工业电源管理新趋势文档.pdf

模拟技术 A nalogPower 工业电源管理新趋势 ◆ 德州仪器/资深应用工程师 Miro Oljaca 市场开发经理 Skip Osgood 合撰 简介 此需要进一步三相式的隔离。接着是将 220V 转换为 ±10V 信号，以提供必要的控制及防护电路系统功 随着现今工业市场用电量逐渐增加，电源系统的 能。对于负载电流测量，也需要相同的隔离、测量、 监控也因此需要不断改良。对于节能及整体电源运用 控制及防护；这些动作可搭配高电压电源变压器使 而言，适当管理及配送电源至关重要。对于进行决策 用，以进一步降低电压。 以及确实防护输电网络与终端用户而言，正确且实时 虽然输入频率相对较低，但是各测量的时间仍极 的测量实为个中关键。 为重要。此一配置需要在多个信道同时进行测量。本 图1显示必须测量三相电流的典型高压电源传输 文后续将说明多种可在这些测量中正确启用信号调节 系统。产生的极高电压必须予以隔离及减弱，才能 及数据转换的方法。 符合低电压测量及相对应控制系统的输入功能。电 源变压器是第一层高电压隔离，例如，发电厂传输 使用高电压组件进行测量 的 220kV 会转换成低电压的 220V。由于这个电压对 于目前的模拟数字转换器 (ADC) 而言还是过高，因 电压及电流测量的其中一项常用解决方案需要使 图1:典型高电压三相电源传输系统 76 CompoTech China / 2009. 01 模 拟 技 术 AnalogPower 图2:运用高电压组件的典型应用示意图 用高电压组件。经过滤波后，来自于电压或电流变压 层印刷电路板 (PCB) 设计。第二个问题是组件供应 器会由运算放大器 (运算放大器) 缓冲处理。这需要 方面的限制，目前只有几家制造商提供可接受 ±10V 变压器与运算放大器之间的电阻电容电路 (RC) 滤波 输入电压的 ADC。 器，才能限制电压突增及输入电流。图 2 显示采用 此一配置的一般应用电路。 使用低电压组件进行测量 变压器产生的电压突增是以 R1 及 C1 进行过 滤。输入电阻 R1 也可协助限制瞬时期间的输入电 另一个解决方案是使用低电压组件。在这个特 流，并保护运算放大器的高阻抗、非反向输入接脚。 殊个案中，我们是采用符合成本效益的单一电源供应 R2 及 C2 的额外过滤可针对运算放大器提供瞬时隔 5V 组件进行模拟测量。图3显示使用这些低成本的低 离，以避免通常与电流连续近似缓存器 (SAR) 架 电压组件进行的建议解决方案。来自于隔离变压器的 构 ADC 有关的电荷注入。藉由此一方法，可将变压 ±10V 信号是直接连接至差动放大器 (例如德州仪器的 器的输出电压 (一般为 20Vpp 或 ±10Vpp) 缓冲处 INA159) 的输入，100kΩ 电阻的高输入阻抗及 ±30V 理，并传输到 ADC 输入。 的最大输入电压使得这个连接方式得以实现。其中的 然而，这个简易的电路有几项潜在问题。首先 内部电已阻调整为最佳线性及共模抑制比 (CM