使用通用示波器進行高壓測量并不復雜或深奧，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電源、電機控制器、配電系統等非常重要。本應用說明討論了泰克TDS220數字實時示波器和配套的P5100高壓探頭，并解釋了它們在Robicon電機驅動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DSO正常范圍的任何電壓。對于TDS220，使用標準P6112探頭時，最大輸入電壓為300 V有效值或424 VDC+峰值AC。

大多數測量要求觀察信號完全定位在示波器分劃的八個垂直區域內。超過這一水平的信號必須衰減，以適應分劃區域。P5100高壓無源探頭是該任務的理想解決方案。它的100X衰減將TDS 220的有效射程提高到2500V.該P5100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認證，電壓最高可達2500V(直流+交流峰值)。P5100的高帶寬(高達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固的物理結構。其特殊的可伸縮鉤尖可在直徑達6.5mm的測試點上提供正連接。

被測單元

Robicon,Inc.是空調系統、油田泵送設備等大功率交流電機的傳統和諧波驅動器的領先制造商。一個系統可以由許多模塊化的功率單元組成。每一個都必須通過嚴格的制造質量測試，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，該電路板上的數字IC由來自系統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電平的轉換由本地調節器處理。圖1描述了體系結構。

穩壓器中高壓二極管的完整性是至關重要的。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接通時的瞬時電壓和浪涌電流。在加電期間，當電源電容器充電時，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。負向尖峰是由電容器的充電電流的大量啟動負載引起的。

圖1,Robicon細胞結構的簡化圖

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。請注意，一旦從示波器的菜單中選擇了探頭類型，它就會相應地調整其讀數。因此，作用域的1V/Div設置變為100V/Div。游標也能識別縮放。典型的制造測試將光標設置在規格的限值上(TDS220存儲這樣的設置，以便即時調用)。如果波形落在游標之間，則UUT通過測試。如果需要量化讀數，操作員可以將光標與波形峰值對齊，并對光標之間的測量電壓進行“Delta”讀數。結果顯示在波形窗口的右側。

關于浮動測量的幾句話

許多電源電路沒有為無源探頭接地引線提供適當的接地點。例如，當上述電路被安裝到諸如Robicon的Perfect Harmony電機驅動系統中時，二極管的陰極被連接到一個公共點，而不是接地點。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。

這個問題有兩個安全的解決方案。線路供電的示波器可以配備一個隔離差動探頭，如泰克P5200高壓差動探頭，兩條導線都不固定在大地上。探頭測量兩個端子之間的電壓差，忽略兩個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，兩個探頭的導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