Gleichtaktunterdrückung

Eine Halbbrücken-Schaltung mit IsoVu optimieren

| Autor / Redakteur: Tom Neville * / Hendrik Härter

Halbbrücken-Schaltungen: IsoVu wird optisch mit dem Oszilloskop verbunden. Damit lassen sich Gleichtaktsignale von differentiellen Signalen trennen. Somit sind wiederholbare und genaue Messungen auch bei hohen Gleichtakt-Spannungen möglich.
Halbbrücken-Schaltungen: IsoVu wird optisch mit dem Oszilloskop verbunden. Damit lassen sich Gleichtaktsignale von differentiellen Signalen trennen. Somit sind wiederholbare und genaue Messungen auch bei hohen Gleichtakt-Spannungen möglich. (Bilder: Tektronix)

IsoVu ist ein galvanisch isoliertes Messsystem, mit dem sich Halbbrücken-Schaltungen optimieren lassen. Im Text wird gezeigt, wie sich Messungen der High-Side-Gate-Spannung verbessern lassen.

Die Spannung für ein High-Side-Gate möglichst genau zu messen, hängt vom eingesetzten Messsystem ab. Zudem lassen sich Halbbrücken-Schaltungen optimieren. Tektronix hat das IsoVu-System entwickelt, das eine Gleichtaktunterdrückung über die gesamte Bandbreite bietet. Die hier beschriebenen Messungen wurden an einer Halbbrücken-Konfiguration mit eGaN-FETs sowohl am High-Side- als auch am Low-Side-Schalter ermittelt. Die Fortschritte bei den Komponenten zur Energieumwandlung und strengere Design-Anforderungen haben genaue Messungen in diesen Designs und deren Charakterisierung immer schwieriger gemacht.

Bisher gab es keine Test- und Messtechnik, um die Gate-Source-Spannung (VGS) im High-Side-Pfad bei hohen Gleichtaktspannungen zu messen. Die meisten differentiellen Signale lassen sich bei hochfrequenten Gleichtakt-Spannungen nicht genau messen. Hier sind alternative Methoden gefragt: Eine umfassende Simulation, die Messung am Low-Side-Schalter (mit Masse-Bezug) mit nachfolgender Auslegung der Ergebnisse für den High-Side-Schalter, thermische Eigenschaften untersuchen, EMV-Nahfeldsonde oder Trial- and Error-Methoden einsetzen.

Ergänzendes zum Thema
 
Das IsoVu-Messsystem und was es bietet

Die Vorteile einer Halbbrücken-Schaltung können nur dann erreicht werden, wenn die Halbbrückenschaltung, die Gate-Ansteuerung und das Layout richtig entwickelt und optimiert wurden. Dazu sind allerdings exakte Messungen notwendig. Um die Voraussetzungen der Design-Anforderungen zu erfüllen, müssen die in Bild 1 dargestellten Signale charakterisiert werden. Im Allgemeinen gibt es drei charakteristische Bereiche beim Einschaltsignal: 1. Die Gate-Source-Ladezeit (CGS). 2 Das Miller-Plateau verdeutlicht die notwendige Zeit, um die Gate-Drain-Miller-Kapazität (CGD) aufzuladen. Diese ist wiederum 3. von der Drain-Source-Spannung (VDS) abhängig. Die Ladezeit nimmt dabei mit VDS zu. Sobald der Kanal leitend ist, wird das Gate bis auf seinen Endwert aufgeladen.

Die High-Side-VGS ist der Knotenspannung am Schalter überlagert, die zwischen Masse und der Eingangs-Versorgungsspannung umschaltet. Da sich die Gleichtaktspannung schnell ändert, lässt sich die Gate-Source-Spannung ohne Gleichtaktunterdrückung nicht messen. Der Versuch einer High-Side-VGS-Messung führt zu einem Signal, das ähnlich wie in Bild 2 aussieht. Der Teledyne LeCroy DA1855A wurde für die Messung zusammen mit einem Oszilloskop von LeCroy verwendet. Die Gleichtaktunterdrückung (CMRR) des DA1855A liegt bei niedrigen Frequenzen bis zu einigen MHz bei -80 dB. Mit zunehmenden Frequenzen nimmt die Gleichtaktunterdrückung jedoch stark ab. So erreicht der CMRR-Wert zum Beispiel bei 100 MHz nur noch -20 dB.

Ergänzendes zum Thema
 
Das bietet die IsoVu

Wie der Vergleich der Messung mit einem idealen Einschaltvorgang zeigt, erlaubt das praktisch keine Extraktion von aussagefähigen Details. Damit lässt sich nicht ermitteln, was in den jeweiligen Bereichen vorgeht, so dass auch keine Design-Entscheidungen auf der Basis dieser Messungen möglich sind. Außerdem verändert sich das in Bild 2 gezeigte Signal dramatisch, wenn die Position der Zuleitungen des Tastkopfes verändert wird. Wiederholbare Messungen sind nicht möglich.

Inhalt des Artikels:

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44201830 / Messen/Testen/Prüfen)