泰克TPS2000系列示波器采用隔离通道(IsolatedChanneltm)技术,提供了四条隔离通道、全功能、电池操作的示波器。该仪器提供了高达200 MHz的带宽和2 GS/s的实时取样速率、一个隔离外部触发器和8小时连续电池操作能力。TPS2000系列示波器用途广泛,使得工程师和技术人员能够在实验室或现场迅速、精确、经济地进行浮动测量和差分测量。
---处理较高电压和电流的工程师和技术人员通常需要进行“浮动”测量,即两个测量点都没有位于接地电位上。“浮动”测量也称为差分测量,是在都具有“活动”电压的两个测试点上采集信号。事实上,“信号公共线”可能会从接地提升到几百伏电压。
---许多差分测量要求抑制高共模信号 - 这些信号存在于电路的两个点上,它们参考接地,幅度、频率和相位完全相同,用来评估小的差分信号。不想要的接地电流还会增加讨厌的干扰和接地环路。
---传统解决方案通常缺少当前电力工程师和技术人员需要的通用性、精度或经济性。用户经常要借助具有潜在危险的测量技术,来克服这些问题。
---幸运的是,市场上已经出现了新的工具,泰克TPS2000系列示波器提供了四条隔离通道、电池操作能力及先进的功率测量功能。这些通用仪器在设计时考虑到安全性,使工程师和技术人员能够迅速、精确、经济地进行多通道隔离测量。结果,大大改善了功率控制电路的检定和调试,如马达控制器、不间断电源和工用设备。
传统方法
---传统示波器只限于进行参考接地测量。这是因为大多数示波器的“信号公共线”端子连接到保护接地系统上,通常称为“大地接地”或简称为“接地”。
---用户一般会使用保护接地系统,因此增加到示波器或从示波器驱动的所有信号都具有公共的连接点。这个公共连接点通常是示波器机箱,并通过AC供电设备电源线中的第三条线接地,来保持0V(或接近0V)的电压。这也意味着除了少数例外情况,必须相对于接地进行所有测量。这就限制了示波器及其测量都没有接地的两点之间电势差的能力。
---传统示波器把重点放在性能(带宽和通用性)上,但缺乏简便进行浮动测量的能力。长期以来,人们一直通过故意使传统示波器及其他测量仪器的内置安全接地功能失效,来进行浮动测量。这种做法很不安全,应该予以避免。
---浮动参考接地的示波器不仅危险,测量结果通常也不准确。这种潜在的不准确性源于示波器机箱的总电容直接连接到连接“地线”的被测电路上。
“A-B”差分测量
---使用传统示波器和无源电压探头进行差分测量,通过在示波器的一条通道上测量“正的”测试点,在第二条通道上测量“负的”测试点,然后从第一个波形中减去第二个波形,这通常称为“A-B”差分测量。
---这种技术的优势在于,几乎可以使用任何示波器和标准探头简便地完成测量。只要示波器正确接地,电压位于示波器和探头的额定范围内,那么这种做法就是安全的。
---但是,这很少是最佳选择。首先,每项差分测量要使用两条示波器通道。第二,测量精度依赖探头之间和示波器通道之间的严格定时和幅度匹配。第三,探头电容加载的信号可能要超出其他技术的处理能力。第四,共模抑制性能在高频时一般会劣化。
差分探头
---在探测中,差分探头或隔离探头为调整接地示波器进行差分测量提供了一种安全可靠的方式。两个探头触点都不需要接地,整体探头系统与示波器的机箱接地隔开。
---差分探头为被测设备 (device-under-test, DUT)提供了平衡阻抗负荷。但是,它们也给测量仪器增加了一层成本和复杂性。它们可能要求独立电源,在每次测量中必须考虑其增益和偏置特点。
---配有差分探头的示波器把重点放在性能和安全(带宽、隔离)上,但缺乏体积方面的优势,不便于携带,且成本较高。
新型方法
---目前使用的宽带宽示波器系统中最常用的隔离方法是一种双通路方法,其中输入信号被分成两个信号：低频和高频。这种方法要求每条输入通道使用昂贵的光学耦合器和宽带线性变压器。
