Introducción detallada del poder
La medición de potencia se utiliza para medir la energía consumida por equipos eléctricos y es ampliamente utilizada en investigación y desarrollo o líneas de producción como electrodomésticos, equipos de iluminación y máquinas industriales. Este artículo se centra en varios métodos de medición de potencia y sus aplicaciones específicas.
Tecnología de medición
Existen cuatro métodos para medir la potencia:
(1) Método de potencia de detección de diodo;
(2) Equivalente Método de detección del consumo de energía térmica;
(3) Método de potencia de detección de conversión de RMS/CC verdadero (TRMS/DC);
(4) Método de potencia de detección de amplificación logarítmica.
A continuación se presenta cada uno de estos cuatro métodos y se comparan sus respectivas ventajas y desventajas.
Uso del método de detección de potencia de diodo
El circuito que utiliza diodos para detectar la potencia de entrada se muestra en la Figura 1. La Figura 1(a) es un circuito rectificador y filtro de media onda simple. La resistencia de entrada total del circuito es de 50 Ω. D es el tubo rectificador y C es el condensador del filtro. El PIN de alimentación de entrada de RF se rectifica y filtra para obtener el voltaje de salida U0. Pero U0 cambiará significativamente cuando la temperatura ambiente aumente o disminuya. La Figura 1 (b) muestra un circuito mejorado para la detección de diodo de potencia de entrada. Este circuito agrega un diodo de compensación de temperatura D2, que puede realizar una compensación de temperatura en el voltaje rectificado del diodo D1. El diodo tiene un coeficiente de temperatura negativo. Cuando la temperatura aumenta, la caída de voltaje de D1 disminuirá, pero la caída de voltaje de D2 también disminuirá, de modo que el voltaje de salida permanece estable.
Cabe señalar que el circuito de detección de diodos responde al valor promedio. No puede medir directamente el valor efectivo de la potencia de entrada, pero mide indirectamente el valor efectivo de la potencia en función de la relación entre el valor efectivo. de la onda sinusoidal y el valor medio de. Obviamente, cuando la forma de onda medida no es una onda sinusoidal, el factor de cresta no es igual a 1,4142 y se producirá un gran error de medición.
Método de detección del consumo de energía térmica equivalente
El circuito del método de detección del consumo de energía térmica equivalente se muestra en la Figura 2. Compara el calor equivalente de una señal de CA desconocida con el calor efectivo de un voltaje de referencia de CC. Cuando la diferencia de temperatura entre la resistencia de señal (R1) y la resistencia de referencia (R2) es cero, la disipación de potencia de las dos resistencias es igual, por lo que el valor efectivo del voltaje de señal desconocido es igual al valor efectivo de la referencia de CC. Voltaje. R1 y R2 son resistencias coincidentes, las cuales utilizan resistencias de bajo coeficiente de temperatura. Sus caídas de voltaje son KU1 y KU0 respectivamente. Para medir la diferencia de temperatura, los sensores de temperatura de salida de voltaje A y B están conectados cerca de R1 y R2 respectivamente. También se pueden usar dos termopares para medir la diferencia de temperatura. Las resistencias de protección contra sobrecalentamiento también están conectadas en serie en R1 y R2 respectivamente.
Aunque el principio del método de detección del consumo de energía térmica equivalente es muy simple, es difícil de implementar en aplicaciones prácticas y el precio de este equipo de detección es muy caro.
Detección de conversión de valor eficaz verdadero
Método de potencia
Método de potencia de detección de conversión de valor eficaz verdadero/CC (TRMS/DC)
Verdadero El más grande La ventaja del método de potencia de detección de conversión RMS/DC es que los resultados de la medición no tienen nada que ver con la forma de onda de la señal que se está midiendo. Este es el significado de "verdadero RMS". Por lo tanto, puede medir con precisión la verdadera potencia RMS de formas de onda arbitrarias. El primer método para medir la potencia de verdadero valor eficaz es utilizar un convertidor monolítico de verdadero valor eficaz/CC (como el tipo AD636), que primero mide el nivel de voltaje de verdadero valor eficaz y luego lo convierte a su nivel de potencia de verdadero valor eficaz.
