[实用新型]一种高频功率测量装置

说明书

本实用新型涉及一种高频功率测量装置，包括用以采集流经被测件的电流的电流采集器、用以采集被测件两端电压的电压采集器、电流信号处理电路、电压有功分量提取电路以及功率测量电路；电流信号处理电路将流经被测件的电流处理后输出电压无功分量，并将其送入电压有功分量提取电路以提取出电压有功分量，所述功率测量电路根据电压有功分量以及流经被测件的电流计算出被测件的有功功率或者损耗。本实用新型可以解决被测件由于测量阻抗角因素导致测量误差大的问题。

技术领域

本实用新型涉及高频功率和损耗测量技术领域，特别是一种高频功率测量装置。

背景技术

现有交流功率测量法在测量功率时，被测件的被测电压和电流之间存在相位差，同时在实际测量过程，电压测量通道和电流测量通道由于采样模块和信号传输线路等的原因导致了相位差存在测量误差，即相位差误差。通过分析交流功率测量法的误差来源可知相位差误差会严重影响到交流功率的测量结果，特别是高频工况下，相位差误差引起的功率测量误差非常大，使得交流功率测量法很难用在高频功率领域的测量。

目前，国防领域、舰船装备和航空航天设备中用到的电源系统、常用开关电源、电力系统、照明系统和新能源汽车系统都涉及到交流电功率的精确测量问题；半导体器件、高频磁性元件、高频电容、电阻等元器件的损耗评估也都与交流电功率测量息息相关。常用的交流功率测量方法包括：热点交换法、三参数法、二项式平方法、时分割法、模拟采样法、数值采样法、电功率测量方法。上述常用交流电功率测量法广泛应用于工程测量和计量领域，但是测量频率都不高。

交流功率测量法是目前被广泛采用的电气测量方法，用于测量电子元器件和电气电子设备的损耗或者电功率，通过采集被测件的电压和电流，再根据功率计算公式获得被测件的功率或损耗。该方法简单、快捷，在低频测量领域中广泛应用，在高频应用领域下，此方法的测量精度受电压电流相位差误差影响很大。根据交流功率测量法的误差公式(1),由误差公式可知交流功率测量法的误差来源主要有三个部分，第一部分是电压的测量误差；第二部分是电流的测量误差；第三部分相位差误差。第一部分和第二部分的误差可以通过选择高精度的元器件和电压电流采样电路，以目前的技术这两部分误差可以做到很小，因此该方法的主要误差在于第三项，即相位差误差引起的交流功率测量误差，其中为被测电压和电流的相位差，也称为被测件的阻抗角，为相位差误差。

相位差和被测件的阻抗特性有关，相位差误差与测量频率、电压和电流测量通道的延时时间有关，频率越高相位差误差越大，第三部分误差就越大，尤其是当被测件的阻抗角较大时，此方法的测量精度对相位差误差是非常敏感的，而实际上电流的采样是通过采样电阻上的电压或采用各种电流传感器获得的，同时采样仪器的电压、电流采样通道的信号传输时间差异，以及大功率连接线的寄生参数都会导致所获得的电流与实际电流之间产生相位差误差，如图1为被测件不同阻抗角情况下，不同相位测量误差引起的误差情况，图中为0.5°和5°情况下阻抗角0°到90°时的相位测量误差引起误差大小，很明显可以看出阻抗角接近90°时测量误差都非常大。

随着社会需要的进步和科技发展，高频电源和高频元器件的应用越来越普及，特别是宽禁带半导体器件、高频磁性元件和电容器等元器件的广泛应用，其损耗的准确测量极其重要。因此，迫切需要探索频率达到MHz以上的电功率测量方法。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种高频功率测量装置，为解决被测件由于测量阻抗角因素导致测量误差大的问题提供硬件装置。

本实用新型采用以下方案实现：一种高频功率测量装置，包括用以采集流经被测件的电流的电流采集器、用以采集被测件两端电压的电压采集器、电流信号处理电路、电压有功分量提取电路以及功率测量电路；