高共模干擾環(huán)境下電壓測量解決方案-光隔離探頭

　　這些年隨著新能源異軍突起，光伏、風力發(fā)電、電動汽車、交通運輸?shù)阮I域的電力電子半導體器件得到了快速的發(fā)展，在技術上電力電子器件向著更高的電壓，更快的開關頻率，以及更低的損耗方面發(fā)展，隨之而來的由高壓，高頻的技術所帶來的問題在研發(fā)時也越來越棘手。由于開關器件工作時的高頻/高壓所導致的復雜的電磁場環(huán)境，在電子測量領域也面臨著越來越嚴重共模干擾信號的影響，那么在高壓/高頻的環(huán)境下我們要怎樣保證測量的準確性呢?

　　什么是共模干擾？

　　任何兩根電源線上所存在的干擾，均可用共模干擾和差模干擾來表示。

　　共模干擾在導線與地(機殼)之間傳輸，屬于非對稱性干擾，它定義為任何載流導體與參考地之間的不希望有的電位差;

　　差模干擾在兩導線之間傳輸，屬于對稱性干擾，它定義為任何兩個載流導體之間的不希望有的電位差。

　　在一般情況下，共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過導線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小。

　　共模干擾產(chǎn)生的原因

　　1.電網(wǎng)串入共模干擾電壓。

　　2.輻射干擾(如雷電，設備電弧，附近電臺，大功率輻射源)在信號線上感應出共模干擾，原因是交變的磁場產(chǎn)生交變的電流，

　　3.地線-零線回路面積與地線-火線回路面積不相同，兩個回路阻抗不同等原因造成電流大小不同。

　　4.接地電壓不一樣，簡單的說就電位差而造就了共模干擾。

　　5.設備內部的線路對電源線造成的共模干擾。

　　那么如何避免共模干擾對測量的影響?

　　1.采用屏蔽雙絞線并有效接地

　　2.強電場的地方還要考慮采用屏蔽

　　3.布線時遠離高壓線，更不能將高壓電源線和信號線捆在一起走線

　　4.不要和高頻開關設備等易產(chǎn)生干擾的設備共用同一個電源

　　5.采用線性穩(wěn)壓電源或高品質的開關電源(紋波干擾小)

　　6.使用差分或隔離電路

　　我們在電子測量中常常用差分探頭的方法來減少共模干擾對我們電路測量方面的影響。

　　我們有比差分探頭更好的方法嗎?

　　差分探頭雖然有抑制共模噪聲的能力，但是會受到高頻的限制，一般差分探頭高頻抑制能力都不是太高。而光隔離方式，因為采用光電隔離方法將前端通過光信號與后端電路連接起來，完全隔絕了傳輸過程中的可能受到的共模干擾信號的影響。所以光隔離的方式的共模干擾抑制能力CMRR不受電壓和頻率的影響。

　　在高壓和高頻開關環(huán)境下，例如高速列車的VVVF變頻調速器中，上橋臂開關器件的門級電壓Vge，因為共模干擾和浮地的影響，波形形變嚴重，且幅值波動較大(浮地的關系)。對其問題的分析很難判定是測量的問題還是驅動電路的問題。而光隔離探頭能很好的解決這個問題。

　　此外，在高壓環(huán)境下除了共模干擾的問題，還有人員和設備安全的問題，完全的電氣隔離是保障人員和設備安全的一個充分條件。同時對于能夠遠距離測量也是需要考量的一個測試條件。

　　光隔離探頭應用的領域：

　　電網(wǎng)GIS特高壓空氣開關

　　高鐵/車載/船舶高壓設備

　　風力發(fā)電機安裝與調試

　　高壓變頻器測量

　　半導體設備

　　醫(yī)療設備

　　高能物理實驗

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