HDO8000. Messungen an Motoren und Power Conversion Applikationen mit hochauflösenden 8 Kanal-Oszilloskopen

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1 HDO8000 Messungen an Motoren und Power Conversion Applikationen mit hochauflösenden 8 Kanal-Oszilloskopen

2 DSO in Power Conversion und Motor Drive Applikationen? Beide Applikationen sind getrieben von der Steigerung der Effizienz sowie einer immer komplexeren Ansteuerung der notwendigen Leistungselektronik. Zur Entwicklung und Analyse dieser Ansteuerung sind die bisher auf dem Markt verfügbaren DSOs nicht optimal Diese Applikationen benötigen einen sehr großen Dynamikumfang, der mit den in dem meisten DSO verbauten 8 Bit AD/Wandler nicht realisiert werden kann Diese Applikationen benötigen mehr als 4 Messkanäle Company Confidential 10/22/2014 2

3 Motor Drive Applikationen sind komplex es gibt kein Messgerät, das alle Applikation abdeckt Leistungs Messungen Line Eingang PWM Ausgang Effizienz Motor Integration Torque Speed Position Power Embedded Control Debug Analog Digital Serial Data Control Loop PWM Meist sehr niederfrequente Signale (1-5 MHz) Aber für eine Fehlersuche kann es sehr hilfreich sein, diese Signale in Korrelation mit anderen (schnellen) Signalen) zu betrachten Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 3

4 Motor Drive Applikationen sind komplex es gibt kein Messgerät, das alle Applikation abdeckt Power Section Measurements Line input PWM output Efficiencies Motor Integration Drehmoment Geschwindigkeit Position Power Debug Analog Digital Serial Data Control Loop PWM Sehr niederfrequente Signale (khz) Wünschenswert ist eine einfache Integration in das gesammte Mess- System Motor (mechanisch) Leistung = Drehmoment x Geschwindigkeit Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 4

5 Motor Drive Applikationen sind komplex es gibt kein Messgerät, das alle Applikation abdeckt Power Section Measurements Line input PWM output Efficiencies Motor Integration Torque Speed Position Power Embedded Embedded Control Analog Digital Serial Data Control Loop PWM Hohe Signalfrequenzen (>100 MHz) Typischer Weise ist ein Oszilloskop mit Mixed Signal Option die besste Lösung Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 5

6 Motor Drive Applikationen sind komplex es gibt kein Messgerät, das alle Applikation abdeckt Leistungs Messungen Line Eingang PWM Ausgang Effizienz Motor Integration Drehmoment Geschwindigkeit Position Power Embedded Control Analog Digital Serial Data Control Loop PWM Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 6

7 Power Analysatoren Spezialisiert auf Leistungsmessung Black-box Zahlen und Tabellen Wenig Möglichkeiten Signale darzustellen Kurze Speicher Geringe Abtastrate Geringe analoge Bandbreite Wenig Tools für die Fehlersuche Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 7

8 4ch, 8-bit Mixed Signal Oszilloskop Universell einsetzbar IGBT / MOSFET Analyse Fehlersuche Gute Signaldarstellung Lange Speicher Hohe Abtastrate Hohe analoge Bandbreite Für viele Messungen zu wenig Dynamik Nur 4 Kanäle Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 8

9 Auflösung Typischer Weise arbeiten DSO s mit 8bit A/D-Wandler 8bit A/D-Wandler können Signale mit max. 256 diskreten Amplitudenstufen auflösen ADC Auflösung Anzahl der Amplitudenstufen Dynamik Bereich db db Für Power Applikationen sind 8bit zu ungenau Beispiel für ein 100V-Signal 8 Bit mit 256 Stufen 391 mv Auflösung 12 Bit mit 4'096 Stufen 2.4 mv Auflösung Quantization Error Teledyne LeCroy GmbH 10/22/2014 9

10 Größere Messdynamik mit 12bit DSOs 8-Bit 12-Bit HDO Teledyne LeCroy GmbH

11 12bit HDO-Oszilloskope im Vergleich mit 8bit DSO Hier ist der Lehrlaufstrom (~ 500 ma) sehr klein im Vergleich zu dem Überlaststrom (~ 6.25Apk). Der Oszilloskop Bereich muss auf den zu erwartenden Spitzenstrom zzgl. Reserve eingestellt werden. Die HD4096-Technologie macht es möglich, einen vertikale Zoom von 25x durchführen und so dass Lehrlaufstromverhalten sichtbar zu machen HD bit Oszilloskope Eine 12-bit (1/4096) Quantisierungsstufe = (2.5A/div * 8 div)/4096 = 5mA Eine 8-bit (1/256) Quantisierungsstufe = (2.5A/div * 8 div)/256 = 78mA Beachten Sie die Nützlichkeit des vertikal Zoom in 12-Bit-Signalen. 8-bit Oszilloskope Teledyne LeCroy GmbH

