Fuente de energía constante y controlada

Question

Hay circuitos para la tensión controlada constante, y la corriente controlada constante como se muestra a continuación:

Fuente de corriente constante controlada por tensión

Fuente de tensión constante controlada por tensión

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

¿Y si quisiera crear un circuito que fuera una constante controlada por voltaje fuente de energía ? Esta es la idea básica, me pregunto si alguien ha utilizado un circuito que haga este tipo de cosas, o si hay circuitos que hagan esto. Todavía no he encontrado ninguno. Me gustaría controlar la potencia que entra en una carga.

simular este circuito

Answer 1

Una forma de hacerlo sería utilizar diodos, ya que tienen propiedades logarítmicas.

También sabemos que \$P=V^2/R\$ y también sabemos que R será constante (sólo una resistencia, ¿no?), entonces podemos normalizar nuestra expresión siguiendo estas líneas, \$R=1Ω\$ .

Esto significa que podemos ir más allá con esta expresión:

$$ \begin{align} P&=V^2/1Ω\\ P&=V^2\\ \sqrt P&=V\\ P^{1/2}&=V\\ e^{\ln(P^{1/2})}&=V\\ e^{\ln(P)/2}&=V\\ e^{(\ln(1)+\ln(P))/2}&=V\\ \\\text{Rename variables..}\\ V_{out}&=e^{(\ln(1)+\ln(V_{ref}))/2}\ \end{align} $$

Muy bien, podemos ir entre \$e^x\$ y \$\ln(x)\$ con diodos, resistencias y op-amps. Quiero mantener esta respuesta corta y concisa, así que en lugar de entrar en cómo todo funciona te mostraré el resultado final con los voltajes y espero que puedas ver cómo y por qué funciona todo.

Aquí está el enlace/2%0Ax+571+368+656+371+4+16+e%5E(ln(x)/2)%0Ao+27+1+1+4099+5+0.2+0+1+10%0A) en caso de que quieras trastear, digamos... cambiar el número 3. Sólo tienes que desplazarte con el botón del ratón cuando esté sobre el número, o ir a la derecha y cambiar el deslizador rojo de "Tensión".

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El problema con esta configuración es el hecho de que los diodos tienen que ser emparejados, bueno, siempre se puede hacer alguna compensación con algunas resistencias .. así que no es imposible pero se puede hacer puramente en el dominio analógico.

Answer 2

Aquí hay un nota de aplicación circuito que puede ser útil. El chip monitor de potencia es más económico que un multiplicador analógico y permite conectar la carga a tierra, lo que supone una gran ventaja en muchas aplicaciones.

Como dice la nota de la aplicación, el circuito puede escalarse fácilmente y la simple etapa de salida lineal podría sustituirse por un bloque SMPS.

El circuito controla la potencia de la carga en paralelo con el divisor, por lo que se reduce un poco a altas resistencias de carga, pero no está mal incluso a un nivel de salida de 100mW.

Tu circuito parece conceptualmente correcto, las preocupaciones incluirían el rango de tensión de entrada del amplificador de instrumentación y su rechazo en modo común. La estabilidad es lo más probable que cause dolores de cabeza en muchos de estos circuitos.

Answer 3

Ciertamente, es posible diseñar una fuente de energía constante, y el esquema que has publicado es un enfoque, discutido por ejemplo aquí

Veo en los comentarios que necesitas > 100Hz de ancho de banda. Dependiendo de la naturaleza de la carga, y del rango de potencia de salida si es ajustable, puedes tener alguna dificultad para estabilizar el bucle. Si la carga es resistiva, por ejemplo, hay una función de transferencia altamente no lineal de la tensión de salida (o corriente) a la variable muestreada - es decir, la potencia de salida. Esto significa que la ganancia del bucle variará en función del punto de funcionamiento. Sin embargo, el problema no es irresoluble, especialmente si se tiene una carga bien caracterizada y no se necesita operar en un amplio rango de potencias de salida.

Otra opción es utilizar un dispositivo de almacenamiento de energía (por ejemplo, un condensador o un inductor) para suministrar pulsos de energía discretos y controlados a un ritmo preciso. Podría hacerse con un condensador conmutado o inductor conmutado pero en ambos casos la precisión dependerá de lo bien controlados que estén esos pasivos y de las tensiones de entrada y salida. Más académico, este tipo de solución.

Answer 4

La carga de potencia constante que diseñé estaba compuesta por un dc/dc (no lo recuerdo, probablemente uno aislado, pero no importa) que tenía una salida de tensión constante y luego una etapa buck, que cerraba el bucle en la corriente del primer dc/dc. Era muy simple y mucho más rápido que 100Hz. Supongo que era alrededor de tal vez 3kHz de ancho de banda.

Answer 5

Ciertamente, es posible hacer una fuente de energía constante, aunque es más difícil que la tensión o la corriente constantes, especialmente para la electrónica analógica. La verdadera cuestión es para qué la quieres.

Para hacer una fuente de energía constante hoy en día, creo que la forma más fácil es comenzar con un convertidor buck. No has dicho nada sobre el nivel de regulación o el rizado, así que un sistema de pulsos a la carta funcionaría. El procesador mide el voltaje de salida, la corriente de salida, los multiplica, y luego hace un pulso cuando eso está por debajo del umbral de regulación.

La electrónica es la misma que la de un convertidor buck normal, excepto por la detección de la corriente de salida. El resto es firmware.