使用通用示波器進(jìn)行高壓測量并不復(fù)雜或深?yuàn)W，但需要使用與日常邏輯和低功耗模擬電路測試不同的工具和方法。高壓測量對于測試開關(guān)電源、電機(jī)控制器、配電系統(tǒng)等非常重要。本應(yīng)用說明討論了泰克TDS220數(shù)字實(shí)時(shí)示波器和配套的P5100高壓探頭，并解釋了它們在Robicon電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制邏輯板上測試二極管擊穿電壓的用途。

為高壓測量選擇合適的探頭

為了便于討論，“高電壓”是指超過配備10X無源探頭的傳統(tǒng)DSO正常范圍的任何電壓。對于TDS220，使用標(biāo)準(zhǔn)P6112探頭時(shí)，最大輸入電壓為300 V有效值或424 VDC+峰值AC。

大多數(shù)測量要求觀察信號完全定位在示波器分劃的八個(gè)垂直區(qū)域內(nèi)。超過這一水平的信號必須衰減，以適應(yīng)分劃區(qū)域。P5100高壓無源探頭是該任務(wù)的理想解決方案。它的100X衰減將TDS 220的有效射程提高到2500V.該P(yáng)5100是安全接地參考高電壓測量的工具的選擇。它通過了UL3111-1和IEC1010認(rèn)證，電壓最高可達(dá)2500V(直流+交流峰值)。P5100的高帶寬(高達(dá)250MHz)確保瞬變和快速信號邊緣將被完整捕獲。

此外，P5100還提供了功率測量所需的堅(jiān)固的物理結(jié)構(gòu)。其特殊的可伸縮鉤尖可在直徑達(dá)6.5mm的測試點(diǎn)上提供正連接。

被測單元

Robicon,Inc.是空調(diào)系統(tǒng)、油田泵送設(shè)備等大功率交流電機(jī)的傳統(tǒng)和諧波驅(qū)動(dòng)器的領(lǐng)先制造商。一個(gè)系統(tǒng)可以由許多模塊化的功率單元組成。每一個(gè)都必須通過嚴(yán)格的制造質(zhì)量測試，以確保不僅客戶滿意，而且客戶安全

電池使用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)器件向負(fù)載供電。這些IGBT由集成到單元的邏輯電路板控制，該電路板上的數(shù)字IC由來自系統(tǒng)變壓器次級電壓的低壓電源供電。從線路輸入電平到邏輯板所需的±15VDC電平的轉(zhuǎn)換由本地調(diào)節(jié)器處理。圖1描述了體系結(jié)構(gòu)。

穩(wěn)壓器中高壓二極管的完整性是至關(guān)重要的。其擊穿電壓額定值不低于600V(反向電壓)，在電路中遇到的標(biāo)稱460VDC水平之上提供充足的余量。制造測試的目的是確保二極管能夠承受系統(tǒng)接通時(shí)的瞬時(shí)電壓和浪涌電流。在加電期間，當(dāng)電源電容器充電時(shí)，大電流流過二極管。如果二極管故障，電容器，可能還有邏輯電路，將收到破壞性的電壓。

圖2顯示了在涌流周期中二極管兩端的波形。負(fù)向尖峰是由電容器的充電電流的大量啟動(dòng)負(fù)載引起的。

圖1,Robicon細(xì)胞結(jié)構(gòu)的簡化圖

圖2所示,典型的浪涌波形

P5100的衰減(100X)使波形振幅保持在刻度線的限制范圍內(nèi)。請注意，一旦從示波器的菜單中選擇了探頭類型，它就會(huì)相應(yīng)地調(diào)整其讀數(shù)。因此，作用域的1V/Div設(shè)置變?yōu)?00V/Div。游標(biāo)也能識別縮放。典型的制造測試將光標(biāo)設(shè)置在規(guī)格的限值上(TDS220存儲(chǔ)這樣的設(shè)置，以便即時(shí)調(diào)用)。如果波形落在游標(biāo)之間，則UUT通過測試。如果需要量化讀數(shù)，操作員可以將光標(biāo)與波形峰值對齊，并對光標(biāo)之間的測量電壓進(jìn)行“Delta”讀數(shù)。結(jié)果顯示在波形窗口的右側(cè)。

關(guān)于浮動(dòng)測量的幾句話

許多電源電路沒有為無源探頭接地引線提供適當(dāng)?shù)慕拥攸c(diǎn)。例如，當(dāng)上述電路被安裝到諸如Robicon的Perfect Harmony電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中時(shí)，二極管的陰極被連接到一個(gè)公共點(diǎn)，而不是接地點(diǎn)。它的電位可能是幾百甚至幾千伏。這就是所謂的“浮置”電路，在這種情況下，帶有無源單端探頭的線供電示波器無法提供安全的方法來測量二極管兩端的電壓。

這個(gè)問題有兩個(gè)安全的解決方案。線路供電的示波器可以配備一個(gè)隔離差動(dòng)探頭，如泰克P5200高壓差動(dòng)探頭，兩條導(dǎo)線都不固定在大地上。探頭測量兩個(gè)端子之間的電壓差，忽略兩個(gè)端子共同的偏移電壓。

第二種選擇是完全隔離的、電池供電的示波器，如Tektronix THS 720P手持式示波器。同樣，兩個(gè)探頭的導(dǎo)線都沒有固定在地面上，儀器本身也沒有接地。

審核編輯 黃宇