如何为变化的负载阻抗提供恒定功率

当负载电阻不是恒定的时候如何保持恒定的功率呢？例如，在寒冷天气保持的室外气泵上温暖的LCD显示器的温度时就会产生这个问题。随着加热元件改变温度，其电阻也发生变化。这种变化可以用加热元件的温度系数加以描述。如果施加一个恒定的电压，向负载发出的功率将随负载电阻发生相反变化。

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(图1)。

对于性线调压器，误差信号放大器对输出电压取样值与参考电压进行比较，强制输出级以恒定电压发出负载电流。虽然为了维持恒定功率而不是恒定电压，还必须使功率引入反馈网络。然后，误差信号放大器比较输出电压取样值与参考电压，驱动输出级使之保持相等。

　图2中的功率调节器发出与所施加电压V_{POWER SET}成线性比例变化的恒定功率。（比率为：功率输出/ V_{POWER SET}=1 W/V）。功率调节器发出高达100mW，以高达10V的电压和高达100mA的电流驱动10~500Ω的负载。

该电路的关键在于高端功率和电流监视(IC1)，它包括保证反馈电压与瞬态负载功率成比例变化所需的电路。IC1包括测量负载电流的电流监视器，测量负载电压的缓冲，和将两者相乘的模拟乘法器，产生与负载功率成比例变化的输出电压。电流监视器为high-side型，其中感应电阻与负载的hot side相连接，而不与低端(地)相连接。这避免了在接地中增加人们不希望有的电阻。

该示例中的监视器(数种市提供产品中的一种)在其电流感应放大器有25的增益。因而，对于1Ω的感应电阻，放大器输出为25 V每安培电流。误差信号放大器驱动高增益Darlington对以降低基极电流，基极电流流入负载但不通过感应电阻。

对于功率测量的第二输入是负载电压，它通过一个分压比为1:25的电阻分压器(R1-R2)监视。电压与电流信号相乘以产生与负载功率成比例的输出。

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

通过控制对输出级的驱动，误差信号放大器迫使IC1(与负载功率成比)输出等于V_{POWER SET}的参考信号。

V+电源电压(18V)将最大负载电压限制在15V左右。R_LIMIT1和R_LIMIT2将负载电流限制在120 mA左右。

该电路在负载50:1变化和不同功率设置(图3)条件下保持相当恒定的负载功率。

虽然该示例被设计用于各种负载电阻的低功率应用(至100 mW)，它可以很容易地扩展以处理各种负载电流、电压和功率。为此，调整电流感应电阻得到约50 mV中间值(跨接在该电阻上的电压必须小于150 mV)。

类似地，还应调整R1-R2分压比以使IC1上的电压大约为500 mV (对于IC1，200mV至1V可以得到特定精确度)。其他版本IC1有不同的增益值，它会影响功率输出与V_{POWER SET}的比值。

最后，还必须按照R_LIMIT1和输出晶体管的功率处理能力加以考虑和修改。该技术不仅限于所示的线性调压器。它也非常适用于许多开关调节器，后者相有相当高的输出功率和相当高的效率。

作者：Dave Sackett，高级应用工程师，美信集成产品公司，Email: Dave_Sackett@maximhq.com