[實用新型]一種直流電源輸出阻抗測量裝置

有效

• 申請號: 201220464723.3
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN202837406U
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 梅高峰;劉民;孫毅;金光遠;郝慧萍
• 申請（專利權）人: 北京東方計量測試研究所
• 主分類號: G01R27/08
• 分類號: G01R27/08
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤;王鍵

技術領域

本實用新型涉及直流電源系統阻抗測量技術領域，特別是涉及一種直流電源輸出阻抗測量裝置。

背景技術

直流電源系統是由電源和許多負載組成的系統，電源系統阻抗可以分成電源輸出阻抗和負載輸入阻抗兩個部分。電源輸出阻抗是反映電源系統的供電質量、兼容性、穩定性的重要技術指標，負載輸入阻抗是反映輸入濾波器或電源轉換器DC-DC抑制傳導干擾、抑制反射功率的重要技術指標。兩者合起來統稱電源系統阻抗。

電源系統設計和用電負載設計往往是由不同的研制單位，在不同的時間完成的。例如VXI、PXI機箱電源、計算機電源母線、通訊電源母線、航天器電源母線以及國際空間站電源等等。只有在電源輸出阻抗確定下來后，再要求所有負載并聯后的輸入阻抗遠遠大于電源輸出阻抗，才能保證系統穩定。電源輸出阻抗參數成為設計電源系統和負載的重要數據。只有實際測量出電源輸出阻抗和負載輸入阻抗才能用定量的數據檢驗設計指標，在電源系統出現干擾時也需要實際測量電源輸出阻抗來在線查找原因。目前國外航天器電源已經使用電源輸出阻抗作為技術指標來評價電源的品質，在歐空局的技術規范中規定了航天器輸出阻抗的特性曲線要求，并且規定了級聯的DC-DC電源穩定性要求。國際空間站電源系統為了適應來自各個國家和來自不同公司的用電負載，特別規定了電源輸出阻抗和負載輸入阻抗的限制范圍，以保證整個系統穩定運行。因此，如果沒有可靠的電源輸出阻抗測量技術，就難以對電源和負載的系統穩定性進行定量分析，在電源系統設計時也難以提出電源輸出阻抗技術要求和負載輸入阻抗的技術要求，因此電源輸出阻抗測量技術是急待發展的重要的測量技術。

直流電源輸出阻抗的特點是：①直流電源輸出阻抗不同于元器件阻抗，也不同于電源內阻。元器件阻抗是由材料特性和幾何結構決定的，如電阻器件的阻抗是由導電絲的電阻率和幾何形狀決定的，電容器件的阻抗是由電容極板面積、極板間距、電介質的介電場數以及引腳電線的電阻和幾何形狀決定的，電感器件的阻抗是由線圈面積和匝數、線圈內外磁導率以及線圈電阻和幾何形狀決定的。電源輸出阻抗不同于元器件阻抗，它是由電源輸出特性和電源母線上的分布參數決定的，電源輸出阻抗是當電源有功率輸出的條件下，表現出來的固有特性。它也不同于電源內阻，內阻是電源輸出端的電壓變化與負載電流變化的比值。電壓和電流均在直流狀態，所謂變化是指兩種直流輸出狀態之間的差異。內阻可用伏安特性曲線的切線斜率來表示，電源存在非線性，不同工作狀態下內阻的大小也不相同，理想的電壓源Us內阻Rs為零，理想的電流源Is內阻Rg無窮大。②直流電源輸出阻抗是在小信號條件下的阻抗。直流電源是非線性系統，在不同的電壓和電流的工作點上，阻抗不同。工作點附近存在小的動態區間，可以看作近似線性區間。因此測量電源阻抗時，只能施加小幅值的正弦激勵電流，保證不失真的情況下，產生的電壓擾動也不失真，在這種小信號條件下，才能用某單一頻率的電壓相量和電流相量來計算電源阻抗。一般在10kHz以下，電源阻抗小于0.1Ω，若交流激勵電流的幅值小于0.1A則母線上的交流電壓響應小于10mV，如此小的電壓信號淹沒在母線噪聲中，會嚴重影響測量準確度，微小信號的測量問題是阻抗測量中的難題。③直流電源輸出阻抗是分布參數阻抗。電源輸出阻抗不但與電源控制特性有關，還與輸電線路和測量截面有關，高頻情況下（一般大于10kHz），電源輸出阻抗受母線分布參數影響，逐漸增大，而母線分布參數又與測量截面選取有關。

因此，直流電源輸出阻抗的測量不同于無源的阻抗元件的測量，不能直接使用阻抗測量儀。它必須在直流電源工作時，注入電流激勵或電壓激勵，然后測量響應電壓或電流，通過計算電壓與電流的相量比例獲得阻抗測量結果。但是，為了避免非線性失真，激勵與響應往往工作在小信號區間，對于小信號測量來說，非常困難。在直流電源工作條件下，當電源輸出阻抗非常小時，比如0.1Ω以下，待測交流電壓常常被淹沒在直流電源本身的噪聲中。目前國內和國際上還沒有商品化的直流電源輸出阻抗的測量儀器和設備。而通用的、商品化阻抗測量儀和矢量網絡分析儀只能測量無源器件的交流阻抗，不能直接用于測量電源輸出阻抗和負載輸入阻抗。

根據國內外相關技術文獻的記載，目前測量電源輸出阻抗的方法，一般采用頻率響應分析儀，由頻率響應分析儀產生交流激勵信號VAC，同時測量母線電壓Vtest和取樣電阻電壓Vref的幅值比例和相位差，測量結果以波特圖給出。測量頻率范圍10Hz～200kHz，所用的頻率響應分析儀有美國Venable公司的350系列，還有美國Ridley公司的AP200系列。