Osiloskoplarda akım ölçümüne yönelik en yaygın yaklaşım, akım transformatörleri, Rogowski bobinleri veya Hall effect kelepçeli problar kullanmaktır. Yüksek kaliteli manyetik problar, teknik özellikleri dahilinde kullanıldığında doğrudur. Ayrıca, devreyi kesmeyi gerektirmediklerinden, akım tellerde veya test döngülerinde aktığında da kullanışlıdırlar. Ancak, bazı içsel sınırlamaları vardır. Bu yazıda, şönt tabanlı akım ölçümleri yapmak için optimize edilmiş bir probun nitelikleri açıklanacak ve IsoVu Akım Şönt Probunun özellikle uygun olduğu iki uygulamaya göz atılacaktır.
Belirtildiği gibi, manyetik problar ölçüm yapmak için bir tel halkası gerektirir. Böyle bir halka fiziksel kısıtlamalar veya devre hassasiyeti nedeniyle mümkün olmayabilir. Manyetik malzemelerin doğası gereği, bant genişlikleri, üst düzey bir kelepçeli akım probu için bile yaklaşık 100 MHz ile sınırlıdır. Ve temassız bir probun devre performansını etkilemediğini varsaymak cazip gelse de, birçok mühendis, tam bant genişliğinde 1 Ω'a yakın olabilen manyetik bir probun yerleştirme empedansının beklenmedik etkisinden dolayı kafası karışmıştır.
Şekil 1. Osiloskop kelepçeli AC/DC akım probları, kablolar veya test döngüleri mevcut olduğunda, yerleştirme endüktansı tolere edilebilir olduğunda ve bant genişliği yaklaşık 100 MHz ile sınırlı olduğunda kullanışlıdır. Bunun ötesinde, mühendisler genellikle şönt dirençlere yönelir. Şönt probları bu amaç için tasarlanmıştır.
Bu sınırlamalar nedeniyle birçok mühendis hassas şönt dirençlere veya akım görüntüleme dirençlerine (CVR) yönelir. Şant boyunca düşüşü ölçmek için voltaj probları kullanılır ve akımı hesaplamak için Ohm Yasası kullanılır. Akım şöntü bir uçtan topraklandığında, ortak mod voltajı büyük bir sorun olmayacaktır. Ancak, şönt yüzer durumdayken yüksek ortak mod voltajları yaşayabilir. Prob, bu voltajlarla hasar görmeden başa çıkmak ve çıkıştan gelen ortak mod sinyalini reddetmek için tasarlanmalıdır.
Pasif problar ve diferansiyel problar, yüksek empedanslı yükleri araştırmak için tasarlanmıştır ve DUT'u yüklemekten kaçınmak için yüksek giriş empedanslarına sahiptir - diff problar için 100 kΩ ve çoğu pasif prob için 10 MΩ mertebesinde, ancak 1 MΩ veya 2 MΩ (TPP0502) mevcuttur. İdeal bir şönt direnci düşük empedanslı bir cihazdır. Şönt empedansı çok düşük olduğundan yüksek empedanslı bir proba gerek yoktur. Aslında, yüksek empedanslı bir probdan geçen herhangi bir gürültü akımı osiloskopta daha fazla gürültü voltajına neden olacaktır.
Yeni IsoVu İzole Akım Şönt Probları, yer üstünde yüzerken ve önemli ortak mod voltaj sinyallerine maruz kalırken bile, şönt dirençleri kullanarak akım ölçümleri yapmak için özel olarak optimize edilmiştir. İşte temel özellikler:
- Yüksek bant genişliği.Transformatör, Rogowski veya Hall effect akım problarının aksine, TICP akım probları yüksek performanslı şöntler veya CVR'ler (akım görüntüleme direnci) ile eşleştirildiğinde DC'den yüzlerce MHz'e kadar ölçümler sağlar. Uygulamanıza ve bütçenize uyması için 250 MHz, 500 MHz ve 1 GHz bant genişliklerine sahip üç model mevcuttur.
- Prob ucu ile kapsam arasındaki tam RF izolasyonu, toprak döngülerini ortadan kaldırır ve 1 MHz'de 90 dB'ye kadar olağanüstü ortak mod reddi (CMRR) sunarak ortak mod gürültüsünü önemli ölçüde azaltır.
- Düşük Gürültü ve Yüksek Ortak Mod Reddi. Özellikle güç devrelerinin yüzer bölümlerinde akım şöntlerinde düşük gürültü ölçümleri için özel olarak tasarlanmıştır.