En la Figura 3 se muestra otro diagrama de bloques de circuito para medir la potencia RMS real. El producto típico correspondiente a este circuito es el circuito integrado del sistema de detección de potencia RMS verdadero RF de un solo chip AD8361. U1 es el terminal de entrada de señal de radiofrecuencia y U0 es el terminal de salida de voltaje CC. El terminal de EE. UU. está conectado a la fuente de alimentación de 2,7 ~ 5,5 V y COM es la conexión a tierra pública. IREF es el terminal de selección del modo de trabajo de referencia y PWDN es el terminal de control del modo de suspensión. FLTR es el terminal de salida del filtro. La conexión de un condensador en paralelo entre este terminal y el terminal estadounidense puede reducir la frecuencia de corte del filtro. SREF es el terminal de control de referencia de potencia.
La entrada de voltaje de valor efectivo de RF desde el terminal U1 es U1. Después de pasar por el chip 1, se genera una señal de corriente pulsante i proporcional a U12. La señal de corriente pasa a través del cuadrado formado por la resistencia interna. R1 y el condensador C. El detector de ley obtiene el valor cuadrático medio del voltaje U12, que se ingresa al terminal de entrada no inversor del amplificador de error. Se puede formar un circuito cerrado de retroalimentación negativa utilizando el cuadrado 2 y el amplificador de error, y la señal de retroalimentación negativa se agrega al extremo de entrada inversor del amplificador de error para compensar la temperatura.
Cuando el circuito de circuito cerrado alcanza un estado estable, el voltaje de salida U0 (CC) es proporcional al valor efectivo de entrada PIN de potencia. Fórmula relevante
En la fórmula: k es el verdadero valor efectivo/sensibilidad al voltaje de salida del convertidor de CC, k=7,5 mV/dBm de AD8361.
Este método de detección tiene las siguientes ventajas: en primer lugar, dado que los dos cuadrados son exactamente iguales, la precisión de la conversión no se verá afectada al cambiar el rango; en segundo lugar, cuando la temperatura ambiente cambia, los dos cuadrados; pueden compensarse entre sí para mantener estable el voltaje de salida. En tercer lugar, la banda de frecuencia del cuadrado utilizado es muy amplia, desde CC hasta la banda de frecuencia de microondas. Método de potencia
El detector de amplificación logarítmica está compuesto por un amplificador logarítmico de múltiples etapas y su diagrama de bloques de circuito se muestra en la Figura 4. Hay cinco amplificadores logarítmicos (A ~ E) en la Figura 4. La ganancia de cada amplificador logarítmico es 20 dB (es decir, el factor de amplificación de voltaje es 10 veces) y el voltaje de salida máximo está limitado a 1 V. Por lo tanto, la pendiente del amplificador logarítmico ks=lV/20dB, que es 50mV/dB. Los voltajes de salida de los cinco amplificadores logarítmicos se envían al sumador (Σ) a través de detectores y luego pasan a través del filtro de paso bajo para obtener el voltaje de salida U0. El amplificador logarítmico puede realizar operaciones logarítmicas en la envolvente de la señal de CA de entrada. La relación entre el voltaje de salida y kS y PIN es:
En la fórmula: b es la intersección, que corresponde al momento de la salida. El voltaje es un valor de nivel de potencia de entrada cero.
