ساخت پروب اسیلوسکوپ برای اندازه گیری توان (قسمت دوم)

مقالات مرتبط

ساخت پروب اسیلوسکوپ برای اندازه گیری توان (قسمت یک)

20/12/2025

در قسمت یک، ما محدودیت های پهنای باند پروب های غیرفعال را پوشش دادیم و چرا نمی توان از آنها در منبع تغذیه سوئیچینگ امروزی استفاده کرد طرح ها پروب های فرکانس بالا گران هستند و اغلب خارج از آن هستند دسترسی به بسیاری از شرکت های کوچک. ما همچنین به اصول اولیه نگاه کردیم ساخت یک کاوشگر غیرفعال 50 Ω، 1:1 و مورد بحث قرار گرفت اثرات خط انتقال که می تواند سیگنال ها را تحریف کند و نحوه انجام آن آن خطاها را جبران کند. در این بخش پایانی به آن خواهیم پرداخت طراحی و ساخت یک پروب ولتاژ n:1 و یک جریان کاوشگر

50 Ω, n:1 voltage probe
کاوشگرهای غیرفعال پایه 1:1 بسیار مفید هستند تا زمانی که سیگنالی که به اسیلوسکوپ می رسد بیشتر از ورودی نیست تقویت کننده ها می توانند. در حالی که بسیاری از کاوشگرهای غیرفعال تجاری می توانند در حالت های 1:1 و 10:1 کار می کنند، گاهی اوقات تضعیف 10:1 کافی نیست به عنوان مثال، شما نمی توانید ولتاژهای شبکه AC را به آن وصل کنید یک پروب 10:1 بدون آسیب رساندن به اسیلوسکوپ شما. شما اغلب به الف نیاز دارید کاوشگر 1000:1. برای سایر برنامه ها ممکن است به برنامه دیگری نیاز داشته باشید نسبت تضعیف

Requirements : یک پروب 50 Ω برای یک اسیلوسکوپ > 1 گیگاهرتز بسازید تا آن را بررسی کنید سیگنال های قدرت 110 VAC تا 220 VAC، 300 W مدار تصحیح ضریب قدرت.

Maximum voltage : +400 VDC plus any spike voltages.

Devices under Test :

• D3 ماسفت superjunction، شماره قطعه: D3S340N65B-U (V_DSS =650 V, I_D =12 A, R_DS(on) = 360 mΩ(nom), t_f >6.5 nS)
• CREE SiC یکسو کننده شاتکی، شماره قطعه: C3D04060A، (600 V، 7.5 A)

رویه :

1. طولی از کابل RG174 (50 Ω) تا تقریباً 5 اینچ (12.5 سانتی متر). ترجیحا، در حال حاضر یک کانکتور BNC در یک طرف وجود دارد.
2. نوار 0.5 اینچ (12 میلی متر) برای ژاکت عایق از کابل. بافته نشده سپر به ژاکت ۰٫۲۵ اینچ (۶ میلی‌متر) از مرکز نوار بردارید عایق هادی
3. طولی از 0.5 اینچ (12 میلی متر) از 0.5 در لوله برنجی و انتهای دبر.
4. حداکثر ولتاژی که پروب خواهد دید 400 VDC است. تماشا کنید V_MAX رتبه بندی از خازن ولتاژ نمایشگر مورد نظر 100 mV/div است (1000:1)، که 100 میلی ولت در سراسر اسیلوسکوپ 50 Ω است. مقاومت خاتمه دهنده جریان (I_S ) مقاومت سنسور از طریق نوک عبارت است از:
5. برق را بررسی کنید اتلاف به معنای مقاومت:
6. را جمع آوری کنید حس انتهای کابل همانطور که در Figure 10 .

Figure 10 . یک پروب ولتاژ 1000:1 50 Ω از دو مقاومت 100 کیلو اهم در موازی، که اتلاف توان را در یک 50 کیلو اهم دو برابر می کند مقاومت

فرکانس بالا کاوشگر فعلی
پروب های رایج تجاری موجود دارای پهنای باند از 60 مگاهرتز تا 120 مگاهرتز مشاهده شکل موج جریان با فرکانس بالا می باشد برای برآورد تلفات سوئیچینگ در داخل مهم است سوئیچ های نیمه هادی فرکانس بالا بنابراین، ممکن است به یک بالاتر نیاز داشته باشید پروب جریان پهنای باند Figure 11 نمونه ای از کاوشگر جریان را نشان می دهد.

