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NDIR红外气体传感器光源恒功率电路

关键词:NDIR,红外气体传感器,恒功率,电路点击:
         在红外气体传感器和红外气体检测仪器中,要求光源发光强度不变,即光源功率保持恒定。光源属于纯电阻负载,纯电阻负载会随着温度变化和负载材料损耗而变化。负载的阻值变化会导致负载的电流或者电压发生变化,从而使得负载功率发生变化。光源在发光过程中,温度会升高,导致光源的等效阻值发生变化; 随着光源材料消耗,负载阻值也发生变化,光强度就发生变化,会使得红外气体传感器和红外气体检测仪器的输出信号波动。另外,一批光源产品中,光源的内阻也会存在差别,用它制作的红外气体传感器产品的一致性就会较差。由此,研究电阻性负载的恒功率控制具有重要的实际意义。目前,在电阻性负载的恒功率控制方面,有设计出以软件方式控制的恒功率电路,具有控制算法简单可靠、设定值灵活可调等优点。但其需要编写程序,且当单片机受自身或外部环境因素影响时程序会报错。本文介绍了一种恒功率电路,只依靠硬件电路实现恒功率控制,降低了复杂度,且成本低,使用方便,能够更好地用在红外光源驱动上,解决了传统红外光源在恒电压、恒电流控制电路中输出功率不稳定的问题,可在一定程度上提高产品一致性,在红外气体传感器、检测仪、分析仪器以及红外光谱仪中都将有广泛而积极的应用。
 

  • 恒功率电路工作原理与具体实现1 工作原理恒功率电路原理框图如下图所示,由功率监视器( 电流电压采样部分) 、调节电路和光源负载三部分组成。
 
恒功率电路的原理框图设计恒功率电路的思想就是利用功率监视器通过外部检流电阻检测负载电流,向芯片输入表示负载电流的电压,芯片内部的乘法器将输入的负载电压和表示负载电流的电压相乘,输出一个表示负载功率的电压作为调节电路的输入。调节电路通过运算放大器和三极管组成一个反馈系统,具有自动稳定负载功率的功能。当负载的功率发生变化的时候,通过反馈系统的调节,恒定负载输入功率,达到光源发光强度不变。
 

  1. 2 具体实现恒功率光源驱动电路以 EMIRS200 MEMS 光源为负载,进行恒功率电路设计。MEMS 光源的等效电阻变化范围为35 ~ 55 Ω,考 虑 到 EMIRS200 MEMS 光 源 典 型 功 率 为450 m W,若保持恒定 450 m W 的功率,则其驱动电压在5. 7 V左右,驱动电流在 79 m A 左右( 参考 MEMS 光源的 datashe-et) ,恒功率电路包括电流、电压采样电路和调节电路。恒功率电路如图 所示。
 
 
  1. 电流、电压采样电路: 主要由 MAX4211EEUE 功率监视器、电阻 RSENSE,R6,R10和三极管 BCP54 构成。
 
       电流采样电路: 电流源输出电流由功率监视芯片的端输入,经 RSENSE,R4和三极管 Q1到 MEMS 光源负载上,电阻RSENSE为检流电阻,将电流以电压的形式加在功率监视器MAX4211EEUE 的引脚 1 和引脚 2 上,在功率监视器内部进行处理。
   电压采样电路: 电压采样电路由功率监视器、电阻 R6和 R10组成,R6,R10与光源负载并联,2 个电阻两端的总电压与负载电压相等,因为功率监视器的输入电压要不大于1 V,所以,用 R10分得小于 1 V 的电压,代表负载的电压值,作为功率监视器的引脚 4 输入。
 

  1. 调节电路: 调节电路由功率监视器、运算放大器LM358 与三极管 BCP54 组成反馈回路进行微调。MAX4211功率监视器,其原理如图所示。
       恒功率电路针对一批不同阻值的光源可以使其的发光强度保持在一个较小的范围内波动,从而减少红外传感器的分散性; 对于长期光源损耗产生的光源强度差异也有较好的调节作用,从而抑制了红外传感器的基线漂移,增加了可靠性。该电路还可以根据不同的场合和不同的需求,进行改进,具有更广阔应用范围和实用价值。


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