工業(yè)電源模塊是工業(yè)設(shè)備的心臟，根據(jù)國(guó)際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Markets and Markets發(fā)布的報(bào)告，全球工業(yè)電源市場(chǎng)規(guī)模到2026年預(yù)計(jì)將達(dá)到97億美元，特別是在碳中和政策驅(qū)動(dòng)下，節(jié)能設(shè)備需求的不斷增加以及全球電動(dòng)汽車的普及是驅(qū)動(dòng)該市場(chǎng)穩(wěn)定增長(zhǎng)的主要因素。從定義上說，工業(yè)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。而從主要的功能來講，工業(yè)電源的核心技術(shù)就是控制IC和MOSFET晶體管。工業(yè)電源的下游應(yīng)用，幾乎能想到的領(lǐng)域都能用得上，比如工業(yè)自動(dòng)化控制、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備等等。
電力的可靠性、彈性和普遍可用性是美國(guó)最大的工程成就之一。來自美國(guó)能源部、美國(guó)國(guó)家電力可靠性公司等機(jī)構(gòu)的報(bào)告，通常將全國(guó)的可靠性定為99.97%。盡管如此，經(jīng)濟(jì)學(xué)家估計(jì)，即使是0.03%的電力服務(wù)損失也會(huì)對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)造成每年超過1000億美元的損失。而在工廠里，電力不穩(wěn)定可能導(dǎo)致昂貴的設(shè)備發(fā)生故障，甚至過早報(bào)廢。細(xì)微的電源質(zhì)量事件常常越過傳統(tǒng)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)而不被察覺，造成設(shè)備性能隨著時(shí)間推移而降低。為了克服電源質(zhì)量挑戰(zhàn)，有必要監(jiān)控輸入以及負(fù)載產(chǎn)生的擾動(dòng)。始終致力于開發(fā)先進(jìn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品和優(yōu)秀解決方案的供應(yīng)商亞德諾半導(dǎo)體(ADI)為業(yè)界提供了一款具有電源質(zhì)量分析功能的高集成度三相模擬前端(AFE)，旨在幫助延長(zhǎng)工業(yè)設(shè)備的正常工作時(shí)間和使用壽命，相比定制解決方案而言，可為開發(fā)人員節(jié)省大量時(shí)間和成本。
電源質(zhì)量指的是提供給用電客戶的電力的各種變化情況，涉及接線問題、接地問題、開關(guān)瞬變、負(fù)載變化和諧波生成。某些情況下，電源質(zhì)量糟糕的狀況可能未被發(fā)現(xiàn)，但是會(huì)損害昂貴的設(shè)備。過去，設(shè)計(jì)高精度電源質(zhì)量分析儀需要較高的技術(shù)能力，并且常常涉及使用分立器件和開發(fā)定制電源質(zhì)量測(cè)量算法。現(xiàn)如今，新型電源質(zhì)量模擬前端集成了低漂移總增益的高性能ADC和DSP內(nèi)核。分立式設(shè)計(jì)方法和編寫定制算法意味著復(fù)雜度和成本會(huì)很高，而集成式AFE消除了這種弊端。
集成AFE計(jì)算并提供電源質(zhì)量參數(shù)，例如突降、突升、均方根、相序誤差和功率因數(shù)值，還可以從輸入信號(hào)獲得線路頻率諧波成分。ADI的這款世界領(lǐng)先的電源質(zhì)量監(jiān)控前端ADE9000.它消除了大部分的計(jì)算復(fù)雜性，并簡(jiǎn)化了實(shí)施電源質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)所需的時(shí)間和精力。
典型電源質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)鏈
85%的電源質(zhì)量事故源于電源突降或突升、諧波和接線以及接地問題。為了應(yīng)對(duì)并管理電源質(zhì)量，必須找到可靠的監(jiān)控和報(bào)告方法。行業(yè)制定的一些重要標(biāo)準(zhǔn)，例如IEC 61000-4-30 A類和S類、IEC61000-4-7諧波測(cè)量和針對(duì)閃變的IEC61000-4-15.ADE9000 AFE是一種現(xiàn)成解決方案，提供嵌入式電源質(zhì)量算法，并與高性能ADC集成在單個(gè)器件中。這種集成可以簡(jiǎn)化復(fù)雜算法編程、降低成本、減少元件數(shù)量，并加快產(chǎn)品面市速度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度，確保電源質(zhì)量符合EN61000-4-30 S類標(biāo)準(zhǔn)。工廠、醫(yī)院、商業(yè)建筑和其他場(chǎng)所的設(shè)備經(jīng)常由于電源干擾和異常等污染而出現(xiàn)工作中斷、過早老化和長(zhǎng)期損壞。很多情況下都無(wú)法檢測(cè)出這些電源污染，最終導(dǎo)致價(jià)格昂貴的設(shè)備損壞。使用ADE9000 AFE，電源質(zhì)量監(jiān)控解決方案的設(shè)計(jì)人員能夠測(cè)量和分析電源污染，從而防止這些干擾和長(zhǎng)期損壞。
在當(dāng)今商業(yè)環(huán)境下，許多公司都在考慮安裝或已經(jīng)安裝本地產(chǎn)生的再生能源，例如太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電，這種分布式電力來源使得電氣設(shè)施需要開關(guān)模式電源。隨著電力電子和開關(guān)電源使用的增加，諧波將成為工業(yè)設(shè)備更常見的電源質(zhì)量問題來源。此類電源可將諧波注入電線并降低電源質(zhì)量，從而影響任何連接到供電網(wǎng)絡(luò)的東西，包括變壓器和電纜。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)組件過載時(shí)，設(shè)備管理者常?？捎^測(cè)到大諧波電流的影響。某些情況下，網(wǎng)絡(luò)組件的總損耗增加0.1%至0.5%便可能觸發(fā)保護(hù)器件。ADE9000 AFE將七個(gè)高性能ADC、高端基準(zhǔn)電壓源、靈活的DSP內(nèi)核以及專有算法集成到單個(gè)便于使用的器件中。ADC和基準(zhǔn)電壓源驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)高精度，在一定溫度范圍內(nèi)提供低漂移，并在最廣泛的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)提供較高精度。預(yù)編程的專有電源質(zhì)量軟件提供了實(shí)時(shí)監(jiān)控和諧波分析，包括幅度和相位信息。需要時(shí)，它能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)且節(jié)約成本的糾正措施。
為協(xié)助客戶加速產(chǎn)品開發(fā)，ADI還提供了eval-ADE9000EBZ評(píng)估板，讓客戶可對(duì)ADE9000電能監(jiān)控IC的性能進(jìn)行評(píng)估，且評(píng)估環(huán)境與實(shí)際電源質(zhì)量監(jiān)控器的部署環(huán)境非常類似。該評(píng)估套件內(nèi)包含評(píng)估軟件，其采用LabVIEW編寫，通過PC接口可訪問該器件的所有寄存器和特性。
隨著工業(yè)制造的不斷發(fā)展，以及物聯(lián)網(wǎng)部署的加速，傳統(tǒng)的工業(yè)電源已經(jīng)無(wú)法滿足智能制造對(duì)于工業(yè)電源高效集成、診斷監(jiān)控、遠(yuǎn)程管理等更多的需求。來自分布式設(shè)備的電源質(zhì)量信息也將以更智能的方式加以收集和利用。通過采用ADE9000這種新一代電源質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)與器件，工業(yè)設(shè)備所有者可以預(yù)期機(jī)器設(shè)備過早失效或磨損的情況會(huì)減少，從而使昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施將獲得更長(zhǎng)的使用壽命。