- Düşük zayıflama ve düşük giriş empedansı (50 ohm), şöntler boyunca düşük voltajları (+/- 0,5 V) ölçerken gürültü katkısını 4,7 nV/√Hz'den (1 GHz'de <150 µV) daha aza indirecek şekilde tasarlanmıştır.
- Tüm uçlar ve aksesuarlar gürültüyü kontrol etmek için tasarlanmıştır.
- TekVPI™ arayüzü ile Tektronix 4,5,6 Serisi MSO kapsamlarına bağlanır ve prob ve prob uçlarını otomatik olarak algılar ve yapılandırır.
Yüksek doğruluklu akım ölçümleri, yeni nesil güç dönüştürücülerine ilişkin içgörü sağlar
Yüksek bant genişliği ve yüksek ortak mod reddi ile yeni IsoVu akım şönt probları, SiC ve GaN güç dönüştürücülerinde doğru akım ölçümleri sağlar.
Şekil 2. Yarım köprü güç dönüştürücüsünün yüksek tarafında çift darbe testi için seri direnç kullanıldığında, bir IsoVu İzole Akım Şönt Probu yüksek ortak mod gerilim derecesi ve yüksek ortak mod reddi ile doğru ölçümler sağlar.
Hızlı anahtarlamalı FET'ler için bant genişliği
SiC FET'lerin drenaj akımının yükselme ve düşme süreleri 10 ns mertebesindedir. Bunu birinci dereceden bir düşüş kullanarak bant genişliğine çevirirsek, kenardaki bant genişliği 0,35/10 ns = 35 MHz'dir. Kenardaki herhangi bir çınlamayı veya bozulmayı doğru bir şekilde ölçmek için, ölçüm sistemi bant genişliği bundan önemli ölçüde daha büyük olmalıdır. Bu nedenle, şönt direnç, prob ve osiloskop kombinasyonu 200 MHz veya daha fazla bir bant genişliğine sahip olmalıdır. Akım trafoları (ör. Pearson CT'leri), Rogowski bobinleri veya Hall effect probları gibi geleneksel akım ölçüm teknikleri yaklaşık 100 MHz ile sınırlıdır. Bu yaygın akım problarını kullanmak, yüksek frekanslı bileşenleri görme yeteneğini ciddi şekilde sınırlar.
TICP probları, 1 GHz'e kadar bant genişliğiyle geniş bant aralığına sahip anahtarlama cihazlarının hızlı yükselme sürelerini doğru bir şekilde görmeniz için ihtiyaç duyduğunuz bant genişliğini sağlar.
Şekil 3. Yarım köprü güç dönüştürücüsünde çift darbe testi. Üstteki (mavi) dalga formu VDS ’yi gösterir. Sarı dalga formu, bir IsoVu İzole Akım Probu ile ölçülen hızlı yükselen drenaj akımını ve çınlamayı açıkça gösterir. Mor dalga formu, yük indüktör akımını gösterir. En alttaki (kırmızı) dalga formu, bir IsoVu İzole Voltaj Probu ile ölçülen kapı voltajını gösterir.
Yüksek Taraf Akım Ölçümleri
Bir SiC güç dönüştürücüsünün yüksek tarafındaki şönt direnci, kabaca toprak ve VDD arasında geçiş yapan hızlı değişen ortak mod voltajlarına tabi tutulur.
TICP probları, SiC güç dönüştürücülerinde kullanılan yüzer şöntler ve CVR'lerde akım ölçümleri için ideal hale getiren yüksek CMRR'ye sahiptir. TICP probları, çığır açan IsoVu TIVP İzole voltaj problarını tamamlar ve akım ölçümleri için benzer bir izolasyon atılımını temsil eder. Tam RF izolasyonu, toprak döngülerini ortadan kaldırır ve 1x Tip kullanıldığında 1 MHz'de 90 dB ve 250 MHz'de 70 dB ortak mod reddetme oranı sağlamaya yardımcı olur.
Maksimum Ortak Mod Voltajı ve Güvenlik Derecelendirmeleri
Yalıtım ve güvenlik derecelendirmeleri, bu yeni probları güç dönüştürücülerindeki yüksek voltajlarda yüzen şönt dirençler ve CVR'lerde kullanım için uygun hale getirir. TICP Serisi problar, Kirlilik Derecesi 1 ortamlarında maksimum ortak mod voltajı 1,8 kV olan ve maksimum geçiş seviyesi 5 kVPeak'i aşmayan 1000 V CAT II uygulamaları için derecelendirilmiştir.
Düşük Güç Sistemlerinde Yüksek Doğrulukta Akım Ölçümleri: Nanosaniye Ölçeğinde Akım Çekimini Ölçün
Pil ile çalışan tasarımlardan çalışma süresinin son dakikasını bile çıkarmak için çalışan mühendisler için yeni IsoVu Akım Probları, nanosaniye aralıklarında düşük seviyeli, dinamik akımları ölçmelerini sağlar. Bu, IoT ve mobil cihazların güç yönetimine benzersiz bir görünürlük sağlayabilir.
