根據(jù)功率特征阻抗選擇電壓電流接線方法

　　摘要：早在初中的物理課中我們就已經(jīng)接觸到功率測量了，當(dāng)時(shí)用的是獨(dú)立的電流表和電壓表。遙想當(dāng)年，老師反復(fù)強(qiáng)調(diào)什么時(shí)候電流表內(nèi)接、外接……，是不是有點(diǎn)暈了?，F(xiàn)在進(jìn)行功率測量有了功率計(jì)、功率分析儀等更高級的儀器，但是作為基本的測量方法，電流表內(nèi)外接產(chǎn)生的影響依然存在。

　　下圖分別顯示了電流表內(nèi)接和外接兩種接法。

　　對于功率測量儀器，我們希望電壓通道輸入阻抗無窮大，電流通道輸入阻抗無窮小。然而現(xiàn)實(shí)跟理想總有那么一點(diǎn)差距，電壓表和電流表的輸入阻抗消耗了測量回路中電能，產(chǎn)生了系統(tǒng)誤差，對測量精度的影響跟測量方法有關(guān)。

　　1、在確定用哪一種方法前先來計(jì)算不同情況下電壓和電流表的損耗功率。

　　無論內(nèi)外接，我們從儀器讀取的功率為

　　電流表損耗

　　電壓表損耗

　　式中RI和RU分別為電壓表和電流表的內(nèi)阻。從圖中得到兩個(gè)結(jié)論：

　　(1) 電流表內(nèi)接時(shí)，電流表讀數(shù)即為負(fù)載電流，電壓表讀數(shù)是電流表內(nèi)阻壓降和負(fù)載電壓之和，因此儀器的測量結(jié)果中包含了電流表的損耗功率PI。

　　(2) 電流表外接時(shí)，電流表讀數(shù)為負(fù)載電流和電壓表電流之和，電壓表讀數(shù)即為負(fù)載電壓，因此儀器的測量結(jié)果中包含了電壓表的損耗功率PU。

　　2、在特定的環(huán)境中，比較兩種接法的損耗。

　　(1)不妨假設(shè)電壓表損耗大于電流表，由不等式運(yùn)算規(guī)則推導(dǎo)得到：

　　(2)同理假設(shè)電壓表損耗小于電流表：

　　(3)當(dāng)兩者相等時(shí)：

　　我們將電壓表和電流表內(nèi)阻乘積平方根暫且稱為儀器的“功率特征阻抗”，RP。

　　根據(jù)上述3種情況的運(yùn)算結(jié)果，不同負(fù)載阻抗RL和功率特征阻抗RP的影響如下：

　　(1) RL>RP電壓表損耗較大;

　　(2) RL

　　(3) RL =RP損耗相等。

　　3、選擇合適的接法提高測量精度

　　以上分析了不同的負(fù)載阻抗與功率特征阻抗下電表的損耗，哪到底選用哪種?需要根據(jù)測量對象選擇。以測試DC-DC轉(zhuǎn)換器效率為例，需要測量轉(zhuǎn)換器輸入功率和輸出功率。輸入功率即是轉(zhuǎn)換器吸收的功率，應(yīng)盡量減少電表的損耗，所以需要把損耗小的電表內(nèi)接，把損耗大的電表功率排除。輸出功率是轉(zhuǎn)換器提供的功率，電表損耗和負(fù)載功率都是由轉(zhuǎn)換器提供，要將電表損耗功率計(jì)入轉(zhuǎn)換器輸出功率，因此把損耗大的電表進(jìn)行內(nèi)接。

　　設(shè)DC-DC輸入電壓48V電流約0.3A，輸出12V電流約1A，輸出接了12Ω假負(fù)載。使用PA5000功率分析儀5A功率卡測量效率，電壓通道輸入阻抗2MΩ，電流通道取樣電阻0.1Ω，首先功率特征阻抗：

　　輸出負(fù)載阻抗12Ω<447Ω，根據(jù)結(jié)論(2)這種情況電流表將消耗更大的功率，因此測量輸出功率要把電流表內(nèi)接，PA5000測出的DC-DC輸出功率中包含了電流表的損耗功率。

　　輸入負(fù)載阻抗RIN=48/0.3=160Ω<447Ω，根據(jù)結(jié)論(2)這種情況電流表將消耗更大的功率，因此要把電流表外接，電流表較大的損耗就不會計(jì)入DC-DC輸入功率中了。

　　輸入輸出接線如下圖所示，輸入和輸出功率的系統(tǒng)誤差更小。

　　如果看見公式就頭疼，PA5000還有更高級的接線補(bǔ)償功能，無需人工計(jì)算。