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简单而又高效且廉价的定功率驱动器设计

  执行和感应系统有时候包含了电阻性负载,且不管电阻值为何,皆需要一个可控制且定功率的驱动。如果电阻值随着操作情况改变,且可能也会随着最近操作纪录做更改,那么简单的供给电压或电流控制和稳定便不足以确保定功率的输出。图1的电路藉由负载的阻抗特性来提供定功率,并输出一个不同工作循环的直流切换驱动,简单、低成本且高效率地实现所需要的驱动。
  一个整合的电流感应放大器和乘法器执行感应负载中的流过的电流和跨压,并提供其中一个输出埠正比于这些变量的定乘积的电压,即正比于负载的瞬时功率。
  一半的双运算放大器产生了定频率(约300Hz)的虚锯齿状信号,这信号被连结到驱动器内部辅助比较器的非反向输入端。另一半的运算放大器作为错误放大器,将功率信号作平均,然后和控制参考电压做比较,同时放大它们之间的差异。错误放大器的输出端连结到辅助比较器的反向输入端,因此产生了PWM(脉波宽度调节)输出信号。这个PWM信号驱动了和负载串联的P信道MOSFET。
  由于负载有一端接地,且因为控制输入是低阶DC信号(或是微控制器产生的PWM控制信号),线路应用简单了许多。此控制线路需要大约1mA电流,此电流是由5V的电源供应提供的。
  图1 此电路提供负载稳定的功率

  此电路的功率限制是依据功率供应器的操作电压范围、最大可允许负载电流和负载电阻值而定的。功率供给器的电压范围是8V到24V之间,是由MOSFET的特性和驱动器输入的动态电压范围所决定。此范围涵盖了大部分业界仪器系统的直 流供应电压。最大负载电流是4A,由在驱动器电流感应输入端的动态电压范围,以及所选的电流感应电阻值(此情形下为25mΩ)的混合效应所固定。
  给定一个所需的功率层级,电压和峰值电流限制会为负载电阻设置边界值。最小可允许的电阻值是藉由在峰值电流(4A)下所期望的最大功率电压比值决定的。电路可以稳定的最大功率大约是预期最小电压的平方除以预期最大的负载阻值。
  在任何情况下,最大的功率损耗为感应电阻的0.4W加上功率MOSFET的0.8W,合计共1.2W。在控制电压输入端(VCONT)为0.5V情况下,此电路输出稳定的10W到6Ω的电阻上,且当供应电压从8V到24V扫过时,稳定在1%范围内。它也可以输出稳定的60W在0.2%到相同的负载上(VCONT=3V),但只在供应电压范围为19V到24V之间时。当供给电压范围在22到24V且VCONT=4V时,它可以提供高达80W在0.2%。
  供应电压为16V且VCONT=0.5V时,当负载电阻从4Ω到12Ω变动时输出功率保持在10W在0.1%。由供给电压或负载转换造成的功率稳定值变化,大部分是因为乘法器的非线性缘故,且都在此IC所制定的误差范围内。

 

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