---目前,泰克推出了TPS2000系列新型便携示波器,采用隔离通道(IsolatedChanneltm)技术,克服了两通路方法的弊端。IsolatedChanneltm技术在低成本、全功能、电池操作的示波器中提供了四条隔离通道,但是这四条隔离通道却共用一个宽带信号(从DC到示波器带宽) 通路,从而降低了仪器的成本。新型隔离通道示波器为需要进行多通道浮动测量的工程师和技术人员提供了理想的解决方案。
---这些示波器采用新型结构,为“正”和“负”参考引线提供了真正的、完全的通道间隔离能力,包括外部触发输入。图2是IsolatedChanneltm概念背后的结构设计示意图。
---各种功率控制电路和工用设备提出了最苛刻的浮动测量要求。在这些应用中,电压和电流可能会足够大,足以给使用者和测试设备造成威胁。
---在存在大的共模信号时,带有四条隔离通道的示波器提供了理想的解决方案。真正的通道之间隔离功能最大限度地降低了寄生效应;测量系统的质量越小,越不容易与环境交互。正确隔离的电池供电的仪器本身不需要接地,只要它在自己的技术规范范围内操作即可。每个探头都有“负参考”引线,这条引线与仪器的机箱隔离,而不是采用固定的地线。此外,每条输入通道的“负参考”引线与所有其他通道的引线隔离。这就最有效地保证了防止危险的短路。
---不管是使用电池供电还是使用AC供电,由于这些仪器的输入一直浮动,它们并没有传统示波器的同样限制。它们使得工程师和技术人员能够在各种应用使用的各种设置下,迅速精确地进行测量,其中两个主要实例是测试功率控制电路和测量系统谐波。
功率控制电路测量
---功率控制技术采用高功率硅器件和低功率逻辑电路。大多数功率控制电路核心的开关晶体管要求不参考接地的测量。此外,功率电路可以有不同于逻辑电路的接地点(因此有不同的接地电平),但通常必须同时测量两个电路。
---除明显的安全优势外,支持通道之间隔离的示波器提供了实际环境测量优势。通过每条通道相互隔开(包括负参考引线),可以最大限度地降低信号之间的串扰。如果没有足够的通道隔离能力,大信号通常会产生假信号,失真及错误表示其他较小的波形。采用隔离通道的示波器能够分别捕获两个幅度差别很大的波形,减少了猜测工作,改善了生产效率。
谐波测量
---理解电网内的谐波对安全经济地使用电力至关重要。在大多数类型的电子设备日益转向非线性电源线路谐波时,线路谐波正成为越来越明显的问题。非线性负荷如开关电源,一般会吸收非正弦波电流。其阻抗在每个周期中变化,产生了急剧的正负电流峰值,而不是稳定的正弦波曲线。阻抗和电流迅速变化会影响电网上的电压波形。结果,谐波会损坏线路电压;电压波形正常的正弦曲线形状可能会平坦化或失真。
---谐波失真设备能够容忍的数量具有限制。负荷感应的谐波可能会导致马达和电压器过热、机械共振及在三相设备零线中引起危险的高电流。此外,线路失真可能会违反某些国家中的法规标准。
---配有功率分析软件的四隔离通道示波器可以连接三相电系统的所有三条导线,量化和分析线路谐波。用户可以逐相测量电压和电流,包括相位到相位、相位到接地及一次测量任意相位或所有相位,查看前者对后者的影响。在其发生时,这提供了所有三个相位之间的负荷效应、相关性和瞬变条件等独特视图。
---工程师和技术人员比以往更多地面临着高电压和高电流,必须进行具有潜在危险的浮动测量。由于高性能技术演进到广泛实现的电子系统和子系统,同时由于满足客户规范或行业要求的压力,他们面临着速度更快的边沿和时钟。他们通常需要在要求灵活性的各种挑战环境中开发和测试电路。
---通过提供四条隔离通道、电池操作能力和功率分析功能的新型工具,可以迅速、精确、经济地测试高级功率电子器件。设计人员和技术人员能够把重点放在手边的检定和调试任务上,而不是与传统测试设备有关的限制和危险上。
