Высоковольтные пробники серии АКИП-4809
Представляем серию высоковольтных оптоизолированных пробников АКИП-4809: конструкция, принцип действия, основные характеристики и области применения. Пробники обеспечивают полосу пропускания от 150 МГц до 1 ГГц, измерение дифференциальных напряжений до ±2500 В при полной гальванической развязке (напряжение изоляции 60 кВ) и предназначены для работы с силовой электроникой на базе широкозонных полупроводников (SiC, GaN).
Введение
Развитие силовой электроники на базе широкозонных полупроводников (SiC и GaN) предъявляет к измерительным средствам требования, которые обычные дифференциальные пробники выполнить не в состоянии: высокий уровень синфазных напряжений, большие скорости нарастания напряжения на фронтах переключения и необходимость полной гальванической развязки между измеряемой цепью и осциллографом. Оптоизолированные пробники серии АКИП-4809 удовлетворяют этим требованиям и при этом существенно дешевле представленных на рынке аналогов.
Концепция оптоволоконной линии передачи сигнала в измерительной технике прорабатывалась ещё с 1960-х годов, однако первые коммерческие оптоизолированные пробники появились в 2016 году — измерительная система Tektronix IsoVu с полосой пропускания до 1 ГГц и коэффициентом ослабления синфазной помехи (КОСХ) до 120 дБ в полосе до 100 МГц. Впоследствии аналогичные решения выпустила компания Rohde & Schwarz (RT-ZISO). Технология стала де-факто стандартом при исследовании быстро переключающихся силовых преобразователей, но остаётся дорогой. Серия АКИП-4809 сопоставима с флагманскими решениями по полосе пропускания, напряжению изоляции и уровню собственного шума, будучи при этом значительно доступнее.
Конструкция и принцип действия
Пробник АКИП-4809 построен по классической трёхблочной схеме:
- Измерительная головка. Находится под потенциалом измеряемой цепи; содержит прецизионный сменный аттенюатор и электрооптический преобразователь, модулирующий оптический сигнал пропорционально входному напряжению.
- Оптоволоконный кабель длиной 2 м. Обеспечивает полную гальваническую развязку и невосприимчивость к электромагнитным помехам. Сигнал передаётся в оптической форме, что исключает «земляные петли» и снижает риск повреждения осциллографа.
- Выходной модуль. Подключается к осциллографу через BNC-разъём; в зависимости от модели требуется вход осциллографа с сопротивлением 1 МОм (АКИП-4809/1…/3) или 50 Ом (АКИП-4809/4, /5). Модуль демодулирует оптический сигнал и преобразует его обратно в напряжение для отображения на экране осциллографа.
Измерительная головка питается от встроенного литий-ионного аккумулятора (3,7 В) с временем работы около 8 часов, что обеспечивает её полную автономность. Зарядка — через разъём USB Type-C; сетевой адаптер питания входит в комплект поставки.
Ключевые особенности
Одна из ключевых особенностей серии — малая входная ёмкость (около 5 пФ со стандартным аттенюатором ×10, снижается при увеличении коэффициента ослабления), что минимизирует влияние пробника на измеряемую цепь и уменьшает риск возникновения паразитных колебаний. Сменные аттенюаторы — ×10 в стандартной комплектации и опциональные ×20, ×100, ×200, ×500, ×1000 (для модели АКИП-4809/4 дополнительно ×5000) — позволяют адаптировать пробник к диапазонам измеряемых напряжений от единиц вольт до ±2500 В, сохраняя оптимальное соотношение сигнал/шум.
