Eine Halbbrücken-Schaltung mit IsoVu optimieren

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IsoVu als Lösung für das Gleichtakt-Problem

Wenn selbst der beste verfügbare Verstärker keine wiederholbaren Ergebnisse ermöglicht, ist klar, dass konventionelle Tastkopf-Architekturen nicht geeignet sind. Eine Lösung ist eine galvanische Trennung des Tastkopfes vom Oszilloskop. Der Sensorkopf wird an den Testpunkt angeschlossen und ist vollständig elektrisch isoliert. Versorgt wird er über eine Glasfaser. Zudem enthält der Sensorkopf einen DC/LF-Rückführkreis, der das Signal am Testobjekt misst und es zur Analyse an den Controller sendet. Dadurch kann das System unterschiedlichste Drift- und Offset-Fehler im System korrigieren.

Die Verbindung vom Testobjekt zum Sensorkopf erfolgt über Tastspitzen-Kabel, die verschiedene Dämpfungen haben können. Damit lässt sich das zu messende Signal optimieren. Das Tastspitzen-Kabel wird über einen SMA-Steckverbinder an den Sensorkopf angeschlossen und enthält eine Kodierung, so dass der Sensorkopf den Dämpfungsfaktor dem Oszilloskop mitteilen und dieses den richtigen vertikalen Skalierungsfaktor anzeigen kann. IsoVu eignet sich für Differenzialmessungen, bei denen eine vollständige galvanische Isolierung aufgrund von hohen Gleichtaktspannungen und Hochfrequenz-Gleichtaktstörungen erforderlich ist.

Eine optische Verbindung ermöglicht Messungen in Umgebungen mit starken EMV-Störungen sowie für EMV-Konformitätstests und eine ESD-Prüfung. Auch kann das Testobjekt bis zu 10 m entfernt sein. IsoVu Details kann Details aufdecken (Bild 3) und zeigen, was im Design vorgeht. Die Messung ist stabil und wiederholbar und das Signal zeigt bisher verborgene Resonanzen und Signaldetails.

Gemessen wurde an einem realen Referenz-Design. Bis jetzt ermöglichte das LeCroy DA1855A mit einem 12-Bit-Oszilloskop den besten Einblick. Der Anwender kann das Design mit den Signal-Informationen optimieren, da es einige der erwarteten Charakteristiken zeigt. Teilweise oder unvollständige Informationen sind irreführend. Den Vergleich beider Messsysteme zeigt Bild 4. Ein optimiertes Messsystem mit eingeschränkter CMRR und Bandbreite verleitet zu einem schlechteren Design.

Auflösung und Wiederholbarkeit der Messung

Ein isoliertes Hochspannungsmesssystem bietet Auflösung und Wiederholbarkeit. Das Bild 5 zeigt eine Korrelation zwischen dem Miller-Plateau und dem Übergang am Schaltungsknoten des Schalters. Obwohl der Low-Side-Schalter einen Bezug zu Masse hat, ist das wirkliche Signal interessant und wie es die High-Side-Leistung beeinflusst. Bild 6 zeigt unkontrollierte Schwingungen am Low-Side-Schalter aufgrund der parasitären Kopplung zwischen dem Low-Side-Schalter, dem High-Side-Gate und dem Schalter-Knoten. Während der High-Side-Ausschalt-/Low-Side Einschalt-Übergänge zeigen sich die gleichen Charakteristiken. Im Bild ist das Miller-Plateau auf der Low-Side-V_GS deutlich zu sehen.

Die Kopplung parasitärer Elemente zwischen Schalter-Knoten und High- sowie Low-Side-FETs ist offensichtlich. Das isolierte Hochspannungsmesssystem bietet ausreichend Bandbreite für die Totzeit. Die zeitlich aufeinander abgestimmten High-Side- und Low-Side-Ereignisse lassen sich schwer messen, wenn gleichzeitiges Leiten der FETs vermieden werden soll. Das kann zu überhöhten Schaltverlusten, geringeren Wirkungsgrad und Bauteil-Degradation führen.

* Tom Neville ist Produktplaner und Produkt Marketing Manager in der Time Domain Business Unit von Tektronix.

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