Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Diff. Tastkopf für Leistungselektronik


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von Alex B. (tecnologic) Benutzerseite


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Moin Zusammen,

ich suche einen möglichst günstigen (<100€ pro Stk.) differenziellen 
Tastkopf zum messen von z.B. High-Side-Gates einer MOSFET Brücke.

Ich bräuchte eine absolut minimale Bandbreite von 20MHz bei einer 
Eingangsspannungsdifferenz von +/-20V mit einem Offset von mindestens 
100V.

Ich hatte mich schon sehr über dieses Projekt hier gefreut:
Beitrag "[V] Platinen diff. Tastkopf"

Aber der Tastkopf scheint mehr für HF gedacht zu sein und keine hohe 
Offsetspannung abzukönnen.

Ich würde auch einen Tastkopf selber entwerfen nur habe ich keine Idee 
für einen OP. Ein AD8418 oder ähnliches dafür zweckentfremden hat zu 
wenig Bandbreite.

Schön wäre natürlich ein galvanisch getrennter OP vllt. auch als reiner 
Impedanzwandler. Und der EingangsOP über einen galv. getrennten DCDC 
versorgt. Nur habe ich bei den Bandbreiten keinen schimmer was für einen 
OP man da nimmt.

Also wenn jemand Bauteil bzw. Schaltplan Tipps für mich hat oder vllt. 
auch was fertiges günstiges (<100€ pro Stk.) empfehlen kann immer her 
damit.

Gruß

Tec

von Pandur S. (jetztnicht)


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Was soll den gemessen werden ? Am Gate eines Highside FETs ? Dort misst 
man eigentlich eher nicht. Ich wuerd hier mit zwei Oszilloskopsonden 
messen und die Signale im Oszilloskop subtrahieren. Eignetlich muss man 
dort nur einmal messen. Die Signale dort sollten robust und zuverlaessig 
sein. Dann genuegt es den Treibereingang zu messen und den Strom durch 
die Bruecke. Dann weiss man wie der Highside Fet tut.

von Alex B. (tecnologic) Benutzerseite


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Wenn ich eine neue Brücke in Betrieb nehme will ich aber gern messen ob 
ich Schwindungen in der Ugs habe im Umschaltmoment. Und zum ausprobieren 
verschiedener Totzeiten und Gatewiderstände für die Ein- und 
Ausschaltflanke.

Zurzeit mache ich das mit Subtrahieren nur habe ich dann komische 
Schwingungen auf den Gatespannungen. Und beide Tastköpfe dann mit einer 
Feder an die selbe Masse zu bekommen ist schlicht nicht möglich. Deshalb 
ein diff. Tastkopf. Macht den Messaufbau einfacher, ich brauche mir 
keine großen Gedanken über die Massen machen und ich brauche kein Scope 
mit galvansich getrennten Kanälen.

So kann ich die Signale an den Gates Robust und zuverlässig bekommen. 
Und dann sehe ich mir die auch nicht mehr an.

Bei 12V und 10A mache ich auch nicht mal das. Aber mir geht es eher 
darum 100A bei 60V zuschalten. Und zusehen ob mein Design Mist ist oder 
eben nicht. Ohne vernünftige Messung kann ich das nicht sagen.

Gruß

Tec

von miwi (Gast)


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Tec N. schrieb:
> Moin Zusammen,
>
> ich suche einen möglichst günstigen (<100€ pro Stk.) differenziellen
> Tastkopf zum messen von z.B. High-Side-Gates einer MOSFET Brücke.
>
> Ich bräuchte eine absolut minimale Bandbreite von 20MHz bei einer
> Eingangsspannungsdifferenz von +/-20V mit einem Offset von mindestens
> 100V.
>
> Ich hatte mich schon sehr über dieses Projekt hier gefreut:
> Beitrag "[V] Platinen diff. Tastkopf"
>
> Aber der Tastkopf scheint mehr für HF gedacht zu sein und keine hohe
> Offsetspannung abzukönnen.
>
> Ich würde auch einen Tastkopf selber entwerfen nur habe ich keine Idee
> für einen OP. Ein AD8418 oder ähnliches dafür zweckentfremden hat zu
> wenig Bandbreite.
>
> Schön wäre natürlich ein galvanisch getrennter OP vllt. auch als reiner
> Impedanzwandler. Und der EingangsOP über einen galv. getrennten DCDC
> versorgt. Nur habe ich bei den Bandbreiten keinen schimmer was für einen
> OP man da nimmt.
>
> Also wenn jemand Bauteil bzw. Schaltplan Tipps für mich hat oder vllt.
> auch was fertiges günstiges (<100€ pro Stk.) empfehlen kann immer her
> damit.
>
> Gruß
>
> Tec


selberbauen - such Dir als 1. Puffer einen OPV mit brauchbarem CMRR, der 
einen sehr geingen Inputbias (pA) hat aus und dann einen guten OpAmp, 
der  Deine Bandbreitenbedürfnisse stillt.