Figure 11. الف کاوشگر جریان فرکانس بالا از یک toroid برای گرفتن میدان ها استفاده می کند جریان در سیم

را کاوشگر فعلی در Figure 11 ، در اصل یک حالت رو به جلو 1:n است ترانسفورماتور با نشتی بالا ¼ نوبت اولیه. از آنجا که اولیه یک چرخش ایده آل نیست، دقت نهایی آن خواهد بود در طول کالیبراسیون نهایی آن پرداخته شده است. نوبت های ثانویه هستند قرار داده شده است evenly اطراف هسته حلقوی

شما باید مقاومت پایان دهنده را بلافاصله در مجاورت آن قرار دهید حلقوی زخم انجام این کار اثرات خط انتقال را به حداقل می رساند کابل کواکسن از تبدیل شدن به بخش مهمی از سیگنال ورودی اسیلوسکوپ مقاومت ختم از بالا جلوگیری می کند جریان سیگنال از ورود به کابل. اسیلوسکوپ خاتمه باید روی 1 MΩ تنظیم شود.

را امپدانس شاخه مداری که جریان از آن عبور می کند اندازه گیری شده، باید بسیار کم باشد. امپدانس منعکس شده (درج امپدانس) پروب فعلی باید تا حد امکان پایین نگه داشته شود (R پایین_t ) و همچنان دامنه مورد نظر را برای اسیلوسکوپ فراهم می کند ورودی

را جریان القا شده در سیم پیچ ثانویه عبارت است از:

به این جریان را به یک ولتاژ نمایش داده شده در اسیلوسکوپ تبدیل کنید، شما باید یک مقاومت در سراسر سیم پیچ ثانویه قرار دهید. این مقاومت می تواند هر مقداری باشد، اما هر چه مقدار مقاومت بالاتر باشد، EMF پشتی بیشتری روی مدار هدف اولیه قرار می گیرد. را EMF پشتی خود را به عنوان یک افت ولتاژ اضافی به صورت سری نشان می دهد با مسیر فعلی هدف، که بر جریان اولیه تأثیر می گذارد جریان و در نتیجه دقت آن. مقدار این خطا است متناسب با مقدار مقاومت قرار داده شده بر روی ثانویه

را محدوده جریان AC که معمولاً توسط جریان مشاهده می شود پروب می تواند از 100 آمپر (منابع 1 کیلو وات) تا پایین باشد میلی آمپر (مدارهای محرک دروازه). یک کاوشگر فعلی نمی تواند آدرس دهی کند این محدوده همچنان در محدوده دینامیکی ورودی قرار می گیرد ورودی اسیلوسکوپ از این رو چندین پروب جریان مورد نیاز است، با نسبت چرخش های مختلف برای سطوح مختلف جریان در داخل منبع سوئیچینگ فرکانس بالا نسبت چرخش ها ریخته نمی شود در بتن، نسبت های رایج عبارتند از:

• 25:1 (10 A – 20 A)
• 50:1 (1 A – 10 A)
• 100:1 (0.5 A – 1 A)

چون جریان ثانویه کوچک است، گیج سیم فقط باید #32 باشد AWG.

را مقاومت پایانی را می توان از طریق زیر تخمین زد:

را پروب فعلی نشان داده شده در Figure 11 از یک مقاومت SMD استفاده کرد، به همین دلیل است برای نصب آن و لنگر انداختن انتهای کواکس به PCB کوچکی نیاز بود کابل. مطمئن شوید که کل ترانسفورماتور جریان را به طور منسجم پوشش دهید مونتاژ؛ سیم پیچ ها بسیار شکننده هستند و کابل هم محور می تواند فشار مکانیکی زیادی به پروب فعلی وارد می کند.

Calibration issues

همانطور که با هر مدار جفت شده AC، سیگنال های جریان AC ارسال می شود به ثانویه، اما بخش DC خروجی به طور خودکار تصحیح می شود به صفر میانگین DC “صفر” در نقطه ای از خروجی است شکل موج که در آن میانگین مقدار مثبت برابر با میانگین است سطح منفی میانگین کوتاه مدت نقطه صفر در داخل متفاوت خواهد بود هر دوره سیگنال Figure 12 این را وابسته به زمان نشان می دهد پدیده هر کاوشگر جریان ثابت زمانی خاص خود را دارد. این می تواند با قرار دادن یک پالس فرکانس پایین اندازه گیری و مشخص شود جریان از طریق اولیه

Figure 12. کالیبره کردن پروب جریان را با تزریق یک پالس جریان ورودی به آن ثابت زمانی کاوشگر را پیدا کنید.

