同步源：功率測量中的時(shí)鐘

很多人為了守時(shí)的需要都會(huì )佩戴手表，但是除了時(shí)常電波對時(shí)的電波表之外，其他的表在跑了或長(cháng)或短的時(shí)間之后，都會(huì )出現一定的偏差，這是為什么呢?機械表的不難理解，本身內部就存在不小的誤差，無(wú)論怎么精工細作都難以完全消除。電子石英表看起來(lái)似乎不應該出現誤差，其實(shí)不然。在石英鐘表中，使用32.768kHz的晶振產(chǎn)生振蕩信號，經(jīng)過(guò)15分頻得到1Hz信號，每個(gè)周期驅動(dòng)秒鐘走一下。晶振頻率的精度和穩定性決定了手表走時(shí)的精確度。晶振最為重要的一個(gè)參數就是PPM，一個(gè)PPM等于百萬(wàn)分之一。普通的石英表使用的晶振精度為20個(gè)PPM，最名貴的瑞士手表使用的晶振精度可以高達5個(gè)PPM。

在功率測量中，同樣需要一個(gè)時(shí)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(gè)PPM以下。對比手表中使用的32.768kHz、20個(gè)PPM高出幾個(gè)數量級，這有什么卵用?

一、 為什么功率測量需要時(shí)鐘?

光伏逆變器、變頻器、UPS等各類(lèi)電源的功率轉換效率已經(jīng)高達98%，未來(lái)將進(jìn)入長(cháng)期而緩慢提升的階段，0.2%的效率差距足以影響客戶(hù)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(shí)鐘在功率測量中的作用。

根據交流電的使用場(chǎng)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(guān)鍵點(diǎn)。

根據有功功率計算公式：P=U*I*cosφ，在電源在高效率工作時(shí)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(shí)引起的有功功率偏差竟然達到5%!

由此可見(jiàn)，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(gè)分流器，而分流器的特征阻抗會(huì )影響高頻信號的傳輸延時(shí)，限制儀器帶寬;

2) 三相交流電通過(guò)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(shí)鐘存在溫漂，影響電流、功率積分數據的精度;

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(yè)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(kāi)爾文無(wú)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(shí)，保證電壓、電流通道間對信號傳送延時(shí)的一致性;

通道間100MHz的同步時(shí)鐘：傳統的功率分析儀采用1-10MHz的普通晶振作為同步時(shí)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(shí)鐘，避免溫度變化帶來(lái)時(shí)鐘漂移所引入的測量誤差。同時(shí)保證任一個(gè)通道ADC的采樣相位同步，誤差在10ns以?xún)取?/p>

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(shí)功率也隨之波動(dòng)。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(lái)標準功率值。

同步源就是截取電壓、電流波形時(shí)參考的信號，根據同步源的過(guò)零點(diǎn)截取電壓電流波形。所以要求同步源具有明顯的過(guò)零點(diǎn)，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(kāi)爾文無(wú)感分流器、100MHz同步時(shí)鐘、10ns的同步誤差，PA6000為您提供高精度功率測試解決方案。