Измеритель мощности с точностью ±1%

Контролируя потребление энергии, измерители мощности обеспечивают заблаговременное предупреждение о тепловой перегрузке систем повышенной надежности. Такой контроль особенно полезен в драйверах двигателей, промышленных нагревательных устройствах и других системах, где меняются и напряжение, и ток нагрузки. Принцип работы изображенной на Рисунке 1 схемы измерителя мощности основан на том, что для нахождения мощности необходимо умножить напряжение на силу тока. Типичная погрешность схемы составляет менее ±1%. Микросхема датчика тока IC₂ измеряет выходной ток, а четырехквадрантный аналоговый умножитель, собранный на микросхемах IC₁ и IC₃, вырабатывает сигнал, пропорциональный произведению выходного тока и напряжения. Дополнительный каскад с единичным усилением (IC₄) инвертирует инверсный выход умножителя. Наилучшую точность этот измеритель мощности обеспечивает тогда, когда напряжения на входах умножителя (J₁ и J₂) находятся в диапазоне от 3 В до 15 В. Сопротивление токоизмерительного резистора определяют на основании соотношения

где сопротивление R_SENSE выражается в омах, а выходная мощность P в ваттах. Так, если нагрузка должна получать мощность 10 Вт, то вы выбираете R_SENSE = 0.1 Ом.

Рисунок 1.	Точность этого измерителя, выходное напряжение которого пропорционально мощности нагрузки, достигает ±1%.

Коэффициент передачи G схемы на Рисунке 1 равен единице, при этом выходное напряжение пропорционально мощности нагрузки. Например, при мощности нагрузки 10 Вт выходное напряжение будет равно 10 В. Для того, чтобы изменить коэффициент передачи схемы, надо подобрать другое сопротивление токоизмерительного резистора, исходя из формулы G = 10R_SENSE. Зависимость ошибки измерений от мощности нагрузки для схемы на Рисунке 1 показана на Рисунке 2. Обратите внимание, что в диапазоне мощностей от 3 Вт до 14 Вт схема демонстрирует точность лучше ±1%. Для правильной работы схемы, прежде всего, необходимо выполнить калибровку умножителя согласно описанной ниже процедуре. Предварительно снимите перемычки J₁ (вход X) и J₂ (вход Y).

Рисунок 2.	В диапазоне мощностей нагрузки от 3 Вт до 14 Вт измеритель имеет точность лучше ±1%.

• Регулировка смещения входа X:
  Подайте на вход Y синусоидальный сигнал частотой 1 кГц с амплитудой 5 В пик-пик, а вход X соедините с землей. Наблюдая выходной сигнал схемы на экране осциллографа, подстроечным резистором R_X установите амплитуду синусоидального сигнала равной нулю.
   
• Регулировка смещения входа Y:
  Подайте на вход X синусоидальный сигнал частотой 1 кГц с амплитудой 5 В пик-пик, а вход Y соедините с землей. Наблюдая выходной сигнал схемы на экране осциллографа, подстроечным резистором R_Y установите амплитуду синусоидального сигнала равной нулю.
   
• Регулировка смещения выхода:
  Подключите оба входа X и Y к земле. Подстроечным резистором R_OUT установите постоянное выходное напряжение равным нулю.
   
• Установка масштаба (коэффициента усиления):
  Подключите оба входа X и Y к источнику постоянного напряжения 10 В. Подстроечным резистором R_SCALE установите постоянное выходное напряжение равным 10 В.

Повторите предыдущие шаги необходимое число раз.

Материалы по теме

1. Datasheet Maxim Integrated MAX427
2. Datasheet Maxim Integrated MAX4372
3. Datasheet ON Semiconductor MC1495