را ثابت زمانی باعث اعوجاج شکل موج فعلی می شود (Figure 13 ).

Figure 13. خطای نمایش فعلی ناشی از ثابت زمانی ترانسفورماتور.

را ثابت زمانی تقریباً است:

را نتیجه تقریبی است زیرا ثانویه مستقل نیست سلف، اما بارگذاری کوپل شده از اولیه را دارد.

چه زمانی کالیبره کردن پروب فعلی با اسیلوسکوپ دیجیتال، شما باید نرخ نمونه را در نظر داشته باشید. هنگام قرار دادن فرکانس پایین سیگنال جریان مستطیلی به اصلی CT، the نمونه های اسیلوسکوپ همیشه با پیک خروجی منطبق نیستند نقاط ولتاژ برای این کار باید جریان ورودی زیادی تزریق کنید پالس می کند و پیک ولتاژ خروجی را با بالاترین مقدار پیدا می کند.

شما ممکن است بپرسد: “به چه داده هایی می توانم از یک Probe فعلی اعتماد کنم؟” قابل استفاده (موثق ترین اندازه گیری ها در مورد خطای ناشی از اعوجاج بسیار کوچک است) داده ها عبارتند از:

1. همه با سرعت بالا بزرگی های انتقالی
2. سیگنال شکل موج هایی که دوره بسیار کمتری نسبت به ثابت زمانی دارند از کاوشگر فعلی
3. دوره (زمان) اندازه گیری بین انتقال
4. بالا و پایین رفتن بارهایی که بسیار کوچکتر از (tr

موج اشکالی که دارای دوره های قابل مقایسه با ثابت زمانی هستند خواهند بود توسط ثابت زمانی تحریف شده است. ثابت زمانی جمع می شود سیگنال واقعی نمونه ای از این پدیده اعوجاج که در آن دوره سیگنال بیشتر از ½ دوره زمانی ثابت است در دیده شود Figure 14 .

Figure 14 . پروب جریان می تواند سیگنال ورودی خود را به دلیل a ثابت زمانی رد بالایی (سبز) یک V تمیز را نشان می دهد_DS در حالی که رد پایین (قرمز) I تحریف شده را نشان می دهد_D .

Figure 14 نشان می دهد V_DS و من_D از ماسفت پایینی مبدل LLC آفلاین 110 کیلوهرتز. ولتاژ شکل موج (بالا) از یک پروب ولتاژ 50 Ω است و تحریف نشده است. منحنی پایین تر (پایین) جریان تخلیه است. عالی نشون میده معامله تحریف کاوشگر کنونی دارای 25 پیچ بود که یک پایانه بود مقاومت 50 Ω و ثابت زمانی 14 میکرو ثانیه.

Figure 15 نشان می دهد چگونه سیگنال واقعی همانطور که هنگام مشاهده ظاهر می شود ظاهر می شود در سراسر یک مقاومت حس جریان در همان موقعیت در داخل مدار هدف از نظر ریاضی برای ذهنی غیر عملی است ثابت زمانی را از سیگنال نمایش داده شده کم کنید دقت از این رو بیانیه در مورد اعتماد نمایش دور است از انتقال های فعلی البته می‌توان خرج زیادی کرد پول در یک پروب جریان مغناطیسی “DC” تجاری موجود که محاسبه را برای شما انجام می دهد، اما پهنای باند بسیار کم خواهد بود.

Figure 15. Current probe s سیگنال زمانی که دوره سیگنال از اجزای تقریباً مساوی تشکیل شده باشد.

10 A پروب جریان فرکانس بالا
این مثال روند طراحی یک A تا 10 A را مرور می کند پروب جریان در نظر گرفته شده برای منابع تغذیه سوئیچینگ بیش از 10 کیلوهرتز.

شما اولین کار این است که تصمیم بگیرید core material برای استفاده. بدون اینکه وارد یک آموزش طولانی مغناطیسی، آنچه شما نیاز دارید نفوذپذیری کم است (µ)، مواد با فرکانس بالا. نفوذپذیری مقدار است جریان در یک سیم پیچ برای ایجاد یک تغییر معین در شار چگالی (تعداد خطوط شار) در هسته. در شار بالا با چگالی، هسته شروع به اشباع می کند (نفوذپذیری کاهش می یابد و دیگر خطی نیست). این موقعیتی است که می خواهید از آن اجتناب کنید.

