Oszi: Signal abhängig von Spannungseinstellung

Mar 17, 2020 51 Replies
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Hallo,



ich habe hier einen Aufbau mit einer H-Brücke, die den Strom durch eine Spule umschalten soll. Davor sitzt noch eine zweite Spule in Reihe. Die H-Brücke besteht aus zwei dicken IGBT-Modulen. Also etwa so:



Netzteil+ Spule H-Brücke+ Spule (Stromrichtung wird umgepolt) H-Brücke- Netzteil-



Jedes Brückenmodul wird von einem IR21844 angesteuert. Nun wollte ich mir anschauen, was denn der High-Side GND beim Umschalten macht, bzw. ob kritischer Undershoot auftritt. Dazu messe ich mit dem Oszilloskop eben den High-Side GND gegen Low-Side GND direkt am IR21844.



Nun ist mir aufgefallen, daß das Signal sich ändert, wenn ich am Oszi den Meßbereich ändere. Der negative Peak wird viel stärker, wenn der Meßbereich von 5V auf 2V wechselt. Siehe Bilder:



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Auf dem ersten Bild ist das Gesamtsignal zu sehen, das hat einen positiven Peak von etwa 150 V. Kann es sein, daß dieser Peak die Messung stört, wenn man den Meßbereich zu klein macht? Und wie kann man einschätzen, welcher Meßbereich noch zulässig ist?



Ein Problem des Oszilloskopeingangs ist es nicht, einen anderen Tastkopf habe ich probiert. Außerdem zeigt ein analoges Hameg das gleiche Phänomen. Ist wohl ein typischer Fall von "Wer mißt, mißt Mist".



Holger


Ich kann diesen blöden Spruch schon nicht mehr hören. Nur wer sich nicht auskennt, mißt Mist.

Verstehen tu ich deine Schaltung nicht, aber bei einer H Brücke mußt du mit zwei Sonden messen, und die Differenz bilden, Kanal 1 minus Kanal 2 zum Bespiel.

Es gibt Differenzsonden, aber wer hat die schon.

w.

Am 17.03.2020 um 12:39 schrieb Helmut Wabnig: > On Tue, 17 Mar 2020 12:06:28 +0100, Holger Schieferdecker > snipped-for-privacy@gmx.de wrote: >

Da hast Du sicher recht, das mit dem Auskennen beruht halt auf Verständnis und Erfahrung, und das muß man sich insbesondere bei neuen Aufgaben erst mal erarbeiten. Insofern schätze ich, daß halt durchaus immer wieder erst mal Mist rauskommt.

Meinst Du den Aufbau oder ihre Funktion? Die Spulen erzeugen Magnetfelder, die für Experimente mit Atomen in Fallen verwendet werden. Derselbe Strom soll durch beide Spulen fließen, eine soll umgepolt werden können.

Wegen der Spannungsspitzen habe ich noch einen Varistor über den Versorgungsanschlüssen der Brücke. Wenn das alles textuell nicht gut verständlich ist, kann ich eine Zeichnung machen.

Ok, aber was ist der Bezugspunkt der beiden Kanäle? Wenn ich da Low-GND nehme, ist das doch das gleiche, oder nicht?

So stehts auch in der Application Note von IRF. Ich hab jedenfalls keine.

Holger

Holger Schieferdecker schrieb:

Mir ist nicht klar, was du mit negativem Peak meinst. Der positive Peak kommt mir bei Bild 12 zu schnell runter, was auf Übersteuerung hindeutet.

DAS ist jetzt merkwürdig. > Ist wohl ein typischer Fall von "Wer mißt, mißt Mist".

In der Pulstechnik ist das schnell passiert, aber du hast es ja gemerkt. In den AoE X Chapters gibt es ein Kapitel zu den Problemen bei übersteuerten Scopes, BTW.

ARGH, äh, uff, mann hast du mir einen Schreck eingejagt.

Am 17.03.2020 um 15:16 schrieb Rolf Bombach:

Auf den Bildern ist links ja so eine kleine 1 mit einem Pfeil zu sehen, die kennzeichnet GND. Mit negativem Peak meine ich das, was unter dieser Nulllinie ist. Auf Bild 12 geht das direkt nach dem positiven Peak auf nicht mal -4V, auf Bild 13 mehr als -8V und ist außerdem deutlich breiter.

Auf dem digitalen Tektronix hatte ich den Tastkopf auf x10, da kam der Effekt beim Umschalten von 5V/div auf 2V/div. Beim analogen Hameg HM303-6 war der Tastkopf auf x1 und der Effekt beim Umschalten von

0,5V/div auf 0,2V/div.

Hm, die hab ich nicht. Aber das ist wohl das Problem. In den Specs des Oszilloskops finde ich leider keine Angabe zur Overdrive Recovery.

Das heißt im Endeffekt messe ich lieber mit weniger vertikaler Auflösung.

Es gibt noch mehr Leute mit dem Namen. Mein Header sollte sich dann doch deutlich unterscheiden.

