¿Qué es un circuito de potencia constante?

El siguiente es un ejemplo de circuito de aplicación para alimentar el calentador del sensor de gas de estado sólido:

,dondeV1esnuestrafuentede5VCC,RserialesunaresistenciayRHeselcalentadordelsensordegas.

Enesteejemplo,estamosusandounvalordeRserialigualanuestrovalornominalderesistenciadelcalentadordepotencia.Estosignifica,atravésdelteoremadetransferenciadepotenciamáxima,quelamayorpartedelapotenciasetransferirácuandolaresistenciadelcalentadorseaigualalaresistenciaenserie,Rserial.Silaresistenciadelcalentador,Rh,varíaencualquierdireccióndesdelanominal,lapotenciadisipadaenelcalentadorsereducirádeformacuadrática.

Elsiguientegráficomuestracuandoseejecutalasimulación.ElejeXeselvalorRhqueseestábarriendodesdesuvalormínimohastasuvalormáximoderesistenciadeoperación.LacurvatrazadamuestralapotenciadisipadaporlaresistenciadelcalentadorRhamedidaquesuvalorsedesvía.

Observe que incluso si la resistencia del valor del calentador cambia en nosotros en un + - 15%, la potencia disipada en la resistencia del calentador cambia en solo un 1%, manteniendo así una temperatura relativamente constante en el elemento sensor.

¡No son divertidos los sensores de gas de estado sólido!

Edit1: Si su presupuesto lo permite y se le pedirá que domine estas tecnologías, encuentro que este libro tiene una gran cantidad de información útil sobre la historia, caracterización y rendimiento de los sensores de gas de estado sólido. Sin embargo, faltan las aplicaciones del circuito presentadas en el libro.

Un factor clave aquí es que la resistencia de la resistencia del calentador varía entre los sensores y la nota de aplicación busca mantener una potencia constante del calentador para todas las muestras. Al hacer una comparación numérica de los efectos del voltaje constante en comparación con la alimentación de la resistencia en serie, se obtiene un resultado que sorprenderá a algunos.

La nota de la aplicación original y los comentarios de la hoja de datos probablemente no sean "simplemente incorrectos" pero es fácil pasar por alto su significado.

La hoja de datos original proporciona una potencia del calentador de ~ = 76 mW con una resistencia de 5 V.
 PERO en la nota de la aplicación en la página 2 bajo "Qué estable ..." observa que la estabilidad a largo plazo se mejora al operar el calentador a 40 mW.

La resistencia del calentador es de 75 ohmios nominales, pero puede ser de 66 a 82 ohmios.
 Esto necesitaría nominalmente 1.73 V a 75 ohmios, pero 1.81 V a 82 ohmios o 1.56 V a 61 ohmios. (Especifico Voltaje a 2 lugares decimales que no se logrará en la práctica).

Si usas una fuente de 1.75 V, obtendrás 50, 41 y 37 mW a 61/75/82 ohmios respectivamente, lo que probablemente sea lo suficientemente bueno.

PERO si usa una resistencia en serie de una fuente de 5V bien regulada, con 140 ohmios obtendría potencias de resistencia de 38, 41 y amp; 42 mW con resistencia de resistencia de 61, 75 y 82 ohmios respectivamente. Lo cual es probablemente muy aceptable.

El uso de una resistencia en serie proporciona MÁS potencia del calentador estable que el voltaje constante a medida que cambia la resistencia del calentador.

Un circuito de potencia constante se mantendrá constante ya sea I ^ 2 x R o V ^ 2 / R o V x I para la resistencia del calentador. Esto no es difícil pero requiere una multiplicación o división explícita o implícita en cada caso, mientras que el uso de una serie R parece funcionar "suficientemente bien".

AÑADIDO

Se ha sugerido que se utilice la potencia máxima del calentador de la hoja de datos de ~ = 80 mW y que la nota de la aplicación recomendada sea 40 mW ignorada. El objetivo de correr a plena potencia es obtener los tiempos de respuesta más cortos posibles.

