一文解析工業(yè)用傳感器功率調節(jié)拓撲

功率調節(jié)充當電源和負載之間的接口，在大多數(shù)工業(yè)應用中，功率調節(jié)執(zhí)行關鍵功能，提供設備保護和輸出波形校正，以防止噪聲，電壓波動，射頻和電磁干擾。

電氣和電子設備在工業(yè)上的日益使用導致對電力的需求增加，在這種應用中，電力必須盡可能不受干擾，跌落或不良諧波分量的影響。在工業(yè)生產過程中，必須連續(xù)不間斷地保證電力供應-設備停機實際上會導致生產力下降，并不可避免地對公司的利潤造成影響。為了減輕這些風險，最普遍采用的解決方案是安裝電源調節(jié)系統(tǒng)。該電子設備的任務是監(jiān)視輸入電壓（配電網(wǎng)絡的三相電壓），以確保所連接的負載受到尖峰，電涌，驟降，接地噪聲，不希望的諧波，以及其他可能中斷功能或損壞敏感電氣和電子設備的現(xiàn)象。工業(yè)應用的功率調節(jié)系統(tǒng)能夠檢測電源電壓中的任何異常情況。通過在很短的時間內采取適當?shù)募m正措施，可以確保提供定期可靠的三相電源。響應時間非?？欤ㄒ院撩霝閱挝唬?，而輸入電壓在380至415 VAC之間時，輸出功率從幾百VA到約1,000 kVA不等。總而言之，功率調節(jié)是電源和負載之間的接口，在大多數(shù)工業(yè)應用中，它起著至關重要的作用，可提供設備保護和輸出波形校正，以防止噪聲，電壓波動，射頻，

功率調節(jié)拓撲

我們已經看到了有各種不同的噪聲，波動或干擾源可能會影響工業(yè)應用中使用的交流電源的質量。原則上講，沒有任何一種功率調節(jié)系統(tǒng)能夠有效且均等地抵消所有這些類型的功率衰減源，因此，分析最廣泛用于其實現(xiàn)的不同拓撲更為方便。無源濾波器由與輸入端成一直線的電感和跨線的電容器組成，可以消除交流輸入電壓中的高頻成分，在所有方面均充當?shù)屯V波器。但是，無源濾波器的降噪效果有限，因此，在工業(yè)環(huán)境中，無源濾波器會被有源技術替代（或隨附）。通常用于降噪的另一種方法是基于使用恒壓變壓器。與以前的解決方案相比，優(yōu)點在于更好的降噪，高度的負載隔離以及針對線路噪聲，電壓波動，電壓尖峰，短時斷電和掉電的保護。即使在整個周期的電源電壓中斷的情況下，這種解決方案也能夠產生完美的正弦波，無噪聲和無瞬態(tài)的交流輸出信號?？傊C波失真（THD）表示評估功率調節(jié)系統(tǒng)質量的相關指標?？梢葬槍?a href="http://srfitnesspt.com/tags/電流/" target="_blank">電流和電壓計算的THD指數(shù)定義為諧波的均方根值與標稱（RMS）信號電平之比。從工程學的角度來看，THD測量中只有前五個或六個諧波有效。因此，在大多數(shù)實際應用中，如果僅包含二次諧波和三次諧波，則不會有誤差，因為高階項的幅度通常會大大降低?；诤銐鹤儔浩鞯慕鉀Q方案可顯著降低諧波分量，THD值平均低于10％。此外，鐵磁諧振變壓器提供了高電隔離性和一流的保護水平，可防止共模噪聲。另一個常用的解決方案是基于多抽頭，三屏蔽隔離變壓器的抽頭開關調節(jié)器。如果只包含二次諧波和三次諧波，則不會有錯誤，因為高階項的幅度通常會大大降低?；诤銐鹤儔浩鞯慕鉀Q方案可顯著降低諧波分量，THD值平均低于10％。此外，鐵磁諧振變壓器提供了高電隔離性和一流的保護水平，可防止共模噪聲。另一個常用的解決方案是基于多抽頭，三屏蔽隔離變壓器的抽頭開關調節(jié)器。如果只包含二次諧波和三次諧波，則不會有錯誤，因為高階項的幅度通常會大大降低?；诤銐鹤儔浩鞯慕鉀Q方案可顯著降低諧波分量，THD值平均低于10％。此外，鐵磁諧振變壓器提供了高電隔離性和一流的保護水平，可防止共模噪聲。另一個常用的解決方案是基于多抽頭，三屏蔽隔離變壓器的抽頭開關調節(jié)器。鐵氧體變壓器可提供高電隔離性，并具有一流的保護水平，可防止共模噪聲。另一個常用的解決方案是基于多抽頭，三屏蔽隔離變壓器的抽頭開關調節(jié)器。鐵氧體變壓器可提供高電隔離性，并具有一流的保護水平，可防止共模噪聲。另一個常用的解決方案是基于多抽頭，三屏蔽隔離變壓器的抽頭開關調節(jié)器。

