引言

在電力電子領域，恒流源作為一種能夠輸出穩(wěn)定電流的裝置，廣泛應用于工業(yè)測試、科研實驗和精密設備驅(qū)動等領域。與直流恒流源不同，交流恒流源需要在高頻或低頻范圍內(nèi)輸出正弦波、方波等交流信號，同時保持電流幅值的穩(wěn)定性（誤差通常小于0.1%）。其技術(shù)難點在于如何實現(xiàn)快速動態(tài)響應、低諧波失真以及寬頻帶范圍內(nèi)的恒流特性。

一、交流恒流源的核心原理

基礎架構(gòu)

典型的交流恒流源由功率變換模塊、閉環(huán)控制電路和信號調(diào)制單元構(gòu)成（圖1）。功率拓撲常采用H橋逆變器與線性放大器的復合結(jié)構(gòu)，其中H橋負責功率輸出，線性放大器用于高頻紋波抑制。通過電流互感器或霍爾傳感器實時采樣負載電流，與設定值比較后，經(jīng)PID控制器調(diào)整PWM占空比，形成閉環(huán)反饋。

關(guān)鍵技術(shù)指標

輸出頻率范圍：覆蓋50Hz至100kHz（高頻型號可達MHz級）

電流精度：靜態(tài)誤差≤±0.05%，動態(tài)負載調(diào)整率≤0.1%

總諧波失真（THD）：<1%（在額定負載下）

負載適應性：支持容性、感性及非線性負載

二、設計難點與解決方案

動態(tài)響應與穩(wěn)定性矛盾

當負載阻抗突變時（如LED陣列開關(guān)瞬間），傳統(tǒng)PI控制易引發(fā)振蕩。采用狀態(tài)反饋+前饋補償的復合控制策略，可縮短調(diào)節(jié)時間至10μs以內(nèi)。實驗表明，引入負載電流微分反饋能提升系統(tǒng)阻尼比30%以上。

效率與線性度的權(quán)衡

高頻開關(guān)器件（如SiC MOSFET）雖能提高效率至90%以上，但會引入開關(guān)噪聲。通過混合式拓撲（開關(guān)電源預穩(wěn)壓+線性調(diào)節(jié)）可兼顧效率（85%）和低紋波（<5mVpp）。

寬頻帶失真抑制

在10kHz以上頻段，寄生參數(shù)導致相位裕度下降。采用自適應數(shù)字濾波器對反饋信號進行相位補償，結(jié)合FFT實時諧波分析，可將THD控制在0.5%以下。

三、典型應用場景

LED光電特性測試

交流恒流源可模擬電網(wǎng)波動環(huán)境，測試LED芯片在頻閃工況下的光衰特性。例如，輸出120Hz脈動電流（模擬全橋整流紋波），同步監(jiān)測結(jié)溫變化。

醫(yī)療設備驅(qū)動

在生物電阻抗分析（BIA）中，需注入50kHz-1MHz的安全交流電流（通常<10mA）。恒流源的高精度特性可確保人體阻抗測量誤差<0.5%。

材料科學研究

鐵電材料極化測試要求頻率0.1-100Hz、電流0.1-10A的可編程交流激勵。通過DSP生成任意波形，配合過流保護電路，實現(xiàn)安全可控的極化過程。

四、前沿技術(shù)趨勢

全數(shù)字化控制架構(gòu)

基于FPGA的預測控制算法（如MPC）可提前預判負載變化，動態(tài)調(diào)整開關(guān)時序。某實驗室原型機在5kHz階躍負載下，超調(diào)量僅為0.02%。

寬禁帶器件的應用

GaN HEMT器件使開關(guān)頻率突破2MHz，配合平面變壓器技術(shù)，可將電源體積縮小至傳統(tǒng)設計的1/3。例如，1200W模塊的功率密度達到25W/cm3。

多通道協(xié)同輸出

通過CAN或以太網(wǎng)實現(xiàn)多臺恒流源相位同步，滿足三相電機模擬、電磁兼容測試等復雜場景需求。某商用系統(tǒng)支持32通道并聯(lián)，電流均流誤差<0.5%。

結(jié)語

交流恒流源的技術(shù)演進正朝著高頻化、數(shù)字化和集成化方向發(fā)展。未來，隨著人工智能算法的引入，設備將具備自校準、故障預測等智能特性，進一步拓展其在新能源、量子計算等新興領域的應用邊界。工程師在設計時需綜合考慮熱管理、EMC兼容性及成本因素，以實現(xiàn)性能與可靠性的最佳平衡。

圖表示例

表1 主流拓撲結(jié)構(gòu)對比

（注：以上數(shù)據(jù)基于1kW級設備測試

圖1電流傳感器

實際應用案例：

某客戶要求實現(xiàn)對交流傳感器分別進行AC和DC 30A進行測試，如果是傳統(tǒng)的測試方案，會需要用到一臺直流恒流源和一臺交流恒流源，在這個測試中，一臺艾德克斯IT7800可編程交流電源就可以滿足。

1.AC 恒流50A的測試

在機器菜單中選擇為Current Source，選擇為AC模式，只需要設定輸出電流值和頻率值。電壓跟隨恒流值以及回路中待測物的阻抗值，只要滿足在350V的范圍之內(nèi)，都可以進行恒流輸出。

圖2 IT7800 AC恒流30A 50Hz波形圖

2.DC恒流30A的測試

在Current Source下，選擇AC+DC模式，將AC值設置為0，DC值設置為30A，可以實現(xiàn)DC恒流30A的功能

圖3 IT7800 恒流源模式設置界面

圖4 IT7800 AC恒流50A波形圖

艾德克斯IT7800系列可編程交流電源可以提供純正的交/ 直流輸出、還提供AC+DC 輸出模式來測試直流偏壓成份，單三相切換使用戶可以模擬三相電壓跌落及三相電壓不平衡狀態(tài)。也可以編輯電壓、頻率、相位等參數(shù)。同時具有交流測量及分析功能，可廣泛應用于分布式能源、智能電網(wǎng)、新能源等多個領域的產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、質(zhì)檢等多個階段。

除了以上電壓源的功能之外，還提供了恒流源的功能，提供AC和AC+DC模式，支持單相和反相切換。

審核編輯 黃宇