LEM傳感器在大功率高性能三相通信模塊電源中的應用

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
一、引言
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）。

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。

二、三相三開關三電平信號檢測
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。


三、輸入電流信號檢測的實現
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。



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。



四、輸出電壓信號檢測
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。

五、總結
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。

參考文獻
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