(einstellbare) Frequenzkompensation des Eingangsspannungsteilers nicht 
vergessen.

Das Netz (eevblog, uC-Net) ist voll von Teardowns, guten bis sehr guten 
Plänen, Diskussionen und Überlegunen etc, Du mußt nur suchen, Dich 
einlesen und dann bei den Herstellern nach entsprechenden OPVs suchen.

Einfach nur so "her mit den mühsam erarbeiteten Ideen" ist mir zu... 
billig, da mußt Du schon ein bischen mehr selber zeigen was Du drauf 
hast.

Materialpreis - ohne Gehäuse aber mit gefertigten Platinen - ist locker 
unter 60€ zu schaffen.

btw:  20MHz @ Netzspannung ist nicht einmal als besonders sportlich 
anzusehen, das ist geradezu trivial.

Viel Glück, wenn Du konkrete (Eigenbau)Vorschläge hast dann wird hier 
gerne darüber diskutiert.


MiWi

von Thomas R. (sunnyingtom)


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Hallo,
ich habe einen HP1142A mit Probe übrig.
Falls der passen sollte bitte ich um ein Angebot.
Thomas

von Alex B. (tecnologic) Benutzerseite


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Thomas R. schrieb:
> Hallo,
> ich habe einen HP1142A mit Probe übrig.
> Falls der passen sollte bitte ich um ein Angebot.
> Thomas

Hallo Thomas, danke für das Angebot, aber ich versuche mein Glück im 
Eigenbau.

@miwi
Ich hatte zwar gehofft es hatte schon mal jemand so einen Tastkopf 
designed aber recht gefunden habe ich noch nix, zumindest nix was 
wirklich eine 100V PWM als common mode haben kann.

Dieses Design http://www.linear.com/solutions/6058 von LT z.b. ist 
völlig Unbauchbar, wenn man mal einen 100V Pulse auf den Eingang legt.

In einem Thread im EEV-Blog wurde dieses Manual von LeCroy verlinkt:
cdn.teledynelecroy.com/files/manuals/dxc100a_manual.pdf

Darin ist auch der Schaltplan. Dabei handelt es sich anscheinend um eine 
rein passive Vorschaltung für 2 Tastköpfe.

Nur scheint da noch ein Verstärker für nötig zu sein. Kann mir sonst 
nicht vorstellen wie das funktioniert. Vllt kennt jemand das Teil?

Ich suche noch mal weiter.

Gruß

Tec

von MiWi (Gast)


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Tec N. schrieb:
> Thomas R. schrieb:
>> Hallo,
>> ich habe einen HP1142A mit Probe übrig.
>> Falls der passen sollte bitte ich um ein Angebot.
>> Thomas
>
> Hallo Thomas, danke für das Angebot, aber ich versuche mein Glück im
> Eigenbau.
>
> @miwi
> Ich hatte zwar gehofft es hatte schon mal jemand so einen Tastkopf
> designed aber recht gefunden habe ich noch nix, zumindest nix was
> wirklich eine 100V PWM als common mode haben kann.

Es hilft Dir nicht viel weiter wenn Du nur einen Schaltplan bekommst und 
den dann nicht verstehst.

Wenn Du dich durchgesucht hast, einen Entwurf gemacht hast... dann ist 
bei Dir so viel Ahnung da daß sich eine brauchbare Diskussion ergeben 
kann.

Deine Forderung nach 100V CMMR und 20V Diff messen ist ja nicht 
besondern schwer zu erreichen.



> Dieses Design http://www.linear.com/solutions/6058 von LT z.b. ist
> völlig Unbauchbar, wenn man mal einen 100V Pulse auf den Eingang legt.

Naja, taugt auch nicht für DC, ist aber sauschnell...

