同步源:功率测量中的时钟

2016-08-06 13:39:34来源: 21ic
很多人为了守时的需要都会佩戴手表,但是除了时常电波对时的电波表之外,其他的表在跑了或长或短的时间之后,都会出现一定的偏差,这是为什么呢?机械表的不难理解,本身内部就存在不小的误差,无论怎么精工细作都难以完全消除。电子石英表看起来似乎不应该出现误差,其实不然。在石英钟表中,使用32.768kHz的晶振产生振荡信号,经过15分频得到1Hz信号,每个周期驱动秒钟走一下。晶振频率的精度和稳定性决定了手表走时的精确度。晶振最为重要的一个参数就是PPM,一个PPM等于百万分之一。普通的石英表使用的晶振精度为20个PPM,最名贵的瑞士手表使用的晶振精度可以高达5个PPM。

功率测量中,同样需要一个时钟,PA6000功率分析仪使用的恒温晶振频率为100MHz,而精度达到1个PPM以下。对比手表中使用的32.768kHz、20个PPM高出几个数量级,这有什么卵用?

一、 为什么功率测量需要时钟?

光伏逆变器、变频器、UPS等各类电源的功率转换效率已经高达98%,未来将进入长期而缓慢提升的阶段,0.2%的效率差距足以影响客户的选择。功率测量是计算电源效率的基础,下文为您一一解析高精度同步时钟在功率测量中的作用。

根据交流电的使用场合,对其有效值计算可选用4种常用模式:真有效值、整流平均值、校准平均值、基波有效值,保证电压、电流测量的准确性,然而,电压、电流仅是功率测量基础,不同通道间的同步误差控制是功率测量的关键点。

根据有功功率计算公式:P=U*I*cosφ,在电源在高效率工作时φ非常接近0,在测量50Hz的信号是,假如电压、电流通道存在1ms的同步误差,计算得到cosφ ≈ 0.95,电压、电流通道间1ms的延时引起的有功功率偏差竟然达到5%!

由此可见,保证电压、电流通道同步性是准确测量电功率的核心,而引起通道同步误差的主要因素有:

1) 电压、电流通道特征阻抗的差异,电流通道比电压通道增加一个分流器,而分流器的特征阻抗会影响高频信号的传输延时,限制仪器带宽;

2) 三相交流电通过不同的功率板卡输入,板卡之间存在同步误差;

3) 同步采样时钟存在温漂,影响电流、功率积分数据的精度;

为了保证精确测量,PA6000功率分析仪采用全新的硬件架构,从根源上保证了电压、电流通道间的同步误差达到业界最小的10ns。

电流通道分流器:普通采样电阻具有较大杂散电感,PA6000采用开尔文无感分流器,杂散电感小于5nH,保证最佳的高频性能以及极小的传输延时,保证电压、电流通道间对信号传送延时的一致性;

通道间100MHz的同步时钟:传统的功率分析仪采用1-10MHz的普通晶振作为同步时钟,同步误差达到1us,而且频率稳定性容易受晶振温漂的影响。PA系列采用高稳定度温度补偿的 100M 同步时钟,避免温度变化带来时钟漂移所引入的测量误差。同时保证任一个通道ADC的采样相位同步,误差在10ns以内。

二、同步源又是什么?

对于直流电功率的测量,电压、电流的数值比较稳定,使用电压表和电流表读取的数字相乘即可得到功率。对于交流电,由于电压、电流存在正负交变,其瞬时功率也随之波动。对于电功率的计算一般需要截取整周期的波形,以截取区间的平均功率来标准功率值。

同步源就是截取电压、电流波形时参考的信号,根据同步源的过零点截取电压电流波形。所以要求同步源具有明显的过零点,频率与被测信号相同。

对于逆变器、UPS源,一般选择电压为同步源,而逆变器测试一般选择电流作为同步源。

依靠开尔文无感分流器、100MHz同步时钟、10ns的同步误差,PA6000为您提供高精度功率测试解决方案。

关键字:同步源  功率测量  时钟

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016080616582.html
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