吴军蔚  康舒电子
摘要：本文主要讲述了LEM传感器在大功率高性能三相通信电源中的应用，简单介绍了两款LEM传感器的性能参数，及实现的线路简图。

关键词：电流传感器　电压传感器　三相通信电源　电流连续模式

目前，大多数通信模块电源都采用图1中的架构。交流电源经过输入滤波之后，进行功率因数校正电路，将输入的交流电流转变成直流电源。再经过一级DC-DC变换，转换到所需要的输出直流电压(48V或者是24V)。
 

                             图1  通信电源架构

    在这种架构中最主要的进行功率变换的是功率因数校正电路及DC-DC变换电路。其中三相功率因数校正的拓扑与控制方式很多。其按输入电感电流的状态可分为两种：一种是电流连续模式(CCM)[1][2]，另一种是电流断续模式(DCM)[3][4][5]。DCM模式电流峰值高，输入电流畸变较大，不太适用于性能要求高的场合。

   三相CCM通信模块电源目前业界较多采用的拓扑为三相三开关三电平拓扑(如VIENNA拓扑等)，本文主要讲述了如何采用LEM传感器来实现三相三开关三电平拓扑的控制。

    通过对三相三开关三电平控制研究发现[4][5]，目前要实现三相三开关三电平拓扑控制，至少需要检测5个量，如图2所示。即三个输入电流信号及两个输出电压信号。
               

图2  三相三开关三电平控制实现简图

    通常在单相PFC中，输入电流信号检测有两种实现方式：1、电阻检测，如图3所示；2、电流传感变压器检测，如图4所示。
                 

    电阻检测在三相PFC中很难实现，且由于三相PFC一般功率较大，也不适于用电阻检测输入电流。而采用电流传感变压器来进行检测，由于三相PFC本身线路拓扑复杂，再加入电流传感变压器来进行检测，其PCB走线就比较繁杂，且容易受到干扰。针对以上两种电流检测方式的缺点，一般三相PFC的电流检测方式都采用霍尔电感传感器来实现，而在传感器领域中LEM系列的产品，性价比相当不错。这儿就简单介绍一下LEM电流传感器如何实现三相PFC输入电流检测。

    设一三相6kW通信电源模块，输入相电压范围165Vac~275Vac，其输入电流的RMS为14A左右。通过查阅LEM公司产品资料，可知LTSR 25-NP适合。其额定最大电流RMS值为25A，精度为±0.2%。其内部框图如图6所示。
                                             
                                                                                              

           
图6  LTSR 25-NP的内部框图

   

   则要实现电流检测，需要在+脚接一个5V的电压，0脚与控制地相连。这里LTSR的ref脚采用内部参考电压，即接一个>220kΩ的电阻到控制地。其线路如图7所示。
                   

图7  采用LTSR系列传感器检测电流的电路图

    由于三相三开关三电平拓扑的输出端是两个电容串联，所以检测这两个电容上的电压到控制端，就必须有电压隔离。一般三相三开关三电平拓扑的输出电压为700V左右。这儿可采用LEM的LV 25-P可以简单的实现电压隔离。LV 25-P具体规格可以参照LEM公司网站上的Datasheet。其电路结构如图8所示。
               

图8  电压检测线路

 

    本文简单的论述了LEM传感器在三相大功率高性能通信电源模块中的应用。采用LEM电流传感器及电压传感器后，极大的简化的电源线路，降低了功率线路对控制线路的干扰

，大大提高了通信电源模块的性能及可靠性。

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