Che cos'è la distorsione di tensione?
La distorsione di tensione si verifica quando un'uscita CA è puramente sinusoidale, ma presenta piccoli livelli di armoniche di tensione in aggiunta alla frequenza fondamentale della sinusoide. Questo basso livello di distorsione di tensione è spesso difficile da vedere su un oscilloscopio e richiede un analizzatore di potenza o un analizzatore di armoniche per essere quantificato. La distorsione è tipicamente espressa in percentuale (%) della fondamentale, in base al rapporto tra l'ampiezza RMS delle armoniche superiori e l'ampiezza RMS della prima armonica o fondamentale (h=1).
Più bassa è la percentuale di Vthd, migliore è la sorgente di alimentazione CA programmabile.
Quali sono le cause?
Esistono diversi fattori che possono contribuire alla distorsione della tensione, alcuni dei quali hanno a che fare con l'effetto di carichi non lineari. Tuttavia, per confrontare le prestazioni relative di una sorgente CA programmabile, è meglio utilizzare un carico resistivo puro, in modo da neutralizzare gli effetti del carico sulle prestazioni della sorgente. Rimane solo la distorsione di tensione intrinseca della sorgente di alimentazione CA.
Per le sorgenti di alimentazione CA a commutazione - alias amplificatori di Classe D - il maggior contributo alla distorsione è la distorsione di cross over che si verifica a ogni incrocio di zero della tensione. Poiché una sorgente CA a commutazione commuta i suoi FET o IGBT a ponte H tra lo stato di accensione e quello di spegnimento, non ci può essere sovrapposizione tra i cicli di commutazione tra la metà positiva e quella negativa del ponte H. Se ci fosse, si creerebbe un percorso di corrente continua. Se così fosse, si creerebbe un percorso di corrente continua tra il rail positivo e quello negativo del ponte H, causando un flusso eccessivo di corrente attraverso i dispositivi di potenza. Questa condizione è spesso chiamata shoot-through e provoca invariabilmente il guasto del ponte H o dello stadio di uscita dell'amplificatore di potenza. Per evitare che ciò accada, è necessario un certo "tempo morto" tra lo spegnimento di un lato del ponte H e l'accensione del lato opposto. Questo tempo morto fa sì che l'onda sinusoidale di uscita si fermi appena prima di raggiungere lo zero, causando una momentanea interruzione quando la tensione salta da un lato all'altro. Questo fenomeno necessario è chiamato distorsione di cross over ed è illustrato nella Figura 1. Questo passaggio non lineare della tensione contiene un gran numero di componenti armoniche che contribuiscono alla THD complessiva della tensione.
Perché è importante?
Poiché per progettare, testare e verificare i prodotti alimentati in CA si utilizza una sorgente di alimentazione CA programmabile, un'onda sinusoidale CA altamente distorta avrà un impatto negativo sull'unità in prova. Anche una distorsione di pochi punti percentuali può influire sul carico se questo è sensibile a frequenze più elevate della frequenza di linea. Poiché il tempo morto dell'amplificatore a commutazione è tipicamente fisso, il suo impatto aumenterà con l'aumento della frequenza di uscita programmata, poiché diventa una frazione maggiore del periodo dell'onda sinusoidale decrescente. Pertanto, tutte le sorgenti di alimentazione PWM in CA presentano specifiche di distorsione più elevate alle alte frequenze. Per le applicazioni avioniche, dove le frequenze possono essere di migliaia di Hertz, alti livelli di THD a tali frequenze sono in genere inaccettabili.
Sorgente di alimentazione lineare CA
Una delle sorgenti di alimentazione programmabili in CA con le migliori prestazioni sono i lineari. Non essendo amplificatori di Classe D ma di Classe AB, sono a polarizzazione zero e non richiedono tempi morti. Pertanto, le loro specifiche di distorsione sono significativamente inferiori a quelle delle sorgenti di alimentazione a commutazione (PWM).
Ad esempio, la tabella mostra le specifiche di distorsione di tensione per due sorgenti di alimentazione CA di potenza equivalente, un'unità a commutazione PWM 115ASX e un'unità lineare 112MX.
La scelta della migliore fonte di alimentazione CA programmabile per la vostra applicazione include l'attenzione alle specifiche di distorsione della tensione. L'alimentatore lineare CA serie LMX di Pacific Power Source fornisce la potenza più pulita con una bassa distorsione. Contattate un esperto di applicazioni per verificare se questa soluzione fa al caso vostro.