>
> In einem Thread im EEV-Blog wurde dieses Manual von LeCroy verlinkt:
> cdn.teledynelecroy.com/files/manuals/dxc100a_manual.pdf
>
> Darin ist auch der Schaltplan. Dabei handelt es sich anscheinend um eine
> rein passive Vorschaltung für 2 Tastköpfe.


>
> Nur scheint da noch ein Verstärker für nötig zu sein. Kann mir sonst
> nicht vorstellen wie das funktioniert. Vllt kennt jemand das Teil?

Als Verstärker werden die Eingangskanäle vom Oszi verwendet. Das Ding 
sorgt nur für idente Tastköpfe.


> Ich suche noch mal weiter.
>
> Gruß
>
> Tec

dann suchst Du nicht tief genug. Grad beginnt wieder eine Diff.probe - 
diskussion, Schaltung ist noch etwas... unausgereift, Richtung paßt 
schon, das Layout ist für ihn noch nicht spannungsfest

http://www.eevblog.com/forum/projects/high-voltage-differential-probe-design-help/

Und auch hier sind schon einige Tks diskutiert worden.

Um einen frequenzkompensierten Spannungsteiler wirst Du nicht 
umhinkommen, ist ja auch nicht schwer, das Rrodukt aus RxC muß für beide 
Teile den gleichen Wert ergeben.. mehr oder weniger, einer davon 
sinnvollerweise mit C abstimmbar.

Schaltpläne der Testec/LeCroy-Teile sind auch im Netz auffindbar, 
elektor hat vor 20 Jahren einen akzeptablen  Ansatz (bis 10MHz) 
geliefert.... der hier schon diskutiert wurde...


Viel Glück

MiWi

von MiWi (Gast)


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Tec N. schrieb:

> Schön wäre natürlich ein galvanisch getrennter OP vllt. auch als reiner
> Impedanzwandler. Und der EingangsOP über einen galv. getrennten DCDC
> versorgt. Nur habe ich bei den Bandbreiten keinen schimmer was für einen
> OP man da nimmt.
>
> Also wenn jemand Bauteil bzw. Schaltplan Tipps für mich hat oder vllt.
> auch was fertiges günstiges (<100€ pro Stk.) empfehlen kann immer her
> damit.

Weil ich es grad aus dem Fundus gezerrt habe hier eine Starthilfe:

http://www.eevblog.com/forum/blog/eevblog-932-how-does-a-hv-differential-probe-work/msg1045145/#msg1045145

MiWi

von Alex B. (tecnologic) Benutzerseite


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MiWi schrieb:
> dann suchst Du nicht tief genug. Grad beginnt wieder eine Diff.probe -
> diskussion, Schaltung ist noch etwas... unausgereift, Richtung paßt
> schon, das Layout ist für ihn noch nicht spannungsfest
>
> 
http://www.eevblog.com/forum/projects/high-voltage-differential-probe-design-help/
>
> Und auch hier sind schon einige Tks diskutiert worden.

Danke dafür. Tante Google hat mich daran vor bei geleitet. Ich muss aber 
auch zu geben ich suche noch nicht sehr lange nach Infos dazu. :)

MiWi schrieb:
> Weil ich es grad aus dem Fundus gezerrt habe hier eine Starthilfe:
>
> 
http://www.eevblog.com/forum/blog/eevblog-932-how-does-a-hv-differential-probe-work/msg1045145/#msg1045145
>
> MiWi

Das Video kannte ich sogar schon ist nur schon etwas her.

Der HF-Kram ist neu für mich, deshalb lasse ich die Schelte mal 
unkommentiert :).

Aber wenn ich das bisher richtig verstanden habe, dann mache ich 2x 50:1 
Spannungsteiler für jeweils den positiven und negativen Eingang. Die 
kommen dann auf einen Bipolar versorgten Diff. Amp. (am liebsten ein 
Instrumenten Verstärker aber da habe ich bisher nix mit einer Bandbreite 
von mehr als 10MHz gesehen.) Der Verstärker hat einen Gain von 10 und 
dann kommt noch n 50R Widerstand in Reihe zum BNC/SMA Verbinder zum 
Scope. Mit Leistungsanpassung bei 50R Scopeeingang bin ich dann bei 
einem 1/10 Probe der gut 500V am Eingang abkann.

Ist das echt so simpel? Ich werde mal LTSpice bemühen um ein Gefühl 
dafür zu bekommen.