Şekil 4. Bir mikrodenetleyicinin 3.3 V güç rayındaki bir seri direnç üzerinden ölçüm yapan IsoVu Akım Probu, işlemcinin farklı işlemler sırasında ve uyku modunda ne kadar akım çektiğini gösterir.
Dinamik Akım Ölçümleri için Bant Genişliği
TICP probları, durum geçişlerini ve belirli sistem aktiviteleri ve uyku durumundan aktif durumlara geçişler sırasında akım tüketimini görmek için gereken bant genişliğine ve dinamik aralığa sahiptir. Ayrıca, TICP probunun ortak mod voltaj derecesi, daha yüksek voltajlı güç raylarında ölçüm yapmak için çoğu diferansiyel probdan daha yüksektir.
Düşük Akımları Doğru Şekilde Görüntülemek İçin Düşük Gürültü ve İzolasyon
TICP probları, şöntlerle düşük akımları doğru bir şekilde ölçmek için kritik olan gürültüyü sınırlar. 4,7 nV/√Hz'lik bir gürültü özelliği için düşük uç yüklemesi ve düşük giriş empedansı sağlarlar ve 20 MHz'de 21 µV'dan düşük veya 1 GHz'de 150 µV'dan düşük gürültü seviyelerine sahip doğru sinyalleri yakalamanızı sağlar. Bu düşük gürültü katkısı, bu IsoVu Akım Problarını 6 Serisi B MSO gibi düşük gürültülü osiloskoplar için iyi bir arkadaş yapar.
Bağlantı Sorunlarını En Aza İndirin
Hepimiz DUT'unuzdaki sinyallere erişmenin zor olabileceğini biliyoruz. Yeni IsoVu Akım Probları için Tek'in tasarımcıları cihazınıza pozitif, düşük gürültülü bağlantılar sağlamak için çok çalıştılar.
Şekil 5. IsoVu Akım ve Gerilim Probları, test edilen cihazlara yüksek bant genişliğine sahip, korumalı bağlantı sağlamak için MMCX konnektörlerini kullanır.
DUT'unuza Düşük Gürültülü Bağlantı
Mühendislerin hem ticari hem de özel şönt rezistör yapılandırmalarına yüksek bütünlüklü bağlantılar yapmalarına yardımcı olmak için, prob uçları esnektir ve bağlantılardaki gerginliği azaltmak için kolayca bükülebilir. Ekranlı, yüksek bant genişliğine sahip MMCX konektörlerinde sonlanırlar. MMCX konektörleri yaygın olarak mevcut olduğundan, SMA veya BNC konektörlerine adaptörler raflardan temin edilebilir. Standart sette ayrıca, yerleşik şöntlere ve test noktalarına bağlantı için MMCX'ten 25 mil kare pimlere adaptörlerle birlikte bir SMA ucu da bulunur. Set, probu yerinde sıkıca tutmak ve test sırasında probu rahatça konumlandırmak için bir iki ayaklı ve üç ayaklı adaptör içerir.
4, 5 ve 6 Serisi MSO osiloskoplarıyla kusursuz entegrasyon
Bu problar, prob ve osiloskop arasında çift yönlü iletişime izin veren akıllı TekVPITM prob arayüzü ile 4, 5 veya 6 Serisi MSO osiloskoplarla arayüz oluşturur. Arayüz, probu ve ucu otomatik olarak algılar ve kapsama zayıflama ve giriş empedansı gibi temel ayarları uygulamasını söyler. Prob ayarları, osiloskoptan, ön panelden veya programlama komutları aracılığıyla ayarlanabilir ve bu sayede manuel müdahale olmadan testin otomatikleştirilmesi mümkün olur.
Yeni IsoVu Akım Şönt Probu, akım transformatörlerinin, Rogowski bobinlerinin veya Hall effect kelepçeli probların sınırlamalarını aşar. Akım ölçümüne yönelik bu daha geleneksel yaklaşımlar birçok avantaj sunarken, IsoVu Akım Probunu hassas şönt dirençler veya CVR'lerle birleştirmek daha yüksek bant genişliği, daha düşük gürültü ölçümleri sağlar. Bu, SiC ve GaN güç dönüştürücülerinde hızlı, yüksek akım adımlarını ölçmesi gereken tasarımcılar ve pille çalışan gömülü sistemlerde dinamik akım tüketimini ölçmesi gerekenler için de aynı derecede hoş bir haberdir.