變壓器的抽頭由微處理器控制的線電壓感測電路自動切換。微處理器執(zhí)行抽頭切換，以保持輸出電壓盡可能接近標稱線電壓。除了防靜電屏蔽之外，變壓器的低輸出阻抗還確保了出色的瞬態(tài)和降噪效果。數(shù)字控制可提供嚴格的電壓調節(jié)，并在一個周期內提供快速而準確的調節(jié)。此類解決方案可用于單相和三相線路電壓。功率調節(jié)拓撲的進一步發(fā)展階段是由雙轉換系統(tǒng)代表的，雙轉換系統(tǒng)首先將AC電壓轉換為DC電壓，并進行調節(jié)（濾波和調節(jié)），然后轉換回完美的正弦交流電壓，實際上與可能影響輸入的異常無關。與其他解決方案相比，雙轉換電路具有更高的性能，其電壓調節(jié)精度高達RMS值的±2％，并執(zhí)行精細的頻率調節(jié)（這是基于變壓器的無源解決方案無法實現(xiàn)的）。除了提供高負載保護并減少或消除寄生諧波分量之外，理想的功率調節(jié)系統(tǒng)還應該能夠執(zhí)行功率因數(shù)校正（PFC）。實際上，無功功率的滯后是導致能量損失的主要因素之一。功率因數(shù)校正的目的是通過與電源并聯(lián)的電容器產生的超前無功功率來補償產生的滯后無功功率，

此外，PFC使工業(yè)公司可以節(jié)省公用事業(yè)無功電費。實際上，公用事業(yè)公司向公司收取的真實功率因數(shù)很低（它包括無功電流和諧波電流）。具有PFC功能的功率調節(jié)系統(tǒng)對進入AC網(wǎng)絡的無功功率進行嚴格控制，將目標功率因數(shù)設置為0.95或更高。

功率調節(jié)裝置

Analog Devices是模擬，混合信號和DSP集成電路設計和制造的全球領導者，為功率調節(jié)應用提供了廣泛的器件選擇。如前所述，雙轉換功率調節(jié)器需要不同的有源和數(shù)字組件，其中包括一個DC / DC轉換器。ADI公司的高性能直流轉換器產品組合包括幾個開關穩(wěn)壓器，它們能夠以升壓（boost），降壓（buck）和反相模式工作，從而產生固定或可調的輸出電壓。該LT8650S靜音開關穩(wěn)壓器為同步降壓DC / DC轉換器提供了更高的性能水平。結合了高開關頻率（2 MHz），高效率和超低EMI，LT8650S是一個非常緊湊的低EMI電源解決方案。最大輸入電壓范圍為8 V至65 V，使該器件成為需要1 A至15 A輸出電流的各種應用的理想解決方案。Silent Switcher系列采用特殊的設計和封裝技術，可在2 MHz時提供95％的效率，同時輕松通過CISPR 25 5類峰值EMI限制。內部旁路電容器和集成基板進一步改善了EMI，并優(yōu)化了高頻電流環(huán)路，從而簡化了PCB布局設計。LT8650S（圖1顯示了一個典型應用）是一個雙通道降壓型穩(wěn)壓器，它從兩個通道提供高達4A的連續(xù)電流，并支持每個通道高達6A的負載。該器件還具有非常低的靜態(tài)電流：在沒有負載的情況下，兩個通道僅吸收6.2μA的電流。

圖1：LT8650S降壓轉換器的典型應用

兩個輸出可輕松并聯(lián)以實現(xiàn)大電流，從24 V輸入提供72 W（9 V / 8 A）的輸出功率。如圖2所示，滿載時的效率為95％，具有出色的散熱性能。在室溫下運行，IC的最熱部分達到約75°C，而無需任何主動冷卻。

圖2：高輸出電流配置的熱性能

憑借其寬輸入范圍，低靜態(tài)電流和小尺寸（4×6mm 32引腳LQFN封裝），LT8650S雙路同步降壓型穩(wěn)壓器減少了零件數(shù)量和尺寸，同時為廣泛的應用提供了設計靈活性。

編輯：hfy