致远电子：高精度功率分析仪是如何炼成的？

表1 100MHz同步时钟引起的测量误差

表2 10MHz同步时钟引起的测量误差

通过上表我们可以看到，使用的100MHz同步时钟，有效保证了极低功率因数下的测量精度，功率因数低于0.01时依然可以保证优于0.6%的功率测量精度。

3.3高共模抑制

功率分析仪需要与普通电力测量的仪器的最大区别是需要同时测量多路的电压和电流信号，并且各测量通路之间必须进行隔离浮地，隔离耐压达到几千伏以上。采集板卡的框图如下图，隔离耐压达到5kV，由于采用了严格的隔离，所以可以很好的满足各种接线应用，保证接线和用户的安全。

模拟前端浮地可以起到很好的隔离和安全效果，但是由于浮地的存在，导致模拟前端的屏蔽壳地和机壳大地之间存在共模电压Vc如下图所示。被测电压Vd，屏蔽壳和模拟前端地连接在一起，由于被测信号Vd是浮地，所以Vd和大地之间存在Vc这个共模电压，由于模拟前端浮地，所以共模电压Vc加在屏蔽壳和机壳之间的这个杂散电容Cs上，因此该Cs的值直接影响到共模电流Ic的大小，Ic流经被测信号的负端，该共模电流加在负端的输入阻抗上就将共模电流转换成差模电流，从而导致对被测信号的干扰，导致测量不准确，所以实际应用中应该尽量降低共模电压Vc的值，仪器设计上要尽量降低Cs这个杂散电容的值。

功率分析仪的杂散电容Cs小于60pF，所以对50Hz信号的共模阻抗为53MΩ，假设负端的电阻为1Ω，所以可以得到其理论误差为0.018ppm，理论共模抑制高达159dB，实际测量功率分析仪的共模抑制大于120dB，120dB的意义就是当存在1000V的共模干扰时，我们测量结果仅仅有1mV的误差，即共模干扰小于1ppm。

四、创新的系统架构

图6 内部基于PCIe的高速传输架构

传统的功率分析仪产品由于设计的年代比较早，处理能力弱，没有办法兼顾运算性能和快速存储的性能。在功率分析仪产品的设计中我们采用了创新性的PCIe架构，极大的提高了功率分析仪的内部数据交互的速度，解决了大批量数据存储和处理的瓶颈。下表在仪器内部常用的总线类型，从表中的数据可以知道，PCIe总线的带宽和处理能力是远远高于传统其它类型的总线接口，传输速度高达2.5Gb/s。

表3 常用总线带宽对比

通过采用PCIe架构，这次设计的功率分析仪是业界唯一一款支持10ms更新率的功率分析仪器。10ms更新率是功率分析仪历史上一个革命性的突破，同时满足了功率测量和数据记录的需求。因为在传统的测试中，如果你想看到更快的测量结果，如想看看全波分析或者半波分析，那你只能再花费大量的金钱和时间去购买和学习另外一款仪器-记录仪，但是最终你会发现你的问题还是没有很好的解决，你根本无法实时查看测量结果，只能走入一个记录-软件分析-调试-记录-软件分析的恶性调试模式，浪费大量的时间和金钱，分析过程异常痛苦。支持10ms更新率功率分析仪的诞生将用户完全从这种调试的怪圈中解放出来，实时的更新和处理能力，使调试时每次修改都立竿见影，让你很快查看到结果。