艾德克斯IT7800系列可编程交直流电源交流恒流源功能的相关应用

引言

在电力电子领域，恒流源作为一种能够输出稳定电流的装置，广泛应用于工业测试、科研实验和精密设备驱动等领域。与直流恒流源不同，交流恒流源需要在高频或低频范围内输出正弦波、方波等交流信号，同时保持电流幅值的稳定性（误差通常小于0.1%）。其技术难点在于如何实现快速动态响应、低谐波失真以及宽频带范围内的恒流特性。

一、交流恒流源的核心原理

基础架构

典型的交流恒流源由功率变换模块、闭环控制电路和信号调制单元构成（图1）。功率拓扑常采用H桥逆变器与线性放大器的复合结构，其中H桥负责功率输出，线性放大器用于高频纹波抑制。通过电流互感器或霍尔传感器实时采样负载电流，与设定值比较后，经PID控制器调整PWM占空比，形成闭环反馈。

关键技术指标

输出频率范围：覆盖50Hz至100kHz（高频型号可达MHz级）

电流精度：静态误差≤±0.05%，动态负载调整率≤0.1%

总谐波失真（THD）：<1%（在额定负载下）

负载适应性：支持容性、感性及非线性负载

二、设计难点与解决方案

动态响应与稳定性矛盾

当负载阻抗突变时（如LED阵列开关瞬间），传统PI控制易引发振荡。采用状态反馈+前馈补偿的复合控制策略，可缩短调节时间至10μs以内。实验表明，引入负载电流微分反馈能提升系统阻尼比30%以上。

效率与线性度的权衡

高频开关器件（如SiC MOSFET）虽能提高效率至90%以上，但会引入开关噪声。通过混合式拓扑（开关电源预稳压+线性调节）可兼顾效率（85%）和低纹波（<5mVpp）。

宽频带失真抑制

在10kHz以上频段，寄生参数导致相位裕度下降。采用自适应数字滤波器对反馈信号进行相位补偿，结合FFT实时谐波分析，可将THD控制在0.5%以下。

三、典型应用场景

LED光电特性测试

交流恒流源可模拟电网波动环境，测试LED芯片在频闪工况下的光衰特性。例如，输出120Hz脉动电流（模拟全桥整流纹波），同步监测结温变化。

医疗设备驱动

在生物电阻抗分析（BIA）中，需注入50kHz-1MHz的安全交流电流（通常<10mA）。恒流源的高精度特性可确保人体阻抗测量误差<0.5%。

材料科学研究

铁电材料极化测试要求频率0.1-100Hz、电流0.1-10A的可编程交流激励。通过DSP生成任意波形，配合过流保护电路，实现安全可控的极化过程。

四、前沿技术趋势

全数字化控制架构

基于FPGA的预测控制算法（如MPC）可提前预判负载变化，动态调整开关时序。某实验室原型机在5kHz阶跃负载下，超调量仅为0.02%。

宽禁带器件的应用

GaN HEMT器件使开关频率突破2MHz，配合平面变压器技术，可将电源体积缩小至传统设计的1/3。例如，1200W模块的功率密度达到25W/cm³。

多通道协同输出

通过CAN或以太网实现多台恒流源相位同步，满足三相电机模拟、电磁兼容测试等复杂场景需求。某商用系统支持32通道并联，电流均流误差<0.5%。

结语

交流恒流源的技术演进正朝着高频化、数字化和集成化方向发展。未来，随着人工智能算法的引入，设备将具备自校准、故障预测等智能特性，进一步拓展其在新能源、量子计算等新兴领域的应用边界。工程师在设计时需综合考虑热管理、EMC兼容性及成本因素，以实现性能与可靠性的最佳平衡。

图表示例

表1 主流拓扑结构对比

拓扑类型	效率	THD	成本指数
线性放大器	40-60%	<0.1%	高
全桥逆变器	85-92%	1-2%	中
谐振式软开关	90-95%	0.3-0.8%	较高

（注：以上数据基于1kW级设备测试

图1电流传感器

实际应用案例：

某客户要求实现对交流传感器分别进行AC和DC 30A进行测试，如果是传统的测试方案，会需要用到一台直流恒流源和一台交流恒流源，在这个测试中，一台艾德克斯IT7800可编程交流电源就可以满足。

1.AC 恒流50A的测试

在机器菜单中选择为Current Source，选择为AC模式，只需要设定输出电流值和频率值。电压跟随恒流值以及回路中待测物的阻抗值，只要满足在350V的范围之内，都可以进行恒流输出。

图2 IT7800 AC恒流30A 50Hz波形图

2.DC恒流30A的测试

在Current Source下，选择AC+DC模式，将AC值设置为0，DC值设置为30A，可以实现DC恒流30A的功能

图3 IT7800 恒流源模式设置界面

图4 IT7800 AC恒流50A波形图

艾德克斯IT7800系列可编程交流电源可以提供纯正的交/ 直流输出、还提供AC+DC 输出模式来测试直流偏压成份，单三相切换使用户可以模拟三相电压跌落及三相电压不平衡状态。也可以编辑电压、频率、相位等参数。同时具有交流测量及分析功能，可广泛应用于分布式能源、智能电网、新能源等多个领域的产品研发、生产、质检等多个阶段。

除了以上电压源的功能之外，还提供了恒流源的功能，提供AC和AC+DC模式，支持单相和反相切换。

审核编辑 黄宇