12 8Ch, 12-bit Mixed Signal Oszilloskop (HDO8000) Mehr Kanäle mehr Analysemöglichkeiten. 12-bit Auflösung 8 Eingangskanäle 3-phase Analyse Fehlersuche Gute Signaldarstellung Lange Speicher Hohe Abtastrate Hohe analoge Bandbreite Mixed Signal Fähigkeit Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 12

13 Anforderungen an die analoge Bandbreite des DSO IGBT/MOSFET Charakterisierung Aktuelle Silicon (Si) Halbleiter haben eine Anstiegszeit von~30 ns ~100 MHz Bandbreite notwendig Nächste Generation von Silicon-Carbide (SiC) oder Gallium-Nitride (GaN) werden schneller sein 1ns Anstiegszeit ~500 MHz bis 1 GHz Bandbreite Embedded Microprozessor Geschwindigkeit bis zu 400 MHz z. B. für Vector FOC Controls Bis zu 1 GHz DSO Bandbreite notwendig Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 13

14 Power Analysator Fähigkeiten 2 & 3 Wattmeter Methode Stern / Dreieckschaltung mit Umrechnung von L-L zu L-N Meanwert für Wirk-, Schein-, Blindleistung, Power Faktor, φ über alle erfassten Zyklen Genauigkeit <1% Abweichung zu zu einem Power Analysator Company Confidential 10/22/

15 Numerische Spannung, Strom und Leistungsanalyse als Tabelle Frei konfigurierbare Power Ergebnis Tabelle (bis zu 10 Zeilen und 12 Spalten) Auswahl der Zeilen und Spalten bestimmt die Form der Messergebnis Tabelle Direkte Umrechnungsmöglichkeit von L-L zu L-N Konfiguration Teledyne LeCroy Company Confidential 10/2/14 15

16 Was tun bei dynamischen Vorgängen? Viele Probleme treten erst bei dynamischen Vorgängen auf: Start-Up Laständerung Überlast Power Analysatoren sind sehr genau, können aber nur sehr eingeschränkt dynamische Vorgänge analysieren Teledyne LeCroy GmbH 10/22/

17 Neu Per Cycle Messtechnik für dynamische Vorgänge Erfassung des dynamischen Vorgangs in einer Erfassung Als Beispiel sind rechts nur 2 Perioden dargestellt Finden der periodischen Zyklen und Unterleilung der Erfassung an Hand dieser Zyklen in einzelne Mess-Sequenzen In jeder Sequenz Berechnung der Wirkleistung (P) aus den erfassten V * I Abtastwerten Berechnung des Scheinleistung (S) aus V rms * I rms für jede periodische Sequenz N Messergebnisse für N periodische Sequenzen in der Erfassung Berechnung der Blindlesitung (Q) Berechnung von V DC, I DC, I peak, V peak, etc. pro periodischer Sequenz one period Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 17

18 Per Cycle Analyse für dynamische Vorgänge Mean Wert Statistische Werte Ein Klick auf den Messwert der Power Analysator Ergebnisse öffnet eine neue Tabelle mit Statistik und Details wie max, min, sdev sowie Anzahl der periodischen Zyklen Statistical Values Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 18

19 Zeitkorrelierte Analyse von dynamischen Vorgängen Zeitkorellierte Kurven der Messwerte zeigen das dynamische Verhalten des DUT über die erfasste Messzeit Mean Wert Mean Wert Statistische Werte Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 19

20 Analyse von dynamischen Vorgängen Langer Erfassungsspeicher 250 Mpts 25 Sekunden bei 10 MS/s Analyse von dynamischen Vorgängen Startup Laständerung Überlast Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 20

21 Mehr als nur ein Power Analysator. Korrelation von schnellen Signalen (Controller, Gate Ansteuerung etc.) mit langsamen Signalen (Power Cycle) analoge Signale Gleichzeitige und korrelierte Messung von: Analogen Signalen Digitalen Signalen Bus Signalen digitale Signale Bus Signale + Leistungsanalyse Teledyne LeCroy GmbH 10/2/14 21

22 HDO analoge Kanäle 12bit Auflösung (15bit mit ERES) Bis zu 1GHz analoge Bandbreite 0.5% DC-Genauigkeit, 400V Offsetbereich 250Mpts Speichertiefe pro Kanal Mixed Signal Option mit 16 Kanälen Vielfältige Serielle Bus Trigger und Decoder Motor Drive Analyse Power Analyzer Modus Messung pro Zyklus per Cycle Messtechnik Große Auswahl an Tastköpfen, Stromzangen Teledyne LeCroy GmbH 10/22/

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