Основные характеристики
| Параметр | АКИП-4809/1 | АКИП-4809/2 | АКИП-4809/3 | АКИП-4809/4 | АКИП-4809/5 |
| Полоса пропускания | 150 МГц | 350 МГц | 500 МГц | 800 МГц | 1 ГГц |
| Время нарастания | 2,3 нс | 1 нс | 0,7 нс | 0,43 нс | 0,35 нс |
| Диапазон измеряемого напряжения | 10X (стандарт): ±25 В; 20X (опц.): ±50 В; 50X (опц.): ±125 В; 100X (опц.): ±250 В; 200X (опц.): ±500 В; 500X (опц.): ±1250 В; 1000X (опц.): ±2500 В | 10X (стандарт): ±25 В; 20X (опц.): ±50 В; 50X (опц.): ±125 В; 100X (опц.): ±250 В; 200X (опц.): ±500 В; 500X (опц.): ±1250 В; 1000X (опц.): ±2500 В | 10X (стандарт): ±25 В; 20X (опц.): ±50 В; 50X (опц.): ±125 В; 100X (опц.): ±250 В; 200X (опц.): ±500 В; 500X (опц.): ±1250 В; 1000X (опц.): ±2500 В | 10X (стандарт): ±5 В; 100X (опц.): ±50 В; 1000X (опц.): ±500 В; 5000X (опц.): ±2500 В | 10X (стандарт): ±5 В; 20X (опц.): ±10 В; 50X (опц.): ±25 В; 100X (опц.): ±50 В; 200X (опц.): ±100 В; 500X (опц.): ±250 В; 1000X (опц.): ±500 В; 5000X (опц.): ±2500 В |
| Погрешность | ±1,5 % + 5 мВ | ±1,5 % + 5 мВ | ±1,5 % + 5 мВ | ±1,5 % + 5 мВ | ±1,5 % + 5 мВ |
| Выходное напряжение | ±2,5 В | ±2,5 В | ±2,5 В | ±0,5 В | ±0,5 В |
| Входное сопротивление совместимого осциллографа | 1 МОм | 1 МОм | 1 МОм | 50 Ом | 50 Ом |
| Напряжение изоляции | 60 кВ | 60 кВ | 60 кВ | 60 кВ | 60 кВ |
| Шум | ≤6 мВ СКЗ | ≤6 мВ СКЗ | ≤10 мВ СКЗ | ≤10 мВ СКЗ | ≤6 мВ СКЗ |
| Время задержки | 20 нс ± 0,1 нс | 20 нс ± 0,1 нс | 20 нс ± 0,1 нс | 20 нс ± 0,1 нс | 20 нс ± 0,1 нс |
Комплектация и опции
В стандартный комплект поставки входят: пробник, аттенюатор ×10 (±25 В), MCX-коннекторы (5 шт.) и MCX-адаптеры (2 шт.), переходники с шагом 5,08 мм (2 шт.), соединительный кабель, держатель и сетевой адаптер питания.
Опционально доступны сменные аттенюаторы: ×20 (±50 В), ×100 (±250 В), ×200 (±500 В), ×500 (±1250 В), ×1000 (±2500 В); для модели АКИП-4809/4 — дополнительно ×5000 (±2500 В). Напряжение изоляции 60 кВ сохраняется для всех моделей и всех вариантов аттенюаторов, что позволяет работать в цепях с высоким синфазным потенциалом при соблюдении требований электробезопасности.
Области применения
- Разработка и тестирование силовых приборов (SiC MOSFET, GaN HEMT, IGBT): измерение напряжений на управляющем и силовом электродах (VGS/VDS у MOSFET, VGE/VCE у IGBT) в полумостовых и полномостовых схемах, анализ динамических потерь.
- Инверторы и приводы электродвигателей: контроль сигналов на высоковольтных шинах, фазных выходах и в цепях драйверов.
- Импульсные источники питания: анализ переходных процессов в резонансных преобразователях, снабберах и цепях с плавающим потенциалом.
- Высоковольтные измерения в энергетике и на подстанциях, где требуется полная развязка от земли.
- Научные исследования: плазменные установки, ускорители частиц, лазерные системы.
Сравнение с аналогами
По сравнению с оптоизолированными пробниками Tektronix IsoVu и Rohde & Schwarz RT-ZISO серия АКИП-4809 предлагает:
- существенно более низкую цену при сопоставимых полосе пропускания (до 1 ГГц), напряжении изоляции (60 кВ) и уровне собственного шума (6 мВ скз);
- сменные аттенюаторы с коэффициентом до ×5000, расширяющие диапазон измерений до ±2500 В;
- автономность измерительной головки: аккумулятор с временем работы около 8 ч удобен при стендовых и полевых измерениях;
Заключение
Серия АКИП-4809 покрывает диапазон полос пропускания от 150 МГц до 1 ГГц и позволяет измерять дифференциальные напряжения до ±2500 В при полной гальванической развязке (60 кВ) между измеряемой цепью и осциллографом. Это делает её практичным инструментом для разработки и отладки современной силовой электроники.
