Anwendungsbeispiel einer optisch isolierten Sonde bei der Doppelimpulsprüfung von Motorsteuergeräten für neue Energiefahrzeuge
Fall Einführung
Mit Hilfe von Doppelpulstests können Ingenieure die wichtigsten Leistungsparameter von Leistungsbauteilen in Motorsteuerungen genau bewerten, z. B. Schaltgeschwindigkeit, Schaltverluste, Spannungsverhalten und Stromcharakteristik. Diese Erkenntnisse sind wichtig, um das Design von Reglern zu optimieren und die Effizienz des Gesamtsystems zu verbessern.
Die Messung der oberen Schalter-Gate-Source-Spannung (Vgs) während eines Doppelpulstests stellt jedoch eine große technische Herausforderung dar. Das Messsystem muss nicht nur eine große Bandbreite bieten, um schnelle Schaltvorgänge zu erfassen, sondern auch eine außergewöhnlich hohe Gleichtaktunterdrückung aufweisen, um Störungen zu unterdrücken, die während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs entstehen.
Testbeispiel
Zu prüfendes Gerät:
Kernsteuerplatine eines Motorsteuergeräts für ein neues Energiefahrzeug
Prüfpunkte:
Oberer Schalter Vgs und oberer Schalter Vds in der Brückenschaltung des Motorsteuergeräts
Kundenherausforderung:
Als früher herkömmliche Differenzialsonden zur Messung der oberen Schalter-Vgs verwendet wurden, traten starke Signalschwankungen auf. Diese Verzerrungen machten es extrem schwierig, die Signalformen genau zu analysieren oder die Ursache von Schaltkreisproblemen zu ermitteln.
Testgelände
Der Testaufbau vor Ort umfasste das hochauflösende Oszilloskop von Micsig (MHO3 Serie - MHO3-5004), einen optisch isolierten Tastkopf (MOIP Serie - MOIP1000P), einen Hochspannungs-Differenzialtastkopf (DP1502) und das zu prüfende Gerät.
Während des Doppelpulstests wurde die optische Isolationssonde verwendet, um den oberen Schalter Vgs zu messen. Dieser Teil der Motorsteuerung ist das Kernstück des Schaltmoduls und arbeitet mit extrem hohen Geschwindigkeiten, oft im Nanosekundenbereich. Unter solchen Bedingungen entstehen aufgrund der schnellen Spannungs- und Stromübergänge starke elektromagnetische Störungen (EMI).
Das hohe Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) der optischen Isolationssonde unterdrückt diese Störungen effektiv, so dass die wahren Wellenformeigenschaften sichtbar werden. Selbst in Umgebungen mit starken EMI liefert die Sonde saubere, stabile Spannungssignale.
Im Vergleich dazu sind die Störungen, die auf den unteren Schalter einwirken, relativ schwächer, so dass Differenzialsonden die Messanforderungen in diesem Teil der Schaltung erfüllen können. Derzeit werden für die meisten Doppelpulstests Differenzialsonden mit einer Bandbreite von etwa 200 MHz und einer Isolierung von 1500 V verwendet.
Da die Chip-Pins von Leistungsbauelementen oft sehr dünn sind, sind herkömmliche kontaktbasierte Strommessverfahren möglicherweise nicht geeignet. Deshalb wird eine Rogowski-Spule für die Messung des unteren Schalterabflussstroms (Id) empfohlen. Als berührungslose Strommesslösung ermöglicht die Rogowski-Spule eine genaue Stromerfassung, ohne die empfindlichen Gerätepins zu belasten oder zu beschädigen, und vereinfacht gleichzeitig den Testaufbau.
Die tatsächlich gemessenen Wellenformen sind unten abgebildet: Die optische Isolationssonde misst den oberen Schalter Vgs, die Differenzsonde erfasst den unteren Schalter Vds und Vgs, und die Rogowski-Spule RCP1200XS von Micsig wird für die Messung des unteren Schalters Id empfohlen.
Kundenfeedback
Bei früheren Doppelpulstests wies das obere Schalter-Vgs-Signal erhebliche Gleichtaktstörungen auf. Aufgrund der begrenzten Kenntnisse über die CMRR-Leistung von Differenzialtastern wurden die anfänglichen Testergebnisse nicht in Frage gestellt. Man nahm an, dass die beobachteten Schwingungen vom Systemdesign selbst herrührten, was zu wiederholten Schaltungsänderungen und Validierungsbemühungen führte - doch das Problem blieb ungelöst.
Nach der Umstellung auf die optisch isolierte Sonde von Micsig verbesserte sich die Messqualität dramatisch. Die Sonde wies selbst im Hochfrequenzbereich eine hohe CMRR auf, und die zuvor beobachteten Schwingungen in der Wellenform verschwanden. Die erfassten Signale stimmten genau mit den theoretischen Erwartungen und den Simulationsergebnissen überein und bestätigten das tatsächliche Verhalten der Schaltung.
Über Micsig Shenzhen Micsig Technology Co., Ltd.
ist ein führender Hersteller und Lösungsanbieter, der sich auf Signalprüf- und Messgeräte spezialisiert hat. Als anerkanntes nationales Hightech-Unternehmen und innovationsorientiertes Unternehmen widmet sich Micsig der Weiterentwicklung modernster Messtechnologien. Mit einem starken Fokus auf Oszilloskope und Oszilloskop-Tastköpfe ist Micsig stets an der Spitze der Brancheninnovation geblieben. Das Unternehmen gilt als Pionier im Bereich der Flachbild-Oszilloskope und als Marktführer in der Technologie der optischen Isolationstaster. Geleitet von Professionalität und einer klaren Mission, verschiebt Micsig kontinuierlich die technischen Grenzen, um Ingenieuren und Unternehmen zu mehr Effizienz und Leistung zu verhelfen. Jede Innovation spiegelt das Engagement wider, neue Möglichkeiten zu erforschen und zukünftige Trends in der elektronischen Messtechnik mitzugestalten
Fazit
Die optische Isolationssonde MOIP1000P von Micsig bietet ein extrem hohes Gleichtaktunterdrückungsverhältnis von bis zu 180 dB und eine CMRR von mehr als 100 dB bei 1 GHz Bandbreite. Diese herausragende Leistung ermöglicht eine äußerst genaue und zuverlässige Prüfung und Validierung von Schaltungen, die mit SiC- und GaN-Leistungsbauelementen aufgebaut sind.
Durch die genaue Erfassung der realen oberen Spannungswellenform des Schalters Vgs können Ingenieure sicher beurteilen, ob Motorsteuerungsdesigns die Leistungsanforderungen erfüllen und sowohl hohe Effizienz als auch langfristige Zuverlässigkeit in neuen Energiefahrzeuganwendungen gewährleisten.
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