Moderne Oszilloskop-Analysesoftware unterstützt Ingenieure bei schnelleren und reproduzierbareren Messungen. Das neue MSO Series 4 B ist ein solches Oszilloskop, das kürzlich mit einem leistungsstärkeren Prozessorsystem auf den Markt gebracht wurde, um die Analyse für Entwickler von Leistungswandlern zu beschleunigen – und das zu einem für viele professionelle Entwickler erschwinglichen Preis.
Einige Tischoszilloskope, wie das MSO Series 4 B, können mit drei Differenzspannungstastköpfen, drei Stromtastköpfen und Analysesoftware zur Messung der Ausgangssignale von industriellen Motorsteuerungen ausgestattet werden.
Leistungsmessungen in AC/DC- und DC/DC-Wandlern:
Leistungsmess- und Analysepakete erleichtern Messungen in AC/DC- und DC/DC-Wandlern – von den Eingangsstufen über Schaltkreise und Regelkreise bis hin zu den Ausgangsstufen. Die Option „Erweiterte Leistungsmessung und -analyse“ (4-PWR) ist ein solches Paket. Die Software automatisiert die Einrichtung wichtiger Leistungsmessungen, darunter Wechselstrom-Eingangsmessungen für Frequenz, Effektivwert von Spannung und Strom, Crestfaktor (Spannung und Strom), Wirk-, Blind- und Scheinleistung, Leistungsfaktor und Phase. Messungen von Schalt- und magnetischen Verlusten helfen Ingenieuren, schrittweise Änderungen vorzunehmen und so mit den neuesten Breitband-Leistungshalbleitern minimale Verbesserungen zu erzielen. Zudem ermöglicht die Software die Messung des sicheren Arbeitsbereichs (SoA) von Schaltelementen direkt im Schaltkreis. Bode-Diagramme können zur Bewertung der Stabilität von Stromversorgungsregelkreisen verwendet werden. Der schnellste Prozessor der neuen Version der Serie 4 B beschleunigt die Berechnungen, die diesen Messungen zugrunde liegen, und sorgt so für eine höhere Aktualisierungsrate.
Die Software zur Leistungsmessung und -analyse berechnet automatisch die Schaltverluste in Stromrichtern. Die rote Linie stellt VDS und die grüne Linie ID dar. Die Software konfiguriert die orange Linie, welche den Leistungsverlust während des Schaltvorgangs anzeigt.
Messungen unterstützen den Übergang zu Breitbandbauelementen.
Der Übergang von Silizium zu Siliziumkarbid (SiC)- und Galliumnitrid (GaN)-Schaltbauelementen hat die Anforderungen an Messsysteme weiter erhöht. Für diese Bauelemente erfordert eine präzise Schaltbewertung eine deutlich größere Messbandbreite, um die schnelleren Ansprechzeiten zu ermöglichen. Bis vor Kurzem waren Schaltmessungen auf der Hochspannungsseite von Halbbrücken-Schaltstufen nahezu unmöglich. Messungen relativ zum Schaltknoten wurden durch die hohen Gleichtaktspannungen, die das Differenzsignal beeinflussten, verzerrt. Eine relativ neue Klasse von Tastköpfen nutzt optische Isolation, um eine Gleichtaktunterdrückung von 80 dB bei 1 GHz und höher bei niedrigeren Frequenzen zu erreichen. Die MSO-Serie 4 B ist mit optisch isolierten IsoVu-Tastköpfen kompatibel und kann daher Schaltsignale von 100 V/ns oder schneller messen.
Spezielle Analysesoftware für Doppelpulstests ist ebenfalls verfügbar, um Entwickler beim Übergang zur Breitbandgap-Schalttechnologie zu unterstützen. Die Rechenleistung des Instruments wird genutzt, um Konfigurationen, Messungen und Berechnungen zu automatisieren, die Entwicklern helfen, die Schalt- und Durchlasswiderstandsparameter zu messen, die für die Unterstützung der Leistungsauslegung, der Timing- und Sperrverzögerungseigenschaften der Dioden von entscheidender Bedeutung sind.
Doppelpulstests werden häufig eingesetzt, um die Leistung von FETs und IGBTs in Schaltungen unter Bedingungen zu bewerten, die dem Volllastbetrieb nahekommen oder darüber hinausgehen.
Dreiphasen-Leistungsanalyse und Motorsteuerungen:
Entwickler von Steuerungen und Wechselrichtern stehen vor ähnlichen Herausforderungen. Die meisten modernen Motorsteuerungssysteme nutzen Pulsweitenmodulation (PWM) zur Frequenz- und damit Drehzahlregelung eines Motors. Die Pulsweitenmodulation erschwert stabile Messungen dieser Signale. Die manuelle Bestimmung der korrekten Kombination aus Filtern und Triggern für stabile Signalformen ist zwar anspruchsvoll, aber Voraussetzung für konsistente Messungen.
