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Messungen an Leistungshalbleitern

Das bringen isolierte Eingänge

20. Februar 2018, 13:01 Uhr | Von Dr. Markus Herdin, Rohde & Schwarz

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Richtige Kontaktierung ist essenziell

Für qualitativ hochwertige Messungen an Leistungselektronik sind nicht nur das richtige Messgerät und der richtige Tastkopf notwendig, sondern es muss auch ein besonderes Augenmerk auf die richtige Kontaktierung gelegt werden. Für eine Messung mit einem Oszilloskop mit isolierten Eingangskanälen bieten sich passive Tastköpfe an. Entscheidend dabei ist eine möglichst kurze Kontaktierung der Signal- und Masseverbindung, um Überschwingen (Ringing) zu minimieren und eine möglichst große Gleichtaktunterdrückung zu erreichen.

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Grundsätzlich eignen sich Massefedern als optimale Kontaktierung mit einem passiven Tastkopf. Sollen allerdings berührungsgefährliche Spannungen gemessen werden, müssen aus Sicherheitsgründen vorgefertigte Kontaktpunkte existieren. Üblicherweise werden kleine Leiterschleifen an den Kontaktpunkten angelötet und die passiven Tastköpfe dort eingefädelt (Bild 1). Falls möglich, kann alternativ auch ein BNC-Stecker dort angebracht werden. Dann können BNC-Aufsätze für den Tastkopf verwendet werden, um eine möglichst gute Verbindung herzustellen.

Während man differenzielle Tastköpfe beliebig an die Schaltung anschließen kann, ist es für die Messungen mit isolierten Eingangskanälen entscheidend, an welcher Stelle der Signalleiter und an welcher die Masse angeschlossen wird. Der unsymmetrische Aufbau von isolierten Eingangsstufen bewirkt eine deutlich geringere Kapazität zwischen Signalpfad und Erdpotenzial als zwischen Massepfad und Erdpotenzial. Für ein gutes Messergebnis sollte aus diesem Grund der Signalpfad am geschalteten Messpunkt angeschlossen werden (Bild 2).

Entscheidende Parameter

Wandler für elektrische Antriebe arbeiten typischerweise mit Taktfrequenzen im Bereich von 10 kHz bis 100 kHz. Entscheidend für eine sichere Messung an diesen Wandlern ist nicht nur die Maximalspannung des Messsystems, sondern auch das sogenannte »Derating« über die Frequenz (Bild 3). Mit zunehmender Frequenz verringert sich die maximal erlaubte Spannung am Messeingang oder zwischen Massepotenzial des Messsystems und Erdpotenzial. Wird diese überschritten, kann es zu einer Gefährdung für den Anwender kommen. Der R&S Scope Rider erlaubt eine Messung mit voller Signalamplitude bis zu 100 kHz und ist somit für diese Anwendung gut geeignet.

Ist das Testobjekt zusätzlich an die elektrische Installation angeschlossen, muss auch die Messkategorie beachtet werden. Abhängig davon, an welcher Stelle der elektrischen Installation das Testobjekt angeschlossen ist, muss das Messsystem unterschiedlich große Spannungsspitzen am Eingangskanal erlauben, ohne die Sicherheit des Anwenders durch Überschläge oder Kurzschlüsse zu gefährden (Bild 4). Je näher man sich am Hausanschluss der elektrischen Installation befindet, umso größere Spannungsspitzen können auftreten und entsprechend größer ist die geforderte Überspannungsfestigkeit. Mit einem isolierten Oszilloskop der Kategorie 4 (CAT IV Rating) ist man auf der sicheren Seite. Beim R&S Scope Rider bedeutet das eine Überspannungsfestigkeit bis 8.000 V und damit eine Eignung für 600 V (RMS) in einer CAT-IV-Umgebung oder 1000 V (RMS) in einer CAT-III-Umgebung.