Gruß

Tec

von Alexander S. (alex998)


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MiWi schrieb:
> elektor hat vor 20 Jahren einen akzeptablen  Ansatz (bis 10MHz)
> geliefert

Ist der hier: 
https://www.elektormagazine.de/magazine/elektor-199405/30455

Der aktuelle (2010) von Elektor: 
https://www.elektormagazine.de/magazine/elektor-201006/3526

Geht bis 1MHz, Verstärkung umschaltbar (x10/x100), Baukosten etwa 70€ 
(insgesamt, also mit Gehäuse, Kabel, Laborsteckern, ...). Hab ich leicht 
abgewandelt nachgebaut, funktioniert gut.

Meinte natürlich 1Mhz.

: Bearbeitet durch User
von MiWi (Gast)


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Tec N. schrieb:
> MiWi schrieb:
>> dann suchst Du nicht tief genug. Grad beginnt wieder eine Diff.probe -
>> diskussion, Schaltung ist noch etwas... unausgereift, Richtung paßt
>> schon, das Layout ist für ihn noch nicht spannungsfest
>>
>>
> 
http://www.eevblog.com/forum/projects/high-voltage-differential-probe-design-help/
>>
>> Und auch hier sind schon einige Tks diskutiert worden.
>
> Danke dafür. Tante Google hat mich daran vor bei geleitet. Ich muss aber
> auch zu geben ich suche noch nicht sehr lange nach Infos dazu. :)
>
> MiWi schrieb:
>> Weil ich es grad aus dem Fundus gezerrt habe hier eine Starthilfe:
>>
>>
> 
http://www.eevblog.com/forum/blog/eevblog-932-how-does-a-hv-differential-probe-work/msg1045145/#msg1045145
>>
>> MiWi
>
> Das Video kannte ich sogar schon ist nur schon etwas her.
>
> Der HF-Kram ist neu für mich, deshalb lasse ich die Schelte mal
> unkommentiert :).
>
> Aber wenn ich das bisher richtig verstanden habe, dann mache ich 2x 50:1
> Spannungsteiler für jeweils den positiven und negativen Eingang. Die
> kommen dann auf einen Bipolar versorgten Diff. Amp. (am liebsten ein
> Instrumenten Verstärker aber da habe ich bisher nix mit einer Bandbreite
> von mehr als 10MHz gesehen.) Der Verstärker hat einen Gain von 10 und
> dann kommt noch n 50R Widerstand in Reihe zum BNC/SMA Verbinder zum
> Scope. Mit Leistungsanpassung bei 50R Scopeeingang bin ich dann bei
> einem 1/10 Probe der gut 500V am Eingang abkann.
>
> Ist das echt so simpel? Ich werde mal LTSpice bemühen um ein Gefühl
> dafür zu bekommen.
>
> Gruß
>
> Tec

Ja, so einfach ist es... quasi. In der (analogen) professionellen 
Audiotechnik ist eine differentielle Übertragung Standard und das steckt 
auch bei 40kHz alles in einem Chip...  Der Unterschied zu dem, was Du 
machen willst ist "nur" die Frequenz.

Es ist "nur" zach unter den unfasslich vielen Opamps den oder die 
richtigen zu finden.

Fertiger Diff-Amp: Nach dem f-kompensierten Spannungsteiler kommt erst 
einmal einen schnellen Buffer (FET, diskret oder per Opamp), Ziel ist 
ein möglichst geringer Offsetstrom, damit der Spannungsteiler keinen 
Fehler einbringt.

Wenn Du den ersten Verstärker richtig auslegst (so daß er schon ein 
bischen CMR macht) dann braucht der eigentliche Differenzverstärker 
nicht mehr die ganze Arbeit machen...

Was zb. als Diffamp einfach geht sind Videoamps (AD8130). Oder vor allem 
CFB-Opamps, die sind schnell, 100Mhz GBW sind kein Problem, Nachteil 
ist, daß der Ausgangswiderstand des Puffers bei höheren Frequenzen 
steigt und damit der Frequenzgang bei einem CFB-Opamp viel stärker 
beeinflußt wird als bei einem VFB-Opamp... also Obacht.

Doch damit das mit dem Differenzverstärkers Deines TKs stimmig wird: Du 
solltest Dich einmal mit dem klassischen Single OP (und dessen 
Problemzonen) und dem 3-Opamp Differenzverstärker (und seinen inhärenten 
Vorteilen) auseinandersetzen, damit Dir klar wird wo Du aufpassen mußt 
und was eher entspannt zu sehen ist.

