一文解析工业用传感器功率调节拓扑

功率调节充当电源和负载之间的接口，在大多数工业应用中，功率调节执行关键功能，提供设备保护和输出波形校正，以防止噪声，电压波动，射频和电磁干扰。

电气和电子设备在工业上的日益使用导致对电力的需求增加，在这种应用中，电力必须尽可能不受干扰，跌落或不良谐波分量的影响。在工业生产过程中，必须连续不间断地保证电力供应-设备停机实际上会导致生产力下降，并不可避免地对公司的利润造成影响。为了减轻这些风险，最普遍采用的解决方案是安装电源调节系统。该电子设备的任务是监视输入电压（配电网络的三相电压），以确保所连接的负载受到尖峰，电涌，骤降，接地噪声，不希望的谐波，以及其他可能中断功能或损坏敏感电气和电子设备的现象。工业应用的功率调节系统能够检测电源电压中的任何异常情况。通过在很短的时间内采取适当的纠正措施，可以确保提供定期可靠的三相电源。响应时间非常快（以毫秒为单位），而输入电压在380至415 VAC之间时，输出功率从几百VA到约1,000 kVA不等。总而言之，功率调节是电源和负载之间的接口，在大多数工业应用中，它起着至关重要的作用，可提供设备保护和输出波形校正，以防止噪声，电压波动，射频，

功率调节拓扑

我们已经看到了有各种不同的噪声，波动或干扰源可能会影响工业应用中使用的交流电源的质量。原则上讲，没有任何一种功率调节系统能够有效且均等地抵消所有这些类型的功率衰减源，因此，分析最广泛用于其实现的不同拓扑更为方便。无源滤波器由与输入端成一直线的电感和跨线的电容器组成，可以消除交流输入电压中的高频成分，在所有方面均充当低通滤波器。但是，无源滤波器的降噪效果有限，因此，在工业环境中，无源滤波器会被有源技术替代（或随附）。通常用于降噪的另一种方法是基于使用恒压变压器。与以前的解决方案相比，优点在于更好的降噪，高度的负载隔离以及针对线路噪声，电压波动，电压尖峰，短时断电和掉电的保护。即使在整个周期的电源电压中断的情况下，这种解决方案也能够产生完美的正弦波，无噪声和无瞬态的交流输出信号。总谐波失真（THD）表示评估功率调节系统质量的相关指标。可以针对电流和电压计算的THD指数定义为谐波的均方根值与标称（RMS）信号电平之比。从工程学的角度来看，THD测量中只有前五个或六个谐波有效。因此，在大多数实际应用中，如果仅包含二次谐波和三次谐波，则不会有误差，因为高阶项的幅度通常会大大降低。基于恒压变压器的解决方案可显着降低谐波分量，THD值平均低于10％。此外，铁磁谐振变压器提供了高电隔离性和一流的保护水平，可防止共模噪声。另一个常用的解决方案是基于多抽头，三屏蔽隔离变压器的抽头开关调节器。如果只包含二次谐波和三次谐波，则不会有错误，因为高阶项的幅度通常会大大降低。基于恒压变压器的解决方案可显着降低谐波分量，THD值平均低于10％。此外，铁磁谐振变压器提供了高电隔离性和一流的保护水平，可防止共模噪声。另一个常用的解决方案是基于多抽头，三屏蔽隔离变压器的抽头开关调节器。如果只包含二次谐波和三次谐波，则不会有错误，因为高阶项的幅度通常会大大降低。基于恒压变压器的解决方案可显着降低谐波分量，THD值平均低于10％。此外，铁磁谐振变压器提供了高电隔离性和一流的保护水平，可防止共模噪声。另一个常用的解决方案是基于多抽头，三屏蔽隔离变压器的抽头开关调节器。铁氧体变压器可提供高电隔离性，并具有一流的保护水平，可防止共模噪声。另一个常用的解决方案是基于多抽头，三屏蔽隔离变压器的抽头开关调节器。铁氧体变压器可提供高电隔离性，并具有一流的保护水平，可防止共模噪声。另一个常用的解决方案是基于多抽头，三屏蔽隔离变压器的抽头开关调节器。

变压器的抽头由微处理器控制的线电压感测电路自动切换。微处理器执行抽头切换，以保持输出电压尽可能接近标称线电压。除了防静电屏蔽之外，变压器的低输出阻抗还确保了出色的瞬态和降噪效果。数字控制可提供严格的电压调节，并在一个周期内提供快速而准确的调节。此类解决方案可用于单相和三相线路电压。功率调节拓扑的进一步发展阶段是由双转换系统代表的，双转换系统首先将AC电压转换为DC电压，并进行调节（滤波和调节），然后转换回完美的正弦交流电压，实际上与可能影响输入的异常无关。与其他解决方案相比，双转换电路具有更高的性能，其电压调节精度高达RMS值的±2％，并执行精细的频率调节（这是基于变压器的无源解决方案无法实现的）。除了提供高负载保护并减少或消除寄生谐波分量之外，理想的功率调节系统还应该能够执行功率因数校正（PFC）。实际上，无功功率的滞后是导致能量损失的主要因素之一。功率因数校正的目的是通过与电源并联的电容器产生的超前无功功率来补偿产生的滞后无功功率，

此外，PFC使工业公司可以节省公用事业无功电费。实际上，公用事业公司向公司收取的真实功率因数很低（它包括无功电流和谐波电流）。具有PFC功能的功率调节系统对进入AC网络的无功功率进行严格控制，将目标功率因数设置为0.95或更高。

功率调节装置

Analog Devices是模拟，混合信号和DSP集成电路设计和制造的全球领导者，为功率调节应用提供了广泛的器件选择。如前所述，双转换功率调节器需要不同的有源和数字组件，其中包括一个DC / DC转换器。ADI公司的高性能直流转换器产品组合包括几个开关稳压器，它们能够以升压（boost），降压（buck）和反相模式工作，从而产生固定或可调的输出电压。该LT8650S静音开关稳压器为同步降压DC / DC转换器提供了更高的性能水平。结合了高开关频率（2 MHz），高效率和超低EMI，LT8650S是一个非常紧凑的低EMI电源解决方案。最大输入电压范围为8 V至65 V，使该器件成为需要1 A至15 A输出电流的各种应用的理想解决方案。Silent Switcher系列采用特殊的设计和封装技术，可在2 MHz时提供95％的效率，同时轻松通过CISPR 25 5类峰值EMI限制。内部旁路电容器和集成基板进一步改善了EMI，并优化了高频电流环路，从而简化了PCB布局设计。LT8650S（图1显示了一个典型应用）是一个双通道降压型稳压器，它从两个通道提供高达4A的连续电流，并支持每个通道高达6A的负载。该器件还具有非常低的静态电流：在没有负载的情况下，两个通道仅吸收6.2μA的电流。

图1：LT8650S降压转换器的典型应用

两个输出可轻松并联以实现大电流，从24 V输入提供72 W（9 V / 8 A）的输出功率。如图2所示，满载时的效率为95％，具有出色的散热性能。在室温下运行，IC的最热部分达到约75°C，而无需任何主动冷却。

图2：高输出电流配置的热性能

凭借其宽输入范围，低静态电流和小尺寸（4×6mm 32引脚LQFN封装），LT8650S双路同步降压型稳压器减少了零件数量和尺寸，同时为广泛的应用提供了设计灵活性。 

编辑：hfy