确定了以上的信号初始条件,我们就可以在EXCEL中利用插入公式的方法,产生多个周期的电压电流采样点,为了提高运算精度,采用每个周期1800个采样点,如果换算成采样频率的话:10KHz→18MS/s,200KHz→360MS/s。
既然确定了采样频率和信号频率,为了方便计算,我们可以将10ns延迟换算成角度单位。
此时我们将相位延迟 ⊿Ø(10KHz)与 ⊿Ø(200KHz)分别代入公式:
I(t)(10KHz)=Asin(ωx+φ2+⊿Ø(10KHz)),I(t)(200KHz)=Asin(ωx+φ2+⊿Ø(200KHz))
通过一系列运算得到如下结果:
不同频率下,10ns延迟时间对功率误差的影响
由此计算,很容易看出相同延迟时间的前提下,频率越高相位延迟对于功率测量的影响越大。
到了100KHz以上,超过2%以上的误差很大程度上会影响最终测试结果,特别在效率测试中表现得尤为明显。因此对于高频功率测量,调整U-I的相位延迟成为能否精准测试功率或效率的关键因素。接下来,我们针对高频电流电压的相位延迟,提出一个合理可行的校准方案。
高频电流电压相位延迟的校准方案
校准系统构成:
· 高频函数发生器
· 高频功率放大器
· 高频薄膜电容
· 在电压测使用差分探头与电流直接输入的相位校准;
· 调整时间,在电容器的功耗测量中,使相位差大约为90度;
· 为了检查电压和电流之间的相位差,必要时可拉长时间轴并查看波形。
本方案采用函数发生器+高频功率放大器输出高频电压,利用电容的高通低阻以及电流电压90度相位差的特性,可以简单设计出具有U=100V、I=2A、初始相位差Ø=90°的标准相位校准信号。
那么,不同频率的信号,在100V交流输出的情况下,为了产生2Arms的电流需要多大的电容呢?我们可以通过下表做个简单的运算。
通过简单的运算,我们可以根据输出电压、频率、所需电流大小计算所需的电容器容量匹配不同相位校准的需求。