交流电源为什么会产生电压畸变?

什么是电压失真?

当交流电输出为纯正弦波,但除基本正弦波频率外还有少量电压谐波时,就会出现电压失真。这种低水平的电压畸变通常很难在示波器上看到,需要使用功率分析仪或谐波分析仪来量化。失真通常以基波的百分比 (%) 表示,其依据是高次谐波的有效值振幅与一次谐波或基波的有效值振幅之比(h=1)。
Vthd % 越低,可编程交流电源就越好。

是什么导致了这种情况?

造成电压畸变的因素可能有多种,其中一些与非线性负载的影响有关。不过,要比较可编程交流电源的相对性能,最好使用纯电阻负载,这样就能中和负载对电源性能的影响。这样就只剩下交流电源固有的电压失真了。 对于开关模式交流电源(又称 D 类放大器)来说,造成失真的最大因素是每次电压过零时产生的交叉失真。由于开关模式交流电源会在开启和关闭状态之间切换其 H 桥场效应晶体管或 IGBT,因此 H 桥正负半极之间的开关周期不可能重叠。如果有重叠,H 桥的正负直流电轨之间就会形成直流通路,导致功率器件中流过过大的电流。这种情况通常被称为击穿,通常会导致 H 桥或功率放大器输出级失效。为防止出现这种情况,在关闭 H 桥的一侧和打开另一侧之间需要一定的所谓 "死区时间"。这种死区时间会导致输出正弦波在到达零点前停止,在电压从一侧跳到另一侧时造成瞬间中断。这种必要的现象称为交叉失真,如图 1 所示。这种非线性电压阶跃包含大量谐波分量,导致整体电压总谐波失真(THD)。
图 1:交叉失真

为什么重要?

由于可编程交流电源用于设计、测试和验证交流供电产品,因此高度失真的交流正弦波会对被测设备产生负面影响。如果负载对高于线路频率的高频率敏感,那么即使是百分之几的失真也会对负载造成影响。由于开关模式放大器的死区时间通常是固定的,因此随着编程输出频率的提高,死区时间的影响也会增大,因为死区时间会成为正弦波周期递减的较大部分。因此,在频率较高时,所有 PWM 交流电源的失真规格都较高。对于频率可达数千赫兹的航空电子应用来说,这种频率下的高总谐波失真通常是不可接受的。

线性交流电源

线性放大器是性能最佳的可编程交流电源之一。由于它们不是 D 类,而是 AB 类放大器,因此它们是零偏置的,不需要死区时间。因此,它们的失真规格明显低于开关模式(PWM)型电源。
例如,下表显示了 115ASX PWM 开关模式设备和 112MX 线性设备这两种同等功率交流电源的电压失真规格。
表 1:开关模式与线性交流电源的 V THD 规格比较

为您的应用选择最佳的可编程交流电源包括注意电压失真规格。太平洋电源公司的 LMX 系列线性交流电源可提供低失真、最清洁的电源。请联系应用专家,了解该解决方案是否适合您。

什么是电压失真?

当交流电输出为纯正弦波,但除基本正弦波频率外还有少量电压谐波时,就会出现电压失真。这种低水平的电压畸变通常很难在示波器上看到,需要使用功率分析仪或谐波分析仪来量化。失真通常以基波的百分比 (%) 表示,其依据是高次谐波的有效值振幅与一次谐波或基波的有效值振幅之比(h=1)。
Vthd % 越低,可编程交流电源就越好。

是什么导致了这种情况?

造成电压畸变的因素可能有多种,其中一些与非线性负载的影响有关。不过,要比较可编程交流电源的相对性能,最好使用纯电阻负载,这样就能中和负载对电源性能的影响。这样就只剩下交流电源固有的电压失真了。 对于开关模式交流电源(又称 D 类放大器)来说,造成失真的最大因素是每次电压过零时产生的交叉失真。由于开关模式交流电源会在开启和关闭状态之间切换其 H 桥场效应晶体管或 IGBT,因此 H 桥正负半极之间的开关周期不可能重叠。如果有重叠,H 桥的正负直流电轨之间就会形成直流通路,导致功率器件中流过过大的电流。这种情况通常被称为击穿,通常会导致 H 桥或功率放大器输出级失效。为防止出现这种情况,在关闭 H 桥的一侧和打开另一侧之间需要一定的所谓 "死区时间"。这种死区时间会导致输出正弦波在到达零点前停止,在电压从一侧跳到另一侧时造成瞬间中断。这种必要的现象称为交叉失真,如图 1 所示。这种非线性电压阶跃包含大量谐波分量,导致整体电压总谐波失真(THD)。
图 1:交叉失真

为什么重要?

由于可编程交流电源用于设计、测试和验证交流供电产品,因此高度失真的交流正弦波会对被测设备产生负面影响。如果负载对高于线路频率的高频率敏感,那么即使是百分之几的失真也会对负载造成影响。由于开关模式放大器的死区时间通常是固定的,因此随着编程输出频率的提高,死区时间的影响也会增大,因为死区时间会成为正弦波周期递减的较大部分。因此,在频率较高时,所有 PWM 交流电源的失真规格都较高。对于频率可达数千赫兹的航空电子应用来说,这种频率下的高总谐波失真通常是不可接受的。

线性交流电源

线性放大器是性能最佳的可编程交流电源之一。由于它们不是 D 类,而是 AB 类放大器,因此它们是零偏置的,不需要死区时间。因此,它们的失真规格明显低于开关模式(PWM)型电源。
例如,下表显示了 115ASX PWM 开关模式设备和 112MX 线性设备这两种同等功率交流电源的电压失真规格。
表 1:开关模式与线性交流电源的 V THD 规格比较

为您的应用选择最佳的可编程交流电源包括注意电压失真规格。太平洋电源公司的 LMX 系列线性交流电源可提供低失真、最清洁的电源。请联系应用专家,了解该解决方案是否适合您。