致遠電子：高精度功率分析儀是如何煉成的？

表1 100MHz同步時鐘引起的測量誤差

表2 10MHz同步時鐘引起的測量誤差

通過上表我們可以看到，使用的100MHz同步時鐘，有效保證了極低功率因數下的測量精度，功率因數低于0.01時依然可以保證優于0.6%的功率測量精度。

3.3高共模抑制

功率分析儀需要與普通電力測量的儀器的最大區別是需要同時測量多路的電壓和電流信號，并且各測量通路之間必須進行隔離浮地，隔離耐壓達到幾千伏以上。采集板卡的框圖如下圖，隔離耐壓達到5kV，由于采用了嚴格的隔離，所以可以很好的滿足各種接線應用，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，導致模擬前端的屏蔽殼地和機殼大地之間存在共模電壓Vc如下圖所示。被測電壓Vd，屏蔽殼和模擬前端地連接在一起，由于被測信號Vd是浮地，所以Vd和大地之間存在Vc這個共模電壓，由于模擬前端浮地，所以共模電壓Vc加在屏蔽殼和機殼之間的這個雜散電容Cs上，因此該Cs的值直接影響到共模電流Ic的大小，Ic流經被測信號的負端，該共模電流加在負端的輸入阻抗上就將共模電流轉換成差模電流，從而導致對被測信號的干擾，導致測量不準確，所以實際應用中應該盡量降低共模電壓Vc的值，儀器設計上要盡量降低Cs這個雜散電容的值。

功率分析儀的雜散電容Cs小于60pF，所以對50Hz信號的共模阻抗為53MΩ，假設負端的電阻為1Ω，所以可以得到其理論誤差為0.018ppm，理論共模抑制高達159dB，實際測量功率分析儀的共模抑制大于120dB，120dB的意義就是當存在1000V的共模干擾時，我們測量結果僅僅有1mV的誤差，即共模干擾小于1ppm。

四、創新的系統架構

圖6 內部基于PCIe的高速傳輸架構

傳統的功率分析儀產品由于設計的年代比較早，處理能力弱，沒有辦法兼顧運算性能和快速存儲的性能。在功率分析儀產品的設計中我們采用了創新性的PCIe架構，極大的提高了功率分析儀的內部數據交互的速度，解決了大批量數據存儲和處理的瓶頸。下表在儀器內部常用的總線類型，從表中的數據可以知道，PCIe總線的帶寬和處理能力是遠遠高于傳統其它類型的總線接口，傳輸速度高達2.5Gb/s。

表3 常用總線帶寬對比

通過采用PCIe架構，這次設計的功率分析儀是業界唯一一款支持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革命性的突破，同時滿足了功率測量和數據記錄的需求。因為在傳統的測試中，如果你想看到更快的測量結果，如想看看全波分析或者半波分析，那你只能再花費大量的金錢和時間去購買和學習另外一款儀器-記錄儀，但是最終你會發現你的問題還是沒有很好的解決，你根本無法實時查看測量結果，只能走入一個記錄-軟件分析-調試-記錄-軟件分析的惡性調試模式，浪費大量的時間和金錢，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試的怪圈中解放出來，實時的更新和處理能力，使調試時每次修改都立竿見影，讓你很快查看到結果。