Was ist Spannungsverzerrung?
Spannungsverzerrung tritt auf, wenn ein Wechselstromausgang rein sinusförmig ist, aber zusätzlich zur Sinusgrundfrequenz kleine Spannungsoberschwingungen aufweist. Dieser geringe Grad an Spannungsverzerrung ist auf einem Oszilloskop oft schwer zu erkennen und erfordert einen Leistungsanalysator oder einen Oberwellenanalysator, um ihn zu quantifizieren. Die Verzerrung wird in der Regel in Prozent (%) der Grundschwingung angegeben, basierend auf dem Verhältnis zwischen der RMS-Amplitude der höheren Oberschwingungen und der RMS-Amplitude der ersten Oberschwingung oder Grundschwingung (h=1).
Je niedriger die Vthd %, desto besser ist die programmierbare -Quelle.
Wie kommt es dazu?
Es gibt mehrere mögliche Faktoren, die zu Spannungsverzerrungen beitragen können, von denen einige mit der Wirkung nichtlinearer Lasten zu tun haben. Um jedoch die relative Leistung einer programmierbaren Wechselstromquelle zu vergleichen, ist es am besten, eine rein ohmsche Last zu verwenden, damit die Auswirkungen der Last auf die Leistung der -Quelleneutralisiert werden. Dann bleibt nur noch die inhärente Spannungsverzerrung der -Quelle.
Bei getakteten Wechselstromquellen - auch Class-D-Verstärker genannt - ist der größte Faktor für die Verzerrung die Überkreuzverzerrung, die bei jedem Spannungsnulldurchgang auftritt. Da eine getaktete Wechselstromquelle ihre H-Brücken-FETs oder IGBTs zwischen Ein- und Aus-Zustand umschaltet, kann es zwischen den Schaltzyklen zwischen der positiven und der negativen Hälfte der H-Brücke keine Überschneidung geben. Wäre dies der Fall, würde ein Gleichstrompfad zwischen der positiven und der negativen Gleichstromschiene der H-Brücke entstehen, der zu einem übermäßigen Stromfluss durch die Leistungsgeräte führen würde. Dieser Zustand wird oft als "Shoot-Through" bezeichnet und führt unweigerlich zum Ausfall der H-Brücke oder der Endstufe des Leistungsverstärkers. Um dies zu verhindern, ist zwischen dem Ausschalten einer Seite der H-Brücke und dem Einschalten der gegenüberliegenden Seite eine gewisse so genannte "Totzeit" erforderlich. Diese Totzeit bewirkt, dass die Ausgangssinuswelle kurz vor dem Erreichen des Nullpunkts stoppt, was zu einer kurzzeitigen Unterbrechung führt, wenn die Spannung von einer Seite zur anderen springt. Dieses notwendige Phänomen wird als Überkreuzverzerrung bezeichnet und ist in Abbildung 1 dargestellt. Ein solcher nichtlinearer Spannungssprung enthält eine große Anzahl von Oberwellenkomponenten, die zum Gesamtklirrfaktor der Spannung beitragen.
Warum ist das so wichtig?
Da eine programmierbare -Quelle zur Entwicklung, Prüfung und Verifizierung von wechselstromgespeisten Produkten verwendet wird, wirkt sich eine stark verzerrte AC-Sinuswelle negativ auf das zu prüfende Gerät aus. Selbst einige Prozent Verzerrung können die Last beeinträchtigen, wenn sie empfindlich auf höhere Frequenzen als die Netzfrequenz reagiert. Da die Totzeit des Schaltverstärkers in der Regel fest ist, nimmt ihre Auswirkung zu, wenn die programmierte Ausgangsfrequenz erhöht wird, da sie einen größeren Anteil an der abnehmenden Sinuswellenperiode ausmacht. Daher haben alle PWM-Wechselstromquellen höhere Verzerrungswerte bei höheren Frequenzen. Für Anwendungen in der Avionik, bei denen die Frequenzen Tausende von Hertz betragen können, sind hohe THD-Werte bei solchen Frequenzen in der Regel nicht akzeptabel.
Linear AC -Quelle
Eine der leistungsfähigsten programmierbaren Wechselstromquellen sind Linears. Da es sich hierbei nicht um Klasse-D-, sondern um Klasse-AB-Verstärker handelt, sind sie vorspannungsfrei und benötigen keine Totzeit. Daher sind ihre Verzerrungswerte deutlich niedriger als die von Schaltnetzteilen (PWM).
Die Tabelle unten zeigt zum Beispiel die Spannungsverzerrungsspezifikation für zwei gleichwertige Wechselstromquellen, ein 115ASX PWM-Schaltnetzteil und ein 112MX-Linearnetzteil.
Bei der Auswahl der besten programmierbaren -Quelle für Ihre Anwendung müssen Sie auf die Spezifikationen für die Spannungsverzerrung achten. Die lineare -Quelle der Serie LMX von Pacific -Quellebietet die sauberste Leistung mit geringer Verzerrung. Wenden Sie sich an einen Anwendungsexperten, um herauszufinden, ob diese Lösung für Sie geeignet ist.