比例)等于VPOWER SET時的參考信號。V+ 電源電壓 (18V) 將最大負載電壓限制在大約 15V。RLIMIT1 和 RLIMIT2 將負載電流限制在大約 120mA。
該電路設計用于低功耗應用(至100mW),負載阻抗范圍很寬。但是,它可以輕松擴展,以適應廣泛的負載電流、電壓和功率范圍。為此,將電流檢測電阻調整為大約50mV的中間值(該電阻兩端的電壓必須<150mV)。同樣,應調整R1–R2比,使IC1的電壓約為500mV(200mV至1V產生IC1規定的精度)。
其他版本的IC1包含不同的增益值,這會影響功率輸出與應用的功率輸出之比在電源組水平。最后,您必須根據需要考慮和修改 R 的功率處理能力限制1和輸出晶體管。該技術不僅限于所示的線性穩壓器;它同樣適用于許多開關穩壓器,可實現更高的輸出功率和更高的效率。
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