Häufig verfügen die Steuerungen über Dreiphasenausgänge, was die Anschlüsse und Konfigurationen verkomplizieren kann. Die Verdrahtungskonfiguration bestimmt die Berechnungen der Leistungsanalyse. Daher ist es wichtig, die korrekte Verdrahtungskonfiguration zu verstehen und auszuwählen, um die erwarteten Ergebnisse zu erzielen. Diese Konfigurationen gelten sowohl für die Eingänge als auch für die Ausgänge der Motorsteuerungen. Unsachgemäße Messungen am Motorsteuerungssystem und mangelhafte Verbindungen sind häufige Fehlerursachen.
Neben der Messung des Steuerungsausgangs sind Messungen auch wichtig für die Bewertung der Leistung der Eingangsstufen der Steuerung, z. B. hinsichtlich Oberschwingungen, Leistung und Leistungsfaktor. Zwar lassen sich Rohsignalverläufe in Tabellenkalkulationsprogramme oder andere Analyseanwendungen exportieren, doch ist dieser Prozess zeitaufwändig und erfordert sorgfältige Berechnungen.
Daher benötigt eine aussagekräftige Darstellung eines Motorsteuerungssystems mit einem Oszilloskop eine präzise Konfiguration, stabile Signalverläufe und robuste Messalgorithmen, die von speziell dafür entwickelter Anwendungssoftware bereitgestellt werden. Die verbesserte Leistung der 4B-Serie macht sie ideal für dreiphasige Messungen von Stromversorgungssystemen und Motorsteuerungssystemen, die bisher nur mit High-End-Oszilloskopen möglich waren.
Dreiphasenanalyse-Software kann dabei helfen, stabile Messwerte an den PWM-Ausgängen von Motorsteuerungen zu erhalten. Das Zeigerdiagramm zeigt schnell die relative Phase und Amplitude der drei Spannungen und Ströme an.
Messung
von Drehstromsystemen mit 6 Kanälen: Motorsteuerungen und Wechselrichter arbeiten typischerweise mit einem 3-Leiter-System, d. h. ohne Neutralleiter oder mit einem symmetrischen System ohne Neutralleiterstrom. Die Leistung solcher Systeme lässt sich mit nur 2 Spannungs- und 2 Stromkanälen eines Oszilloskops präzise messen, indem man die „Zwei-Wattmeter-Methode“ anwendet. Diese Methode erfordert zwei Spannungs- und zwei Stromkanäle, wobei die Spannungskanäle phasengleich geschaltet werden und eine Phase als Referenz dient. Dies ist mit einem 4-Kanal-Oszilloskop möglich.
Die Eingänge von industriellen Frequenzumrichtern (FU) verwenden jedoch häufiger ein 4-Leiter-System mit Neutralleiter. In diesem Fall sind drei Wattmeter erforderlich. Die Drei-Wattmeter-Konfiguration benötigt sechs Oszilloskopkanäle: drei für Spannungen und drei für Ströme. Obwohl einige Oszilloskope 8 Eingangskanäle bieten, ist das MSO Series 4 B eines der wenigen professionellen Oszilloskope mit 6 analogen Eingängen.
Wir heben die Testautomatisierung auf ein neues Niveau.
Wie alle Tektronix-Geräte ist auch die MSO Serie 4 B mit branchenüblichen Befehlsschnittstellen und Kommunikationsbussen wie USB und Ethernet ausgestattet. Sie umfasst außerdem Hochgeschwindigkeits-APIs, Tools und Software zur Optimierung der Testentwicklungszeit und -ausführung. Um die Gerätesteuerung zu vereinfachen, bietet Tektronix Zugriff auf native Gerätetreiber, die Gerätebefehle in vertraute Konstrukte einer gewählten Programmiersprache übersetzen. Anwender können zwischen Python, LabVIEW®, CVI, MATLAB, C, C#, .NET und nahezu jeder anderen Sprache wählen und auf kostenlose Tutorials, Skripte, Beispiele und Videos zugreifen sowie unsere Programmierhandbücher nutzen, um ihr Wissen zu vertiefen.
Zusammenfassend lässt sich sagen
, dass Werkzeuge für Leistungswandlermessungen, Doppelpulstests, Präzisionssonden und Dreiphasenmessungen Entwicklern helfen, schnelle und reproduzierbare Messungen durchzuführen und ihre Projekte schneller auf den Markt zu bringen. Die gesteigerte Rechenleistung professioneller Oszilloskope wie der MSO Serie 4 B bringt die Leistungsfähigkeit von High-End-Oszilloskopen direkt an den Arbeitsplatz des Ingenieurs und beschleunigt so den Entwicklungsprozess weiter und verbessert die Benutzerfreundlichkeit.
Über den Autor:
Andrea Vinci ist Senior Technical Marketing Manager bei Tektronix. Er hat einen Master-Abschluss in Elektronik von der Universität Padua. Vor seiner Tätigkeit im Marketing arbeitete er als HF-Designer, Testmanager, Applikationsingenieur und später im Vertrieb als Business Developer in der EMEA-Region. Seine Expertise umfasst Testlösungen für Halbleiter, Leistungselektronik und Energiespeicheranwendungen.
