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高度集成电流传感器应对电力系统设计挑战

话题调查中国仪表网2009年06月30日 09:45人气:665

电力系统设计工程师们正面临着较之以往更大的挑战。更加复杂的传感算法、最新的能源效率挑战和新一代高级传感器的应用,都意味着电力设计师们需要学习比以往更加广泛的技能,同时不断吸收新的设计思想和解决方案,只有这样才能让企业在电力市场上占有一席之地。

其中一些挑战由已有的技术驱动:由于元器件变得越来越复杂,工程师们需要更加专业的知识才能使元器件应用最优化。但是,更大的压力来自于各种应用的不同需求,尤其是能源效率或“绿色”设计的需要。一个典型的案例就是家用电器,比如洗衣机,用户要求高效率并便于操作,这促使制造商采用新型电机控制技术,由此带来的是新型元器件的开发和应用需求。这一巨大的变革意味着电力工程师们必须不断更新自身的专业知识。

以传感器(transducers)为例,过去的单一功能的传感器件将会被具备板载信号处理和控制算法的传感器所取代。莱姆电子工业行业副总裁HansDieterHuber表示:“有两个驱动力来推动目前的传感器的最新进展,一个是对舒适度的需求,即需要更好更精细的调节,比如在空调设备中,变频控制可以更准确地控制温度以及大幅度地降低噪音;另一个是节约能源的需求,该要求意味着越来越多的过去曾经采用机械控制的应用场合将改变成全电子控制,由此提供更高的可靠性、改进的调节功能以及更高的能源效率,例如现在仅有15%的电机具有变频控制,而这种全电子控制能够节约所消耗总能量的50%,实现可观的能源节约。”

技术的进步促使工程师不断提升自己的设计能力,反过来说,客户需求也促进了技术的进步。HansDieterHuber表示,LEM正与各个市场的电力设计师们保持着密切的伙伴关系,其中包括工业、公共运输、能源和自动化以及汽车市场,对于几乎所有的这些领域的设计师们而言,下一代电机控制最显著的趋势是小型化、高效率和高性能。HansDieterHuber说:“我们的客户要求提供最佳解决方案,以便对其应用中的电流进行精确测量。他们还期待能为最终应用带来附加值的电流测量解决方案,从而使其能够在市场竞争中标新立异。这就要求最小的传感器提供最佳的精度性能以及能够方便地集成并与现有的其他电子元器件(如微控制器)进行通信。”LEM还通过与客户密切协作进行产品改善,这将使电力应用场合的电流和电压传感的现有性能参数实现更大的突破。这些突破将构成各种依据,设计师们根据这些依据可以使其产品具有更高的效率和功能特性。

LEM在8年前就开始将ASIC集成进传感器中,这一举动使得相关IP得到了开发,从而打造了现在的Minisens系列,一款能让上述诸如节能家用电器等应用得以实现的传感器产品。集成的电路实现了小尺寸,并在实现竞争力价格的同时也实现了高精度,这些高精确的传感器帮助设计师们再接再厉不断向小型化进军。HansDieterHuber表示:“我们已经开发了一款成熟的电流传感器,该传感器将磁选机(magneticconcentrator)集成进入一个SO-8封装里。这个非常小的元件叫做Minisens,对于之前不能测量或采用分流(shunt)来进行测量的应用场合,该元件可以为直流电流和隔离电流测量提供标准的解决方案。该ASIC完全是由我们公司自主设计,特别适用于电流测量,并改善了电气性能,例如可以补偿热漂移产生的误差。我们还能提供一些新的改善,这些改善不属于通常电流测量方法的一部分,比如短路检测或待机模式的更快输出,此外我们在集成程度和尺寸缩减方面也取得了很大的进步。

由于这些器件是封装在一个标准芯片组内,因此可以方便地在PCB表面贴装工艺中采用这个芯片。”
随着高效电力设计所要求的技能的拓宽,掌握专业知识的能力变得至关重要。通过与全世界的客户开展密切的协作伙伴关系,LEM坚信正是分享电流和电压测量方面的经验使其赢得超过37年之久的市场领导地位。LEM针对每个市场和每一种应用的特殊要求进行细化理解,并具备快速开发集现场验证质量和新颖设计特点于一体的新产品的能力。这样一来,LEM可以为电力设计师们提供完全适合各种应用场合的标准和定制产品。

值得一提的是,目前所有的企业所面临的另外一个重要挑战是当前的经济形势。当整个市场可能需要几年时间才能彻底恢复的时候,可再生能源极有可能比其他行业反弹得更快。各个政府投入巨资可使反弹速度加快,同时使电力设计前景看好。“绿色”产品很有可能成为政府支持的主要受益对象,而通过采用尖端电力设计来削减能源消耗或者从可再生能源产生电力等技术在许多国家还需要政府投资。

更加高级的电流和电压测量装置的整合、智能电机控制对数字化设计需求的不断增加以及可再生能源的巨大潜能为电力设计师们呈现了一个具有吸引力并更具备挑战性的未来。
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