Hay varios factores en juego aquí.
 La nota de aplicación de los fabricantes del dispositivo (AFAIR) indica específicamente que si ejecuta el calentador a la potencia máxima, obtendrá una deriva a largo plazo Y que si lo ejecuta a la mitad de la potencia, los efectos adversos son bajos pero es muy estable a largo plazo .

El aspecto del tiempo de respuesta puede ser importante según el contexto y la aplicación, PERO es esencialmente independiente del problema de estabilidad. Se deben tomar decisiones, pero si estuviera haciendo esto, estaría atento a los 40 mW. Me gustaría ver los tiempos de respuesta en 40 mW y ~ = 80 mW y también ver si la precisión de la afirmación de estabilidad podría ser compatible.

Un voltaje constante le daría una potencia constante si la resistencia también es constante. Explican que la resistencia es propensa a la deriva térmica. Si mantuviera el voltaje constante al aumentar la resistencia, la disipación de energía disminuiría y las condiciones de operación solo permitirían un cambio de 6.7%.

justin muestra cómo una resistencia en serie limitará los cambios de potencia al cambiar la resistencia. Puede probar que la potencia del dispositivo es máxima si la resistencia de la serie tiene la misma resistencia que el calentador, el gráfico de Justin muestra un máximo de 74 \ $ \ Omega \ $ para una resistencia de la serie 74 \ $ \ Omega \ $.

Sin embargo, esto no garantiza que la resistencia se mantendrá constante. Si aumenta, digamos que de 74 \ $ \ Omega \ $ a 75 \ $ \ Omega \ $ la potencia cambiará de 77.838mW a 77.834mW. Esa es una diferencia de 3.5 \ $ \ mu \ $ W para un cambio de resistencia del 1.4%. Eso no va a parar la deriva.

Puede mantener la potencia constante creando un lazo de control en el que ajuste la tensión de alimentación (4.8 V a través del sensor y la resistencia en serie) midiendo la potencia disipada actualmente. Una forma fácil es usar un pequeño microcontrolador que mide el voltaje de la resistencia de la serie usando un ADC, luego calcula la potencia del sensor como

\ $ P = (V_ + - V_ {SENSE}) \ cdot \ dfrac {V_ {SENSE}} {R_ {SENSE}} \ $

y ajuste \ $ V _ + \ $ para mantener la potencia constante, respetando los límites mencionados en la hoja de datos:

\ $ V_ + = V_ {SENSE} + \ dfrac {77.8mW \ cdot 74 \ Omega} {V_ {SENSE}} = V_ {SENSE} + \ dfrac {5.76V ^ 2} {V_ {SENSE}} \ $

Para obtener la mejor regulación, elija una resistencia en serie con un coeficiente de temperatura baja .

Tiene razón: la simple fuente de voltaje constante generará retroalimentación térmica con una autorregulación más precisa.

Entonces la pregunta es por qué los doctores dicen que ayuda. Quizás sea legado cultural. En la industria automotriz, por ejemplo, el conteo de partes y la confiabilidad son muy importantes. El marketing no puede exigir a los clientes que utilicen una fuente de voltaje regulado de 2,5 V ni un regulador de potencia. Lo más que pueden pedir es resistencia extra. Es asequible Y trabaja en la práctica, violando la teoría.

P.S. Me pregunto por qué 6000 horas es un número. ¿Es teóricamente el kilometraje de automóvil más largo posible, o el intervalo entre incendios de casas? Editar: rascarlo. He leído mal los esquemas, la fuente de pensamiento a la derecha es el calentador. La resistencia está en la cadena del divisor para permitir la lectura del sensor. O bien no habrá lectura.

Edit2: La cita en su pregunta donde dicen acerca del calentador en serie con resistencia adicional simplemente no tiene sentido. Es posiblemente de algún estudio fallido.

La fuente de alimentación constante es algo poco común, pero se requiere para este dispositivo. Debe regular P = U * I. Pero todos ya lo saben. Como rara vez se utiliza, el regulador debe incluir la lectura de multiplicador analógico I y U, o un microcontrolador con ADC, cualquiera que sea el diseñador que prefiera.