Messungen an Leistungshalbleitern Das bringen isolierte Eingänge

Moderne Halbleiter ermöglichen bisher unerreichte Wirkungsgrade bei immer höheren Leistungsdichten. Gleichzeitig erhöhen sie die Anforderungen an die Messtechnik bei der Entwicklung. Für diesen Zweck bieten sich Oszilloskope mit einer vollkommenen galvanischen Trennung der Eingangskanäle an.

Sehr geringe Anstiegszeiten und geringe Verluste sind entscheidende Vorteile von Leistungstransistoren, die auf SiC- und GaN-Halbleitern basieren. Diese Vorteile übersetzen sich in höhere Effizienz und höhere Leistungsdichte. Gleichzeitig ermöglichen die modernen Halbleiter eine hohe Spannungsfestigkeit, was entscheidend ist für die Realisierung von Konvertern hoher Leistung. Das gilt insbesondere für elektrische Antriebe und Leistungsumrichter. Doch die vorgegebenen Spannungsgrenzen der Halbleiter müssen strikt eingehalten werden, da ansonsten deren Zerstörung droht.

Für den Anwender ergeben sich somit neue Herausforderungen:

  • Schaltzeiten deutlich kleiner als 10 ns machen in der Praxis Messbandbreiten von über 200 MHz notwendig. Das ist mehr, als typische Hochspannungstastköpfe heute leisten können.
  • Zur Optimierung des Schaltwandlers müssen mehrere Signale gleichzeitig und potenzialfrei dargestellt und analysiert werden.
  • Die Messung von differenziellen Signalen mit einem sehr hohem Gleichtaktanteil erfordert eine hohe Gleichtaktunterdrückung.

Spezialtastköpfe zu teuer

Eine hohe Bandbreite und eine hohe Gleichtaktunterdrückung können beispielsweise mit optisch isolierten Tastköpfen erreicht werden. Der Preis eines solchen Spezialtastkopfs übersteigt aber häufig den Preis des eigentlichen Oszilloskops um ein Vielfaches, bei mehrkanaliger Messung multiplizieren sich die Kosten. Zudem ist der Eingangsspannungsbereich dieser Tastköpfe beschränkt und erlaubt nur ausgewählte Messungen. Für viele Leistungselektronikentwickler ist das kein gangbarer Weg.

Die preiswerte Alternative

Eine preiswerte und leistungsfähige Alternative stellen moderne Oszilloskope mit isolierten Eingangskanälen dar. Ein Beispiel dafür ist das tragbare Os­zilloskop R&S Scope Rider. Seine vier isolierten Eingangskanäle erlauben differenzielle Messungen mit Potenzial­unterschieden von bis zu 1000 V (RMS), ohne dass teure Differenztastköpfe benötig werden. Mit 500 MHz Bandreite eignet es sich gut für die Messung an modernen SiC- und GaN-Halbleitern. Außerdem ermöglicht der Batteriebetrieb mobile Einsätze. Im Gegensatz zu anderen Oszilloskopen mit isolierten Eingängen verfügt der R&S Scope Rider über Analysefähigkeiten, die denen eines Laboroszilloskops entsprechen. Dazu zählen ein schnelles Akquisitionssystem mit einer Erfassungsrate von bis zu 50.000 Signalformen pro Sekunde, flexible Trigger-Funktionen und viele automatische Messfunktionen.