吳軍蔚  康舒電子
摘要：本文主要講述了LEM傳感器在大功率高性能三相通信電源中的應用，簡單介紹了兩款LEM傳感器的性能參數，及實現的線路簡圖。

關鍵詞：電流傳感器　電壓傳感器　三相通信電源　電流連續模式

目前，大多數通信模塊電源都采用圖1中的架構。交流電源經過輸入濾波之后，進行功率因數校正電路，將輸入的交流電流轉變成直流電源。再經過一級DC-DC變換，轉換到所需要的輸出直流電壓(48V或者是24V)。
 

                             圖1  通信電源架構

    在這種架構中最主要的進行功率變換的是功率因數校正電路及DC-DC變換電路。其中三相功率因數校正的拓撲與控制方式很多。其按輸入電感電流的狀態可分為兩種：一種是電流連續模式(CCM)[1][2]，另一種是電流斷續模式(DCM)[3][4][5]。DCM模式電流峰值高，輸入電流畸變較大，不太適用于性能要求高的場合。

   三相CCM通信模塊電源目前業界較多采用的拓撲為三相三開關三電平拓撲(如VIENNA拓撲等)，本文主要講述了如何采用LEM傳感器來實現三相三開關三電平拓撲的控制。

    通過對三相三開關三電平控制研究發現[4][5]，目前要實現三相三開關三電平拓撲控制，至少需要檢測5個量，如圖2所示。即三個輸入電流信號及兩個輸出電壓信號。
               

圖2  三相三開關三電平控制實現簡圖

    通常在單相PFC中，輸入電流信號檢測有兩種實現方式：1、電阻檢測，如圖3所示；2、電流傳感變壓器檢測，如圖4所示。
                 

    電阻檢測在三相PFC中很難實現，且由于三相PFC一般功率較大，也不適于用電阻檢測輸入電流。而采用電流傳感變壓器來進行檢測，由于三相PFC本身線路拓撲復雜，再加入電流傳感變壓器來進行檢測，其PCB走線就比較繁雜，且容易受到干擾。針對以上兩種電流檢測方式的缺點，一般三相PFC的電流檢測方式都采用霍爾電感傳感器來實現，而在傳感器領域中LEM系列的產品，性價比相當不錯。這兒就簡單介紹一下LEM電流傳感器如何實現三相PFC輸入電流檢測。

    設一三相6kW通信電源模塊，輸入相電壓范圍165Vac~275Vac，其輸入電流的RMS為14A左右。通過查閱LEM公司產品資料，可知LTSR 25-NP適合。其額定最大電流RMS值為25A，精度為±0.2%。其內部框圖如圖6所示。
                                             
                                                                                              

           
圖6  LTSR 25-NP的內部框圖

   

   則要實現電流檢測，需要在+腳接一個5V的電壓，0腳與控制地相連。這里LTSR的ref腳采用內部參考電壓，即接一個>220kΩ的電阻到控制地。其線路如圖7所示。
                   

圖7  采用LTSR系列傳感器檢測電流的電路圖

    由于三相三開關三電平拓撲的輸出端是兩個電容串聯，所以檢測這兩個電容上的電壓到控制端，就必須有電壓隔離。一般三相三開關三電平拓撲的輸出電壓為700V左右。這兒可采用LEM的LV 25-P可以簡單的實現電壓隔離。LV 25-P具體規格可以參照LEM公司網站上的Datasheet。其電路結構如圖8所示。
               

圖8  電壓檢測線路

 

    本文簡單的論述了LEM傳感器在三相大功率高性能通信電源模塊中的應用。采用LEM電流傳感器及電壓傳感器后，極大的簡化的電源線路，降低了功率線路對控制線路的干擾

，大大提高了通信電源模塊的性能及可靠性。

1. Y. Jiang, H. Mao, F. C. Lee, and D. Boroyevich, “Simple High Performance Three-Phase Boost Rectifiers”, Conference Record IEEE PESC 1994, pp. 1158-1163.

2. M. Sedighy and F. P. Dawson, “Single-Switch Three-Phase Power Factor Correction”, Conference Record IEEE IPEC 1995, pp. 293-297.

3. Chongming Qiao; Smedley, K.M., “A general three-phase PFC controller for rectifiers with a parallel-connected dual boost topology” Power Electronics, IEEE Transactions on, Volume 17,  Issue 6,  Nov. 2002 Page(s):925 – 934

4. Chongming Qiao; Smedley, K.M., “A general three-phase PFC controller for rectifiers with a series-connected dual-boost topology” Industry Applications, IEEE Transactions on, Volume 38,  Issue 1,  Jan.-Feb. 2002 Page(s):137 – 148

5. Minibock, J.; Kolar, J.W., “Novel concept for mains voltage proportional input current shaping of a VIENNA rectifier eliminating controller multipliers”  Industrial Electronics, IEEE Transactions on,  Volume 52,  Issue 1,  Feb. 2005 Page(s):162 – 170