新能源行業(yè)的快速崛起，讓光伏、風(fēng)電、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的電力電子半導(dǎo)體器件迎來了爆發(fā)式發(fā)展。技術(shù)迭代中，電力電子器件不斷向更高電壓、更快開關(guān)頻率、更低損耗靠攏，但隨之而來的高壓、高頻帶來的研發(fā)難題也愈發(fā)突出。尤其是復(fù)雜電磁場(chǎng)環(huán)境下，共模干擾信號(hào)對(duì)電子測(cè)量的影響越來越大，如何在這種場(chǎng)景下保證電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性，成為很多研發(fā)人員的核心困擾。

聊到高壓高頻環(huán)境下的測(cè)量干擾，就不得不先搞清楚——共模干擾到底是什么。其實(shí)任何兩根電源線上的干擾，都能分為共模干擾和差模干擾兩類，兩者的區(qū)別很明顯，也直接決定了對(duì)測(cè)量的影響程度。

共模干擾是在導(dǎo)線與地（機(jī)殼）之間傳輸?shù)?，屬于非?duì)稱性干擾，簡單說就是任何載流導(dǎo)體與參考地之間，不該出現(xiàn)的電位差；而差模干擾則是在兩根導(dǎo)線之間傳輸，屬于對(duì)稱性干擾，也就是兩個(gè)載流導(dǎo)體之間多余的電位差。

實(shí)際應(yīng)用中，共模干擾的麻煩程度遠(yuǎn)大于差模干擾——它幅度大、頻率高，還能通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，對(duì)測(cè)量的干擾更為顯著；反觀差模干擾，幅度小、頻率低，對(duì)測(cè)量的影響基本可以忽略不計(jì)。

了解了共模干擾的本質(zhì)，我們?cè)倏纯此Ｒ姷漠a(chǎn)生原因，搞懂根源才能更好地解決問題。

最常見的就是電網(wǎng)本身串入的共模干擾電壓，這是外部干擾的主要來源。其次是輻射干擾，比如雷電、設(shè)備電弧，還有附近的電臺(tái)、大功率輻射源，這些都會(huì)在信號(hào)線上感應(yīng)出共模干擾，核心原因就是交變磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生交變電流，進(jìn)而引發(fā)干擾。

除此之外，布線和接地不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生共模干擾。比如地線-零線回路面積與地線-火線回路面積不一致，兩個(gè)回路的阻抗不同，就會(huì)導(dǎo)致電流大小有差異，進(jìn)而引發(fā)干擾；不同位置的接地電壓不一樣，這種電位差也會(huì)造就共模干擾。另外，設(shè)備內(nèi)部線路對(duì)電源線的干擾，也可能產(chǎn)生共模干擾，屬于設(shè)備自身的內(nèi)部干擾。

面對(duì)共模干擾對(duì)測(cè)量的影響，行業(yè)內(nèi)有一些常規(guī)的應(yīng)對(duì)方法，比如采用屏蔽雙絞線并有效接地，在強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境下額外增加屏蔽措施；布線時(shí)避開高壓線，絕對(duì)不能把高壓電源線和信號(hào)線捆在一起走線；避免和高頻開關(guān)設(shè)備等易產(chǎn)生干擾的設(shè)備共用一個(gè)電源，優(yōu)先選用線性穩(wěn)壓電源或高品質(zhì)開關(guān)電源，減少紋波干擾；也可以采用差分或隔離電路來抑制干擾。

在電子測(cè)量中，差分探頭是大家常用的抑制共模干擾的工具，但它也有明顯的局限性——受高頻環(huán)境限制，高頻抑制能力普遍不高，在高壓高頻的復(fù)雜場(chǎng)景下，很難滿足精準(zhǔn)測(cè)量的需求。

其實(shí)還有比差分探頭更靠譜的解決方案，那就是光隔離探頭。它采用光電隔離的方式，將測(cè)量前端通過光信號(hào)與后端電路連接，相當(dāng)于完全切斷了共模干擾信號(hào)的傳輸路徑，從根源上避免了干擾的影響。這也就意味著，光隔離探頭的共模干擾抑制能力（CMRR），不會(huì)受到電壓和頻率的限制，哪怕在高壓高頻環(huán)境下，也能保持穩(wěn)定的抑制效果。

舉個(gè)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景就能明白它的優(yōu)勢(shì)：在高速列車的VVVF變頻調(diào)速器中，上橋臂開關(guān)器件的門級(jí)電壓Vge，很容易因?yàn)楣材８蓴_和浮地的影響，出現(xiàn)波形形變嚴(yán)重、幅值波動(dòng)大的問題，這會(huì)讓研發(fā)人員難以判斷，到底是測(cè)量本身出了問題，還是驅(qū)動(dòng)電路存在故障。而用光隔離探頭，就能完美解決這個(gè)痛點(diǎn)，精準(zhǔn)捕捉真實(shí)的電壓波形，為問題分析提供可靠依據(jù)。

值得一提的是，在高壓環(huán)境下測(cè)量，除了要解決共模干擾，人員和設(shè)備的安全也是重中之重。光隔離探頭實(shí)現(xiàn)的完全電氣隔離，不僅能保證測(cè)量精準(zhǔn)，還能充分保障人員和設(shè)備的安全；同時(shí)，它還能滿足遠(yuǎn)距離測(cè)量的需求，適配更多復(fù)雜的測(cè)試場(chǎng)景。

目前，光隔離探頭的應(yīng)用范圍已經(jīng)十分廣泛，只要是存在高壓、高頻共模干擾的場(chǎng)景，基本都能看到它的身影，比如電網(wǎng)GIS特高壓空氣開關(guān)、高鐵/車載/船舶高壓設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝與調(diào)試、高壓變頻器測(cè)量，還有半導(dǎo)體設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備以及高能物理實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域，都在依靠它實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、安全的電壓測(cè)量。

審核編輯 黃宇