Danke, Holger

Hi Helmut,

Das ist definitiv falsch. Jede Messung ist fehlerbehaftet, man muss nur genau genug hinschauen. Insofern ist der Spruch, flapsig, wie er daher kommt einfach nur richtig. Messtechnik ist die Kunst, die Fehler zu erkennen und mit ihnen so umzugehen, dass sie im Endeffekt nicht mehr stören bzw man entsprechende Maßnahmen zur Verringerung treffen konnte.

Ja, ja, ein Bild würde mehr sagen, als viele Worte...

Da kommt selten viel gutes dabei heraus. Die CMRR von einer solchen Differenzbildung ist meist so grottig, dass kaum ein Oszihersteller diese benennt.

Jeder, der vernünftig an H-Brücken messen will. Sooo teuer sind die jetzt nicht mehr wirklich, dafür meist schnarch langsam. Gute CMRR, hochohmig bleiben und Bandbreite beißt sich eben :-( Wenn Du aber Gateumschaltzeiten im Bereich µs messen willst und dann auch noch einige kV/µs Steigungen hast, dann ist das alles andere als trivial. Mit Kanal

1 - Kanal 2 wird das nur noch Müll.

Ich weiss, wovon ich schreibe. Meine Brücken hatten 3 kV zu schalten und das bitte sehr schnell, nicht auf Dauerbetrieb und mit kleinen Halbleitern.

Marte

Am 17.03.2020 um 12:06 schrieb Holger Schieferdecker:

Mehr als 1 GND ist höchstens verwirrend, nicht hilfreich.

Auch fehlt eine detailliertere Beschreibung der Schaltung, insbesondere Freilaufdioden o.ä. die bei induktiver Last den Energieabbau übernehmen.

Wenn beide Spulen die gleiche Induktivität haben, dann arbeiten sie nach dem Umschalten voll gegeneinander. Wohin sich ihre Energie verkrümelt kann nur mit einem vollständigeren Schaltbild erahnt werden.

Stimmt in diesem Fall auffällig :-(

Ist der Oszi soweit massefrei zu betreiben? Dann läßt sich die Spannung über den Spulen einzeln messen. Andernfalls muß man mit dem leben, was Oszi und Schaltung als gemeinsame Masse verdauen können.

DoDi

Mit akkubetriebenem Oszi weniger Probleme. Ich verwende 360 EUR Gerät + 80 EUR Akku:

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> Spule

Was wohl letztlich interessiert ist nicht Strom & Spannung sondern das geschaltete Magnetfeld. Oft kann man es als Streufeld abgreifen.

Was ich häufiger als ursprünglich gedacht benutze:

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Kontaktlos: bequem und vermeidet Fehlerquellen. Geht allerdings nur bis 1 MHz. Wenn man auf den DC-Anteil verzichten kann, reicht oft Luftspule. Eventuell auch in der Form wie für EMV/precompliance verbreitet. Allerdings meist überteuert.

MfG JRD

Der Spruch ist falsch und blöd. Das _stets_ eine gewisse Meßungenauigkeit vorliegt, ist ganz klar.

Meßungenauigkeit des Meßgerätes ist hier nicht gemeint. Sondern gemeint ist beispielsweise, daß es bei einer gleichzeitigen Strom- und Spannungsmessung durch die Strommessung zwangsläufig einen verfälschenden Spannungsabfall gibt, und daß die Spannungsmessung einen unerwünschten Strombedarf hat.

Das muß man nur wissen und berücksichtigen. Und z.B. warum ein Shunt-Widerstand 4 Anschlüsse hat.

Ich habe ein geeichtes Multimeter mit 5+3/4 Stellen, Auflösung 310000, Genauigkeit 0,02%+0,005%+5. Meinen Meßwerten gegenüber sind also fast alle Messungen von fast allen Anderen fehlerbehaftet. Auf _diese_ Fehlerbehaftung kann jedoch der Spruch nicht angewandt werden.

Hi Helmut,

Habe ich nie behauptet. Die Ungenauigkeit einer Messung liegt nie allein beim Messgerät.

Das ist nur eine von vielen Fehlerquellen. Dazu kommen Einstreuungen, Rauscheffekte, systematische Fehler, jenseits den von Dir Genannten aller Art, Rückwirkungen vom Messsystem auf den zu messenden Prozess und vieles andere mehr.

Freu Dich.

Die Deinen auch.

Aber sicher doch. Warum auch nicht?

Marte

Hi Helmut,

Was hat denn eigentlich Dein Super Multimeter mit der H-Brücke des OP zu tun?

Marte

"Jede Messung ist fehlerbehaftet, man muss nur genau genug hinschauen."

hast Du oben geschrieben.

Ich habe in meinem Leben _nie_ eine Messung fehlerhaft durchgeführt. Ungenauigkeiten beim festgestellten Meßwert gab es in 100% aller Fälle _nur_ durch die Ungenauigkeiten des Meßgerätes.

Genau darauf basiert meine Antwort, daß der Spruch falsch und blöd ist! Es ist auch völlig logisch, daß der Spruch falsch und blöd ist. Warum? Weil er überhaupt nicht differenziert!

