根據功率特征阻抗選擇電壓電流接線方法

　　摘要：早在初中的物理課中我們就已經接觸到功率測量了，當時用的是獨立的電流表和電壓表。遙想當年，老師反復強調什么時候電流表內接、外接……，是不是有點暈了。現在進行功率測量有了功率計、功率分析儀等更高級的儀器，但是作為基本的測量方法，電流表內外接產生的影響依然存在。

　　下圖分別顯示了電流表內接和外接兩種接法。

　　對于功率測量儀器，我們希望電壓通道輸入阻抗無窮大，電流通道輸入阻抗無窮小。然而現實跟理想總有那么一點差距，電壓表和電流表的輸入阻抗消耗了測量回路中電能，產生了系統誤差，對測量精度的影響跟測量方法有關。

　　1、在確定用哪一種方法前先來計算不同情況下電壓和電流表的損耗功率。

　　無論內外接，我們從儀器讀取的功率為

　　電流表損耗

　　電壓表損耗

　　式中RI和RU分別為電壓表和電流表的內阻。從圖中得到兩個結論：

　　(1) 電流表內接時，電流表讀數即為負載電流，電壓表讀數是電流表內阻壓降和負載電壓之和，因此儀器的測量結果中包含了電流表的損耗功率PI。

　　(2) 電流表外接時，電流表讀數為負載電流和電壓表電流之和，電壓表讀數即為負載電壓，因此儀器的測量結果中包含了電壓表的損耗功率PU。

　　2、在特定的環境中，比較兩種接法的損耗。

　　(1)不妨假設電壓表損耗大于電流表，由不等式運算規則推導得到：

　　(2)同理假設電壓表損耗小于電流表：

　　(3)當兩者相等時：

　　我們將電壓表和電流表內阻乘積平方根暫且稱為儀器的“功率特征阻抗”，RP。

　　根據上述3種情況的運算結果，不同負載阻抗RL和功率特征阻抗RP的影響如下：

　　(1) RL>RP電壓表損耗較大;

　　(2) RL

　　(3) RL =RP損耗相等。

　　3、選擇合適的接法提高測量精度

　　以上分析了不同的負載阻抗與功率特征阻抗下電表的損耗，哪到底選用哪種?需要根據測量對象選擇。以測試DC-DC轉換器效率為例，需要測量轉換器輸入功率和輸出功率。輸入功率即是轉換器吸收的功率，應盡量減少電表的損耗，所以需要把損耗小的電表內接，把損耗大的電表功率排除。輸出功率是轉換器提供的功率，電表損耗和負載功率都是由轉換器提供，要將電表損耗功率計入轉換器輸出功率，因此把損耗大的電表進行內接。

　　設DC-DC輸入電壓48V電流約0.3A，輸出12V電流約1A，輸出接了12Ω假負載。使用PA5000功率分析儀5A功率卡測量效率，電壓通道輸入阻抗2MΩ，電流通道取樣電阻0.1Ω，首先功率特征阻抗：

　　輸出負載阻抗12Ω<447Ω，根據結論(2)這種情況電流表將消耗更大的功率，因此測量輸出功率要把電流表內接，PA5000測出的DC-DC輸出功率中包含了電流表的損耗功率。

　　輸入負載阻抗RIN=48/0.3=160Ω<447Ω，根據結論(2)這種情況電流表將消耗更大的功率，因此要把電流表外接，電流表較大的損耗就不會計入DC-DC輸入功率中了。

　　輸入輸出接線如下圖所示，輸入和輸出功率的系統誤差更小。

　　如果看見公式就頭疼，PA5000還有更高級的接線補償功能，無需人工計算。