La curva característica de un amplificador logarítmico ordinario sólo es adecuada para señales de entrada de onda sinusoidal. Cuando la señal de entrada no es una onda sinusoidal, la intersección en la curva característica cambiará, afectando así el valor del voltaje de salida. La lectura de salida debe corregirse en este momento. Cabe señalar que aunque el detector de potencia RMS real de RF de un solo chip AD8362 producido por ADI también pertenece al método de potencia de detección logarítmica, se puede aplicar a cualquier forma de onda de señal de entrada utilizando una tecnología patentada única y la intercepción en la característica. curva No cambia con la señal de entrada. Diseño del sistema de medición
MAX42ll es un sistema de medición de corriente/potencia de CC de alta gama, bajo costo y bajo costo. Utiliza un amplificador de detección de corriente de precisión para medir la corriente de carga y luego usa un analógico. multiplicador para calcular la potencia Por lo tanto, no afecta la ruta a tierra de la carga y es particularmente adecuado para medir los valores de potencia y corriente de sistemas alimentados por baterías. El error máximo de potencia y corriente detectadas es inferior a ±1,5% y el ancho de banda de frecuencia es de 220 kHz. El rango del voltaje de la fuente medida es de 4-28v. El voltaje de escala completa al detectar corriente es de 100 mV o 150 mV. El rango de voltaje de la fuente de alimentación es de 2,7 ~ 5,5 V y la corriente de funcionamiento es de 670 μA (valor típico).
El circuito simplificado de MAX42ll A/B/C se muestra en la Figura 5, que incluye principalmente un amplificador de detección de corriente de precisión, un divisor de resistencia de 25:1 y un multiplicador analógico. El circuito periférico incluye el voltaje de fuente medido de 4~28V, 2. Voltaje de funcionamiento del chip de 7 ~ 5,5 V, resistencia de detección de corriente RSENSE y carga. El principio de medición es utilizar un amplificador de detección de corriente de precisión para detectar la corriente de carga, obtener un voltaje analógico proporcional a la corriente y luego agregar el voltaje al multiplicador analógico. Después de multiplicar la corriente de carga y el voltaje de la fuente, sale el terminal POUT. El mismo voltaje que la carga. La potencia es proporcional al voltaje. Sea la ganancia del amplificador de detección de potencia G, el voltaje en RSENSE sea USENSE y el voltaje de fuente del pin RS+ sea URS+, entonces está
La resistencia divisora de voltaje interna de MAX42l1A/B/C está conectado al terminal RS+ y a la entrada del multiplicador analógico. Este diseño mide con precisión la potencia de la carga de la fuente de alimentación y proporciona protección para la fuente de alimentación (como una batería). La señal de alimentación y la salida de señal de corriente desde el terminal POUT y el terminal IOUT se pueden enviar al microcontrolador a través del convertidor A/D respectivamente. Idealmente, la corriente de carga máxima produce el voltaje de detección de escala completa a través de RSENSE. Seleccione la ganancia adecuada para que el amplificador de detección de corriente pueda alcanzar el voltaje de salida máximo sin saturación. Al calcular el valor máximo de RSENSE, el voltaje diferencial entre el terminal RS+ y el terminal RS no debe exceder el voltaje de detección de escala completa. Aumentar adecuadamente el valor de resistencia de RSENSE puede mejorar USENSE y ayudar a reducir el error de salida. Diseño del sistema de medición de potencia de RF
El requisito para el sistema de comunicación es que el extremo transmisor debe garantizar que el amplificador de potencia pueda satisfacer las necesidades de transmisión y que la potencia de salida no exceda los indicadores especificados; de lo contrario, el El equipo se sobrecalentará y dañará. Por lo tanto, se deben agregar circuitos de control de potencia y medición de potencia de RF al circuito del transmisor. Asimismo, las mediciones de potencia de RF son esenciales para los receptores.
La potencia calculada basándose en la definición de valor efectivo se denomina "La potencia del verdadero valor efectivo", o "Verdadero poder" para abreviar. Dado que los sistemas de comunicación modernos tienen una carga y una fuente de impedancia constantes (normalmente 50 Ω), la potencia se puede calcular simplemente conociendo el voltaje rms, convirtiendo la medición de potencia en una medición del voltaje rms. Los circuitos de los medidores de potencia de RF tradicionales o de los sistemas de detección de RF son complejos y el nivel de integración es muy bajo. En 2013, la compañía estadounidense ADI lanzó sucesivamente los sistemas de medición de potencia RMS real de RF de un solo chip totalmente integrados AD8361, AD8362 y AD8318, que no solo pueden medir con precisión la potencia de radiofrecuencia (RF), sino también medir la frecuencia intermedia (IF) y baja. frecuencia (LF).
