如何為變化的負(fù)載阻抗提供恒定功率

當(dāng)負(fù)載電阻不是恒定的時(shí)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(shí)就會(huì)產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題。隨著加熱元件改變溫度，其電阻也發(fā)生變化。這種變化可以用加熱元件的溫度系數(shù)加以描述。如果施加一個(gè)恒定的電壓，向負(fù)載發(fā)出的功率將隨負(fù)載電阻發(fā)生相反變化。

在許多應(yīng)用中，施加功率在一定范圍內(nèi)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(fù)載電阻而變化。這里顯示的解決方案使用了一種常規(guī)的控制回路(圖1)。

對(duì)于性線調(diào)壓器，誤差信號(hào)放大器對(duì)輸出電壓取樣值與參考電壓進(jìn)行比較，強(qiáng)制輸出級(jí)以恒定電壓發(fā)出負(fù)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(wǎng)絡(luò)。然后，誤差信號(hào)放大器比較輸出電壓取樣值與參考電壓，驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)使之保持相等。

　圖2中的功率調(diào)節(jié)器發(fā)出與所施加電壓V_{POWER SET}成線性比例變化的恒定功率。（比率為：功率輸出/ V_{POWER SET}=1 W/V）。功率調(diào)節(jié)器發(fā)出高達(dá)100mW，以高達(dá)10V的電壓和高達(dá)100mA的電流驅(qū)動(dòng)10~500Ω的負(fù)載。

該電路的關(guān)鍵在于高端功率和電流監(jiān)視(IC1)，它包括保證反饋電壓與瞬態(tài)負(fù)載功率成比例變化所需的電路。IC1包括測(cè)量負(fù)載電流的電流監(jiān)視器，測(cè)量負(fù)載電壓的緩沖，和將兩者相乘的模擬乘法器，產(chǎn)生與負(fù)載功率成比例變化的輸出電壓。電流監(jiān)視器為high-side型，其中感應(yīng)電阻與負(fù)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。

該示例中的監(jiān)視器(數(shù)種市提供產(chǎn)品中的一種)在其電流感應(yīng)放大器有25的增益。因而，對(duì)于1Ω的感應(yīng)電阻，放大器輸出為25 V每安培電流。誤差信號(hào)放大器驅(qū)動(dòng)高增益Darlington對(duì)以降低基極電流，基極電流流入負(fù)載但不通過(guò)感應(yīng)電阻。

對(duì)于功率測(cè)量的第二輸入是負(fù)載電壓，它通過(guò)一個(gè)分壓比為1:25的電阻分壓器(R1-R2)監(jiān)視。電壓與電流信號(hào)相乘以產(chǎn)生與負(fù)載功率成比例的輸出。

V_POWER = (V_IOUT 25)(V_OUT25)=I_OUT V_OUT (1V/W)

通過(guò)控制對(duì)輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)，誤差信號(hào)放大器迫使IC1(與負(fù)載功率成比)輸出等于V_{POWER SET}的參考信號(hào)。

V+電源電壓(18V)將最大負(fù)載電壓限制在15V左右。R_LIMIT1和R_LIMIT2將負(fù)載電流限制在120 mA左右。

該電路在負(fù)載50:1變化和不同功率設(shè)置(圖3)條件下保持相當(dāng)恒定的負(fù)載功率。

雖然該示例被設(shè)計(jì)用于各種負(fù)載電阻的低功率應(yīng)用(至100 mW)，它可以很容易地?cái)U(kuò)展以處理各種負(fù)載電流、電壓和功率。為此，調(diào)整電流感應(yīng)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(yīng)調(diào)整R1-R2分壓比以使IC1上的電壓大約為500 mV (對(duì)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(huì)影響功率輸出與V_{POWER SET}的比值。

最后，還必須按照R_LIMIT1和輸出晶體管的功率處理能力加以考慮和修改。該技術(shù)不僅限于所示的線性調(diào)壓器。它也非常適用于許多開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，后者相有相當(dāng)高的輸出功率和相當(dāng)高的效率。

作者：Dave Sackett，高級(jí)應(yīng)用工程師，美信集成產(chǎn)品公司，Email: Dave_Sackett@maximhq.com