Ich nannte vorstehend drei sehr typische Fehlerquellen.

Solche Fehler sind fast immer vernachlässigbar oder nicht gegeben.

Es kommt darauf an, _was_ gemessen werden soll. Wenn ich irgendwo 1,2A= feststelle, interessiert mich Rauschen gar nicht. Mein Meßgerät zeigt 1,21445 A an, und ich notiere '1,21 A'. Eine vollkommen makellose Messung!

Nein, nicht meinen Meßwerten gegenüber. Genaueren 7-stelligen Meßgeräten gegenüber schon.

Nein, er kann nicht auf die Ungenauigkeit des Meßgerätes angewandt werden. Warum? Der Spruch meint solche Fehler gar nicht! Warum? Weil das geisteskranker Schwachsinn wäre. Warum? Weil alle Messungen, die jemals auf der ganzen Welt durchgeführt wurden, eine Ungenauigkeit beim festgestellten Meßwert haben.

Nichts. Es geht um den blöden, unsinnigen Spruch: "Wer mißt, mißt Mist." Was soll also Dein Einwand?

Hi Helmut,

Ist Ok. Ich weiß mit wem ich zu tun habe...

Marte

Mit jemandem, der nie eine falsche Messung vornahm.

Ich fand Messungen in meinem Leben fast immer sehr einfach und simpel.

Ein Multimeter mit Schützkontakten verbinden, um zu messen, ob da 220V sind oder nicht - echt, das fand ich stets einfach und sicher. Dabei gab es auch garantiert nie Fehler.

Und so oder ähnlich weiter.

Man nennt das Unfehlbarkeitswahn.

Das kann ich bestätigen, die "saubersten" Messungen bekomme ich bei High GND z.B. mit einem THS710. Das dürfte noch besser sein als dein Akku betriebenes Teil, da bei diesen handgehaltenen Scopes intern die einzelnen Kanäle galvanisch isoliert aufgebaut sind, also noch weniger einfangen.

Bei Brücken möchte ich natürlich das Schaltverhalten der FETs IGBTs kontrollieren, um keine Cross-Verluste in diesen Schaltern zu übersehen.

Die dabei auftretenden Streufelder sind es wohl, die auch teure Difftastköpfe "stören" Ich habe einen teuren von TEK und auch einen billigen ich glaub von Elditest. Tek ist schon besser allerdings sind diese Messungen eben immer auch "antennenbehaftet".

On Tue, 17 Mar 2020 17:58:14 +0100, Rafael Deliano

Gibt es inzwischen zu halbwegs moderaten Preisen (im vergleich zu den Hioki-Stromzangen) aus Fernost @ 1kUSD

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, ich hab keine Verbindung zu denen.

- Michael Wieser

--

Nachdem solche Diffprobes ja nun wirklcih kein Hexenwerk sind ist sowas durchaus preiswert auch selber machbar. Im EEVblog oder uC-net finden sich einige brauchbare Vorschläge dazu, einfach nur suchen. Und der selige Elektor-TK aus dem Jahre 1994 ist - wenn auch rauschig - immer noch baubar und auch für Netzspannung geeignet.

iaW: Wer H-Brücken oder solches Teufelszeug selber baut hat keine belastbare Entschuldigung das so ein TK nicht im Fundus ist....

- Michael Wieser

--

Hallo,

hier ist nun ein Schaltplan des Aufbaus, das sollte das Verständnis erleichtern.

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Zu dem IR21844 gibt es eine Application Note[1], in der auf VS undershoot eingegangen wird, also im Prinzip das was ich als High-Side GND bezeichnet habe bezogen auf Low-Side GND. In meinem Schaltplan wären das die Messungen GND1 gegen GND bzw. GND2 gegen GND. Am IC sind es die Pins 11 und 2.

Die Potentiale von GND1 und GND2 gegen GND hängen zum einen vom Strom ab, im Schaltmoment zusätzlich von den Induktionsspannungen.

Das Oszilloskop selbst ist nicht isoliert, das Steuersignal vom Funktionsgenerator wird über Optokoppler auf die Platine geführt. Die Versorgungsspannung des Ansteuerteils erfolgt über ein Labornetzteil mit Trafo.

Dioden sind in den IGBT-Modulen enthalten.[2]

Der Varistor über der Brücke begrenzt die Überspannung von beiden Spulen. Ich muß nochmal schauen, wie es sich stattdessen mit einer Suppresordiode verhält, 5KP30A habe ich dazu mal besorgt. Leider habe ich in deren Datenblatt keine Angaben zu Derating und Wiederholrate gefunden.

Ich nehme an, als Freilaufdiode für die Spule 1 kann ich die nicht nehmen...

Die maximalen Ströme werden etwa 80A betragen, geschaltet werden soll laut dem Doktoranden wohl bei maximal 20A.

Naja, da die Uni ab morgen Abend geschlossen wird, liegt das ganze sowieso erst einmal auf Eis.

Holger

[1] dt97-3 Managing Transients in Control IC Driven Power Stages zu finden unter Dokumente -> Applikationsbeispiel

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[2]
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