Das ganze ist dann ein interessantes jonglieren mit Risetime vs GBW, 
Rauschen vs Vpp, Temperaturen (schnelle FET-Opamps werden warm, damit 
steigt der Inputbias...), Stromversorgung (entkoppeln, stützen, etc), 
Leiterbahnen (bei 20 Mhz ist das aber noch nicht kritisch)..


Wie bereits am Anfang gesagt: Viel Vergnügen

MiWi

von Gerd E. (robberknight)


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Tec N. schrieb:
> In einem Thread im EEV-Blog wurde dieses Manual von LeCroy verlinkt:
> cdn.teledynelecroy.com/files/manuals/dxc100a_manual.pdf
>
> Darin ist auch der Schaltplan. Dabei handelt es sich anscheinend um eine
> rein passive Vorschaltung für 2 Tastköpfe.
>
> Nur scheint da noch ein Verstärker für nötig zu sein. Kann mir sonst
> nicht vorstellen wie das funktioniert. Vllt kennt jemand das Teil?

So ein Teil liegt bei mir im Schrank. Das ist eine der möglichen 
Tastkopf-Optionen für den Differenzverstärker DA1885A. Ohne den hilft 
der Tastkopf nicht viel.

Von dem DA1885A hab ich leider noch nirgends einen Schaltplan gesehen.

Innen ist der etwas komplexer aufgebaut, schon alleine das 
(nicht-zerstörende) Auseinandernehmen ist nicht ganz trivial...

von Alex B. (tecnologic) Benutzerseite


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Ein kleines Update von mir. Ich habe etwas gemalt und das Ergebnis ist 
besser als ich gedacht habe.

Ich hab mal die LTSpice Simulation mit dem LT6238 als 
Instrumentenverstärker und die Screenshots von dem Schaltplan, Eingangs- 
und Ausgangssignal mit angehängt.

Das war eigentlich nur als kleiner Versuch gedacht bei dem ich mal ein 
60V PWM-Signal eines Highside Gates auf den OP gegeben habe.

Das Prinzip habe ich ja bereits beschrieben und das funktioniert auch 
noch:). Jetzt muss der Eingangsspannungsteiler noch kompensiert werden 
damit dieses Klingeln an den Flanken verschwindet.

von MiWi (Gast)


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Tec N. schrieb:
> Ein kleines Update von mir. Ich habe etwas gemalt und das Ergebnis ist
> besser als ich gedacht habe.
>
> Ich hab mal die LTSpice Simulation mit dem LT6238 als
> Instrumentenverstärker und die Screenshots von dem Schaltplan, Eingangs-
> und Ausgangssignal mit angehängt.
>
> Das war eigentlich nur als kleiner Versuch gedacht bei dem ich mal ein
> 60V PWM-Signal eines Highside Gates auf den OP gegeben habe.
>
> Das Prinzip habe ich ja bereits beschrieben und das funktioniert auch
> noch:). Jetzt muss der Eingangsspannungsteiler noch kompensiert werden
> damit dieses Klingeln an den Flanken verschwindet.

Naja..... der LT6238 mag max. 12,6V, den dann in der Sim mit +/-15V zu 
betreiben hat was von... Pipilangstrumpf-Prinzip (...    ich mach mir 
die Welt, widewide wie sie mir gefällt...)

Slewrate ist auch nicht sonderlich berauschend, mit 42V/us landest Du 
bei bischen mehr als 1MHz BW wenn Du ein bisserl was an Pegel am Oszi 
haben willst. Such was mit 700V/us wenn Du 20Mhz mit 5Vp am Ausgang vom 
OP darstellen willst (wozu sonst ein RR-Output?)


dann - das Klingeln in der Sim kommt sicher nicht vom nicht 
kompensierten Eingangsteiler, das kommt von woanders, vermutlich weil 
keine Feedback-Cs mit ein paar pf vorgesehen sind... und


iaW: Ohne die Sim genauer untersucht zu haben: die ist so sinnvoll wie 
die 7Tage Wettervorschau: irgendwie wirds schon so sein aber vielleicht 
auch nicht.

Und: Datenblattlesen wäre auch bei Simulationen von großem Vorteil.

MiWi

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