用于功率分析的宽带宽 DW500UB-2V
导言
目前，基于氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽带隙半导体技术的功率转换产品的开关频率显著提高，可以产生几乎完美的正弦波形。 由于扼流圈的电感值和电容器的电容值与开关频率成反比，因此扼流圈和电容器等滤波器元件可以做得更小更轻。 未来，基于碳化硅和氮化镓的元件将继续被更多应用所接受。 达尼森推出的新型号 DW500UB-2V 能够处理目前所需的宽带宽。
背景功率分析仪
功率分析仪通常使用以下基本公式计算有功功率。
因此，将电压 v(t) 和电流 i(t) 的数字化瞬时值相乘，然后将结果在规定的时间窗口内相加。 基本上，直流分量、所有谐波和非谐波分量，直至功率分析仪的带宽限制或滤波器截止频率都会考虑在内。 高端功率分析仪的工作频率已高达 10 MHz。 在大多数情况下，电压信号直接由功率分析仪处理，以便使用功率分析仪的全部带宽。
对于大于 30 A 的电流测量，通常使用电隔离电流传感器，它必须将一次信号高精度地传输到二次侧。 这些电流传感器的主要部件是铜线绕组和铁芯。 此外，罗戈夫斯基线圈由缠绕铜线的线圈体组成。 这种结构会产生绕组电感，同时在单个绕组之间和单个绕组层之间总会形成不必要的电容。 因此，每个铜线绕组都代表一个潜在的振荡电路。 利用汤姆逊振荡方程可以计算出谐振频率。
这意味着电流传感器的带宽通常有限。功率分析仪中的内部滤波器被激活，以相应降低功率计算的带宽。否则，功率分析中的高频成分有时会被电流传感器严重扭曲，如下图 1 所示。
由于振荡特性与铜绕组的电容有很大关系，因此曲线会随着温度的变化而偏移，因此只能在有限的范围内对测量设备中的这些杂乱无章的误差曲线进行补偿。
下一代电力电子设备中的高开关频率
特别是在使用开关频率较高的变频器控制电机时，由于开关频率的倍数会根据下式在电流和电压信号中显示出来，因此在三位数 kHz 范围内也能发现功率的有功分量。
开关频率及其谐波由有功功率分量和无功功率分量组成。为了足够精确地测量这些分量，除了幅值误差外，相位误差也必须高度精确。
相位偏移
特别是在使用电感负载（如电机）时，负载的电感分量会随着频率的增加而增加。功率因数会随着频率的增加而相应降低。这反过来又导致相位误差对功率计算的影响越来越大。这种相关性如图 3 所示。
相同的相位误差会导致有功功率计算误差增大（红色）。不同相位误差的更精确值见下图 4。
DW500UB-2V
DW500UB-2V 在 10 MHz 以下无谐振干扰。这是 10 MHz 以下线性传输性能的基本要求。相位误差包括一个固定的时间延迟，主要由 2 米长的同轴电缆造成。测试协议中提到了这一时间延迟。如果测量设备能补偿固定的时间延迟，就能显著减少相位误差。如下图 5 所示。
例如，在 ZES ZIMMER 的 LMG671 选择菜单中，有一个相应的输入模板，可以在其中输入延时。
除了精度之外，还必须考虑较高频率下的电流承载能力，而不仅仅是初级导体的承载能力。带铜绕组的电流传感器也必须进行相应的设计。DW500UB-2V 可以在 25°C 时处理高达 100 kHz 的全部额定电流。完整规格见数据表，可在https://danisense.com/ 上查阅。