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                      深度解析功率測量中的時鐘同步源

                      發布時間:2015-08-11 責任編輯:echolady

                      【導讀】很多人都會發現,石英表的精準度比機械的手表還要高。但是很多時候越名貴的東西時間上會出現誤差。原因為何?本文就從這個實例出發,詳細解說功率測量中時鐘同步源。功率測量為什么要選擇時鐘?什么是同步源?本文都會一一解析。

                      一般而言石英表精確度比機械表較高,瑞士標準是月誤差在15秒之內。有些精準的機芯更是可以達到年誤差幾秒之內,但是即使最名貴的瑞士手表,時間走時都會有誤差,這是什么原因呢?

                      手表中機芯很重要就跟人的心臟一樣,在石英鐘表中,使用32.768kHz的晶振產生振蕩信號,經過15分頻得到1Hz信號,每個周期驅動秒鐘走一下。晶振頻率的精度和穩定性決定了手表走時的精確度。晶振最為重要的一個參數就是PPM,一個PPM等于百萬分之一。普通的石英表使用的晶振精度為20個PPM,最名貴的瑞士手表使用的晶振精度可以高達5個PPM。

                      在功率測量中,同樣需要一個時鐘,PA6000功率分析儀使用的恒溫晶振頻率為100MHz,而精度達到1個PPM以下。對比手表中使用的32.768kHz、20個PPM高出幾個數量級,這有什么卵用?

                      一、為什么功率測量需要時鐘?

                      光伏逆變器、變頻器、UPS等各類電源的功率轉換效率已經高達98%,未來將進入長期而緩慢提升的階段,0.2%的效率差距足以影響客戶的選擇。功率測量是計算電源效率的基礎,下文為您一一解析高精度同步時鐘在功率測量中的作用。

                      根據交流電的使用場合,對其有效值計算可選用4種常用模式:真有效值、整流平均值、校準平均值、基波有效值,保證電壓、電流測量的準確性,然而,電壓、電流僅是功率測量基礎,不同通道間的同步誤差控制是功率測量的關鍵點。

                      深度解析功率測量中的時鐘同步源

                      根據有功功率計算公式:P=U*I*cosφ,在電源在高效率工作時φ非常接近0,在測量50Hz的信號是,假如電壓、電流通道存在1ms的同步誤差,計算得到cosφ ≈ 0.95,電壓、電流通道間1ms的延時引起的有功功率偏差竟然達到5%!

                      由此可見,保證電壓、電流通道同步性是準確測量電功率的核心,而引起通道同步誤差的主要因素有:

                      1) 電壓、電流通道特征阻抗的差異,電流通道比電壓通道增加一個分流器,而分流器的特征阻抗會影響高頻信號的傳輸延時,限制儀器帶寬;

                      2) 三相交流電通過不同的功率板卡輸入,板卡之間存在同步誤差;

                      3) 同步采樣時鐘存在溫漂,影響電流、功率積分數據的精度;

                      深度解析功率測量中的時鐘同步源

                      為了保證精確測量,PA6000功率分析儀采用全新的硬件架構,從根源上保證了電壓、電流通道間的同步誤差達到業界最小的10ns。

                      電流通道分流器:普通采樣電阻具有較大雜散電感,PA6000采用開爾文無感分流器,雜散電感小于5nH,保證最佳的高頻性能以及極小的傳輸延時,保證電壓、電流通道間對信號傳送延時的一致性;

                      通道間100MHz的同步時鐘:傳統的功率分析儀采用1-10MHz的普通晶振作為同步時鐘,同步誤差達到1us,而且頻率穩定性容易受晶振溫漂的影響。PA系列采用高穩定度溫度補償的 100M 同步時鐘,避免溫度變化帶來時鐘漂移所引入的測量誤差。同時保證任一個通道ADC的采樣相位同步,誤差在10ns以內。

                      二、同步源又是什么?

                      對于直流電功率的測量,電壓、電流的數值比較穩定,使用電壓表和電流表讀取的數字相乘即可得到功率。對于交流電,由于電壓、電流存在正負交變,其瞬時功率也隨之波動。對于電功率的計算一般需要截取整周期的波形,以截取區間的平均功率來標準功率值。

                      同步源就是截取電壓、電流波形時參考的信號,根據同步源的過零點截取電壓電流波形。所以要求同步源具有明顯的過零點,頻率與被測信號相同。

                      對于逆變器、UPS源,一般選擇電壓為同步源,而逆變器測試一般選擇電流作為同步源。

                      依靠開爾文無感分流器、100MHz同步時鐘、10ns的同步誤差,PA6000為您提供高精度功率測試解決方案。

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