Стабилизация уровня выходной мощности при переменной нагрузке

Как обеспечить постоянную мощность, когда сопротивление нагрузки непостоянно? Такая проблема возникает, например, при необходимости обеспечить подогрев ЖК-дисплея на уличной бензоколонке в холодном климате. При изменении температуры нагревательного элемента изменяется и его сопротивление. Это изменение характеризуется температурным коэффициентом нагревательного элемента. Если приложить постоянное напряжение, мощность, поступающая в нагрузку, будет изменяться обратно пропорционально сопротивлению нагрузки.

LDD-H-DA – понижающие DC/DC LED драйверы с управлением по DALI от MEAN WELL

Во многих приложениях непостоянство подаваемой мощности в определенных пределах допустимо. Однако чтобы уменьшить колебания мощности, нужно позволить приложенному к нагрузке напряжению изменяться в зависимости от сопротивления нагрузки. Показанный здесь подход основан на использовании обычного контура управления (Рисунок 1).

Типичная петля обратной связи схемы регулятора напряжения может быть адаптирована для создания стабилизатора мощности нагрузки с изменяющимся сопротивлением.
Рисунок 1. Типичная петля обратной связи схемы регулятора
напряжения может быть адаптирована для создания
стабилизатора мощности нагрузки с изменяющимся
сопротивлением.

В линейном стабилизаторе напряжения усилитель ошибки сравнивает часть выходного напряжения с опорным напряжением VREF и, управляя выходным каскадом, обеспечивает нагрузку током при постоянном напряжении. Но чтобы поддерживать постоянный уровень мощности вместо напряжения, в цепь обратной связи требуется включить сигнал мощности. Тогда усилитель ошибки будет сравнивать сигнал выходной мощности с опорным напряжением и, управляя выходным каскадом, поддерживать их значения равными.

Регулятор на Рисунке 2 поддерживает на выходе постоянную мощность, линейно пропорциональную напряжению, приложенному к входу VPOWER_SET. (Отношение выходной мощности к напряжению VPOWER_SET равно 1 Вт/В). Регулятор обеспечивает мощность до 100 мВт, питая нагрузки от 10 до 500 Ом напряжением до 10 В и токами до 100 мА.

Контур обратной связи в этом регуляторе гарантирует, что мощность, поступающая в изменяющуюся нагрузку, будет оставаться относительно постоянной.
Рисунок 2. Контур обратной связи в этом регуляторе гарантирует, что мощность,
поступающая в изменяющуюся нагрузку, будет оставаться относительно
постоянной.

Основой этой схемы является монитор мощности и тока верхнего плеча (IC1), в котором имеются схемные элементы, необходимые для создания напряжения обратной связи, пропорционального мгновенной мощности в нагрузке. Микросхема IC1 содержит монитор тока, который измеряет ток нагрузки, буфер, измеряющий напряжение нагрузки, и аналоговый умножитель, который умножает одно на другое, вырабатывая выходное напряжение VPOWER, пропорциональное мощности нагрузки. Монитор тока рассчитан на измерение тока в верхнем плече, когда токоизмерительный резистор RSENSE включается между нагрузкой RLOAD и шиной питания, а не «земли». Это позволяет избежать добавления нежелательного сопротивления на пути возврата тока.

В этом примере коэффициент усиления внутреннего токоизмерительного усилителя монитора (одного из нескольких доступных) равен 25. Следовательно, при сопротивлении токоизмерительного резистора 1 Ом выходное напряжение усилителя составляет 25 В на один ампер тока. Усилитель ошибки управляет парой Дарлингтона с большим коэффициентом усиления, чтобы минимизировать базовый ток, который течет в нагрузку не через токоизмерительный резистор.

На второй вход измерителя мощности через резистивный делитель R1-R2 с отношением сопротивлений 1:25 подается напряжение нагрузки. Это напряжение внутренне умножается на сигнал тока для получения выходного сигнала, пропорционального мощности нагрузки:

Управляя выходным каскадом, усилитель ошибки стремится сделать выходной сигнал микросхемы IC1 (пропорциональный мощности нагрузки) равным опорному сигналу на входе VPOWER_SET.

Напряжение питания V+ (18 В) ограничивает максимальное напряжение нагрузки приблизительно до 15 В. Резисторы RLIMIT1 и RLIMIT2 ограничивают ток нагрузки примерно до 120 мА.

Эта схема довольно хорошо поддерживает постоянную мощность в диапазоне нагрузок 50:1 и при различных значениях установленной мощности (Рисунок 3).

Выходная мощность схемы на Рисунке 2 остается хорошо стабилизированной в широком диапазоне нагрузок и при различных значениях напряжения VPOWER_SET, которые изменялось в диапазоне от 0.0021 В (внизу) до 0.0300 В (вверху).
Рисунок 3. Выходная мощность схемы на Рисунке 2 остается хорошо стабилизированной
в широком диапазоне нагрузок и при различных значениях напряжения VPOWER_SET,
которые изменялось в диапазоне от 0.0021 В (внизу) до 0.0300 В (вверху).

Хотя приведенная здесь схема предназначена для приложений с низким энергопотреблением (до 100 мВт) в широком диапазоне сопротивлений нагрузки, ее можно легко масштабировать для расширения рабочих диапазонов токов, напряжений и мощностей нагрузки. Для этого нужно заменить токоизмерительный резистор RSENSE, чтобы среднее значение напряжения на нем составляло примерно 50 мВ, а максимальное не превышало 150 мВ.

Аналогично, отношение сопротивлений резисторов R1-R2 должно быть изменено так, чтобы напряжение, подаваемое на IC1, составляло примерно 500 мВ. (Напряжения от 200 мВ до 1 В обеспечивают сохранение точности, указанной в техническом описании микросхемы IC1). Другие версии IC1 имеют отличающиеся значения коэффициента усиления, что определяет отношение выходной мощности к уровню управляющего напряжения VPOWER_SET.

Наконец, надо будет оценить допустимые пределы мощности, рассеиваемой резистором RLIMIT1 и выходным транзистором, и при необходимости заменить эти компоненты. Сфера использования описанного метода не ограничивается показанным линейным регулятором. Он в равной степени применим ко многим импульсным стабилизаторам, обеспечивающим значительно более высокие значения выходной мощности и КПД.

  1. Datasheet Maxim MAX4210

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 356
сейчас смотрят 7
представлено поставщиков 1570
загружено
позиций
25 067 862