El AD8318 es un sistema monolítico de medición de potencia de RF fabricado mediante un proceso de fabricación de silicio germanio de alta velocidad que combina oblea de silicio aislante con bipolar complementario de ultra alta velocidad. El voltaje de salida de su amplificador logarítmico demodulador interno es proporcional a la potencia medida y puede medir con precisión la potencia de RF de 1MHz a 8GHz. Adecuado para medir la potencia de salida inalámbrica de máquinas y estaciones base de LAN inalámbrica. AD8318 no solo es muy superior a los productos tradicionales, sino que también es más rentable que los sistemas de medición modulares y más preciso que el uso de métodos de potencia de detección de diodos. AD8318 combina las ventajas de alta precisión, bajo ruido y amplio rango dinámico. El AD8318 tiene una precisión de medición mejor que ±ldB y un rango dinámico de 55 dB a una frecuencia de entrada de hasta 5,8 GHz. A 8 GHz, la precisión es mejor que ±3 dB y el rango dinámico supera los 58 dB. El ruido de salida es solo
Utiliza el método de potencia de detección de amplificación logarítmica, el valor nominal de la pendiente logarítmica es -25 mV/dB y se puede ajustar cambiando el coeficiente proporcional del voltaje de retroalimentación entre la UOUT y alfileres USET Realizar marchitamiento. Cuando la señal ingresa desde el terminal IN+, el nivel de potencia de intercepción es -25 dB. El circuito de aplicación típico de AD8318 se muestra en la Figura 6.
AD8318 está diseñado para medir potencia de RF hasta 8 GHz, por lo que es muy importante mantener el aislamiento entre los pines IN+, IN y los circuitos de cada unidad funcional. Los terminales positivos de fuente de alimentación UPSI y UPS0 de AD8318 deben conectarse al mismo voltaje. El terminal UPSI proporciona el voltaje de polarización para el circuito de entrada y el terminal UPSO proporciona el voltaje de polarización para el controlador de salida de bajo ruido del terminal UOUT. También hay algunos lugares públicos independientes dentro de AD8318. CMOP se utiliza como terreno público para el controlador de salida. Todos los terrenos públicos deben estar conectados a áreas de cables de tierra impresos de baja impedancia. El rango de voltaje de fuente de alimentación permitido es de 4,5 ~ 5,5 V. C3~C6 son condensadores de desacoplamiento de energía y deben estar lo más cerca posible de las clavijas de alimentación y de tierra.
AD8318 adopta acoplamiento de CA y modo de entrada de un solo extremo. Cuando la frecuencia de la señal de entrada es de 1MHz ~ 8GHz, los capacitores de acoplamiento (C1, C2) conectados a los extremos IN+ e IN pueden usar capacitores cerámicos de montaje superficial lnF de especificación 0402, y los capacitores de acoplamiento deben estar cerca de los pines IN+ e IN-. La resistencia de derivación externa R1 (52,3 Ω) coopera con el terminal IN+ para proporcionar una impedancia de adaptación de 50 Ω con suficiente ancho de banda. El voltaje de salida del AD8318 se puede enviar directamente a un voltímetro digital (DVM) o a un microcontrolador (μC) con un convertidor A/D. Potencia aparente, potencia activa, potencia nominal, potencia máxima, potencia económica 1) La unidad de potencia aparente es KVA, que se utiliza en mi país para expresar la capacidad de los transformadores y UPS.
2) La potencia activa es 0,8 veces la potencia aparente y la unidad es KW. Se utiliza en equipos de generación de energía y equipos eléctricos en mi país.
3) La potencia nominal del grupo electrógeno diésel se refiere a la potencia que puede funcionar de forma continua durante 12 horas.
4) La potencia máxima es 1,1 veces la potencia nominal, pero solo se permite su uso durante 1 hora dentro de 12 horas.
5) La potencia económica es 0,75 veces la potencia nominal, que es la potencia de salida del grupo electrógeno diésel que puede funcionar durante mucho tiempo sin límite de tiempo. Cuando funciona a esta potencia, el consumo de combustible es el más económico y la tasa de fallas es la más baja.