致遠(yuǎn)電子：高精度功率分析儀是如何煉成的？

表1 100MHz同步時(shí)鐘引起的測(cè)量誤差

表2 10MHz同步時(shí)鐘引起的測(cè)量誤差

通過上表我們可以看到，使用的100MHz同步時(shí)鐘，有效保證了極低功率因數(shù)下的測(cè)量精度，功率因數(shù)低于0.01時(shí)依然可以保證優(yōu)于0.6%的功率測(cè)量精度。

3.3高共模抑制

功率分析儀需要與普通電力測(cè)量的儀器的最大區(qū)別是需要同時(shí)測(cè)量多路的電壓和電流信號(hào)，并且各測(cè)量通路之間必須進(jìn)行隔離浮地，隔離耐壓達(dá)到幾千伏以上。采集板卡的框圖如下圖，隔離耐壓達(dá)到5kV，由于采用了嚴(yán)格的隔離，所以可以很好的滿足各種接線應(yīng)用，保證接線和用戶的安全。

模擬前端浮地可以起到很好的隔離和安全效果，但是由于浮地的存在，導(dǎo)致模擬前端的屏蔽殼地和機(jī)殼大地之間存在共模電壓Vc如下圖所示。被測(cè)電壓Vd，屏蔽殼和模擬前端地連接在一起，由于被測(cè)信號(hào)Vd是浮地，所以Vd和大地之間存在Vc這個(gè)共模電壓，由于模擬前端浮地，所以共模電壓Vc加在屏蔽殼和機(jī)殼之間的這個(gè)雜散電容Cs上，因此該Cs的值直接影響到共模電流Ic的大小，Ic流經(jīng)被測(cè)信號(hào)的負(fù)端，該共模電流加在負(fù)端的輸入阻抗上就將共模電流轉(zhuǎn)換成差模電流，從而導(dǎo)致對(duì)被測(cè)信號(hào)的干擾，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，所以實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該盡量降低共模電壓Vc的值，儀器設(shè)計(jì)上要盡量降低Cs這個(gè)雜散電容的值。

功率分析儀的雜散電容Cs小于60pF，所以對(duì)50Hz信號(hào)的共模阻抗為53MΩ，假設(shè)負(fù)端的電阻為1Ω，所以可以得到其理論誤差為0.018ppm，理論共模抑制高達(dá)159dB，實(shí)際測(cè)量功率分析儀的共模抑制大于120dB，120dB的意義就是當(dāng)存在1000V的共模干擾時(shí)，我們測(cè)量結(jié)果僅僅有1mV的誤差，即共模干擾小于1ppm。

四、創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)

圖6 內(nèi)部基于PCIe的高速傳輸架構(gòu)

傳統(tǒng)的功率分析儀產(chǎn)品由于設(shè)計(jì)的年代比較早，處理能力弱，沒有辦法兼顧運(yùn)算性能和快速存儲(chǔ)的性能。在功率分析儀產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中我們采用了創(chuàng)新性的PCIe架構(gòu)，極大的提高了功率分析儀的內(nèi)部數(shù)據(jù)交互的速度，解決了大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的瓶頸。下表在儀器內(nèi)部常用的總線類型，從表中的數(shù)據(jù)可以知道，PCIe總線的帶寬和處理能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)其它類型的總線接口，傳輸速度高達(dá)2.5Gb/s。

表3 常用總線帶寬對(duì)比

通過采用PCIe架構(gòu)，這次設(shè)計(jì)的功率分析儀是業(yè)界唯一一款支持10ms更新率的功率分析儀器。10ms更新率是功率分析儀歷史上一個(gè)革命性的突破，同時(shí)滿足了功率測(cè)量和數(shù)據(jù)記錄的需求。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的測(cè)試中，如果你想看到更快的測(cè)量結(jié)果，如想看看全波分析或者半波分析，那你只能再花費(fèi)大量的金錢和時(shí)間去購(gòu)買和學(xué)習(xí)另外一款儀器-記錄儀，但是最終你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的問題還是沒有很好的解決，你根本無(wú)法實(shí)時(shí)查看測(cè)量結(jié)果，只能走入一個(gè)記錄-軟件分析-調(diào)試-記錄-軟件分析的惡性調(diào)試模式，浪費(fèi)大量的時(shí)間和金錢，分析過程異常痛苦。支持10ms更新率功率分析儀的誕生將用戶完全從這種調(diào)試的怪圈中解放出來(lái)，實(shí)時(shí)的更新和處理能力，使調(diào)試時(shí)每次修改都立竿見影，讓你很快查看到結(jié)果。