الف یک حلقه بسته مغناطیسی برای کانال کشی سیم مورد نیاز است تابش میدان مغناطیسی (متناسب با جریان) در داخل هسته می توانید از یک هسته فریت U-I با شکاف استفاده کنید. را هسته فریت فاکتورهای اضافی زیادی را به همراه دارد (میدان حاشیه اثرات، جریان های گردابی ناشی از گوشه ها، و غیره) که شما نمی خواهید در نظر بگیرید. هسته ایده آل یک است Mopermalloy Toroid ، مخلوطی از مولیبدن (a مواد شکاف غیر مغناطیسی) و فریت. هر چه مولیبدن بیشتر باشد محتوا، نفوذپذیری کمتر است. پهنای باند وسیع تری نیز دارد با میکرو کم به دست می آید. برای قطر سیم معقول، همانطور که در منبع تغذیه سوئیچینگ کم متوسط، یک انتخاب خوب 13.5 میلی متر است (0.5 اینچ) هسته تورید (Magnetics Inc. شماره قطعه 55051A2). بزرگتر اندازه های هسته را می توان برای سیم های با قطر بزرگتر استفاده کرد.

را تعداد معمول چرخش عبارتند از: 25، 50، 100. تعداد متفاوتی از نوبت کاملا مجاز است. هر چه دور بیشتر باشد، ولتاژ بیشتری می تواند باشد در سراسر یک مقاومت سری در سراسر انتهای سیم پیچ توسعه یافته است. اینجاست رویه

1. برای تخلیه من فعلی، من 25 چرخش را انتخاب کردم که انتخاب معقولی است محدوده جریان 0.5 A تا 10 A که به داخل درین می ریزد. من هم می خواهم خروجی 1 V/A مقاومت نهایی باید به صورت زیر باشد:
   
   گیج سیم، سیم آهنربایی AWG #32 خواهد بود.
2. سیم را بپیچید اطراف یک حلقوی به طور مساوی در اطراف هسته. این کمک می کند تا حاوی شار تولید شده توسط سیم ثانویه در هسته.
3. روی یک PCB کوچک یا تخته پرف، انتهای سیم را به مقاومت انتهایی وصل کنید. PCB همچنین برای اتصال کابل کواکس به PCB و مقاومت خاتمه دهنده زیرا کابل کواکسی مقدار زیادی را نشان می دهد تنش مکانیکی به مجموعه سیم پیچ / PCB (نگاه کنید به Figure 11 ).
4. پروب را تست کنید با جریان پالسی 1 آمپر برای بررسی اوج ولتاژ گذرا 1 ولت است (نگاه کنید به Figure 12 ). اگر نه، اکنون زمان آن است مقاومت های نزدیک به 25 Ω را امتحان کنید تا یک پیک گذرا 1 ولت ایجاد کنید ارزش
5. منطبق با کل مجموعه توروئید/PCB را بپوشانید. اپوکسی بسیار خوب عمل می کند. بسازید مطمئن شوید که یک سوراخ تمیز اما روکش شده در مرکز آن وجود دارد تورید
6. کالیبره کردن کاوشگر جریان با انجام مرحله 4 (بالا) و اندازه گیری ثابت زمانی پروب جاری (نگاه کنید به Figure 13 ).

را همین روش را می توان برای پروب های فعلی با جریان متفاوت استفاده کرد محدوده ها

نتیجه گیری
بسیاری از پروب های ولتاژ و جریان تجاری موجود فاقد این هستند پهنای باند مورد نیاز برای مشاهده شکل موج های جریان فرکانس بالا و لبه های نمایش داده شده توسط دستگاه های توان فرکانس بالا. برای مشاهده سیگنال های “واقعی”، شما واقعا باید ولتاژ خود را بسازید و پروب های فعلی ساخت کاوشگر در این دو ارائه شده است قطعات طرح‌های «وسط جاده» هستند و شروع خوبی هستند نقطه برای طراحی کاوشگر

Appendix A
از رابطه زیر برای محاسبه اندوکتانس an استفاده کنید سلف با چرخش های شناخته شده در یک هسته شناخته شده. این محاسبه برای یک سلف اولیه (1 سیم پیچ، 1 هسته) بدون هیچ بار منعکس شده از سیم پیچ های دیگر روی هسته مانند داخل a ترانسفورماتور (> 1 سیم پیچ، 1 هسته).

کجا:
L است اندوکتانس در هنریس
N است تعداد چرخش
A_L است ضریب القایی در nH/T² (ارائه شده توسط سازنده هسته).