Nepřitíží, nezkreslí, oddělí. Nové sondy staví na optickém vláknu

Co si budeme říkat, malé signály plovoucí na velkých napětích znamenají vždy určité komplikace a pracovat s nimi znamená také je měřit. Například s využitím nových vysokonapěťových osciloskopických sond HVFO s optickým oddělením (High Voltage Fiber Optically-isolated) od společnosti Teledyne LeCroy [1]. Vložit do cesty napěťového signálu kabel s optickým vláknem v délce jednoho nebo klidně i šesti metrů tak může rozhodnout o úspěchu nebo též nezdaru celého testování.

S malými signály v tom neplaveme

Jsou malé a „obklopené“ vysokým souhlasným napětím – prostor jako stvořený pro model HVFO103 na obr. 1. S galvanickým oddělením mezi špičkou sondy a vstupem osciloskopu to znamená též menší zátěž testovaného zařízení DUT a dále pak snížení nežádoucího rušení, zkreslení, překmitů a jiných přechodových jevů měřeného signálu. Svými výstupy sonda překonává možnosti jak tradičních nástrojů pro rozdílová měření na vyšším napětí, tak i celých systémů sběru dat stavějících na galvanickém oddělení mezi jednotlivými kanály nebo oproti zemi. K tomu všemu se ještě vyhneme případným rizikům provázejícím „plovoucí“ osciloskopy nebo investicím do speciální výbavy znamenající další kompromisy.

Architektura HVFO [2] přitom není složitá. Systém bude tvořen bateriově napájeným rozhraním zesilovače a modulátoru s laserovou diodou na straně vysílače, optickým kabelem s volitelnou délkou 1, 2 nebo 6 metrů, případně i více, a logicky též blokem demodulátoru na straně přijímače sloužícím k převodu zpět na elektrický signál s odpovídajícím rozsahem.

Článek typu Li-Ion dodá energii přibližně na šest hodin práce a poté musí být dobit standardní cestou přes rozhraní USB, jehož konektor zároveň poslouží k připojení flexibilně řešených měřicích vstupů s různými napěťovými rozsahy od ±1 V do ±40 V. Po zapojení okruhu tedy zdroj z bezpečnostních důvodů nedobijeme. Řešení je každopádně dostatečně malé na to, aby se s ním pohodlně pracovalo.

Průběhy jako malované

Jednou z ukázkových aplikací, ve kterých služeb takovéto sondy využijeme, mohou být napěťová měření na budičích hradla výkonových unipolárních tranzistorů. Klasická vysokonapěťová rozdílová sonda se svou citelnou kapacitou hrotu zapojená paralelně s myšlenými kapacitami tranzistoru CGE nebo CGS, resp. vysoká impedance a velká indukčnost smyčky v sérii s impedancí obvodů budiče hradla znamená přinejmenším zatížení signálu, v krajním případě ale může stát dokonce za špatnou funkcí celého zapojení, o případných interferencích při spínání mezi nižší a vyšší stranou napájení ani nemluvě – viz obr. 2.

S podobnými otázkami se rovněž setkáváme např. u senzorů. Jak vyplývá z obr. 3, nízká kapacita hrotu sond HVFO spolu s vysokou vstupní impedancí a především s uvážením opticky odděleného zesilovače znamenají, že nakonec změříme pouze malá napětí obvodu a systému tak, obecně vzato, přibližně stokrát odlehčíme. Pod věrnou reprodukci signálu s minimálním rušením, a to i v jinak náročném prostředí, se dále podepíše též vysoký činitel potlačení CMRR 140 dB (100 Hz), nízká indukčnost vzniklé smyčky nebo malý vlastní útlum. Počítat můžeme se šířkou pásma 60 MHz, přičemž rozsah souhlasného napětí výrobce stanovuje na ±35 kV.

Podrobněji se s možnostmi takového měření seznámíte na stránkách firmy Teledyne LeCroy [2], kde odkazujeme na přehledně zpracovanou kompletní nabídku sond včetně jejich příslušenství [3].