(Bild: Siglent)
Video: SIGLENT SDS2000X HD 12-bit Hi-Res Digital Oszilloskop Einführung
In den letzten Jahren hat die Verbreitung von Geräten der Leistungselektronik sehr stark zugenommen. Die Treiber hierfür sind die Elektrifizierung von Transportmitteln (E-Mobility), die stark steigende Anzahl von batteriebetriebenen Produkten (Smartphone, IoT-Device) und die Transformation der Energiegewinnung von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energiequellen. Die konkreten Anforderungen in diesen Bereichen sind teilweise sehr unterschiedlich, aber alle folgen drei übergeordneten Zielen: Energieeffizienz, Kosteneffizienz und Konformität.
Die Kernaufgabe der Leistungselektronik ist die Umwandlung und Anpassung von Spannungen, Strömen oder Frequenzen. Dies gilt gleichermaßen für Inverter, AC/DC-, DC/DC-Konverter oder für Motorantriebe. Die zentralen Elemente der "Wandler" sind Halbleiterkomponenten, wie Transistoren oder Dioden. Der Großteil der heutigen elektronischen Halbleiterschalter ist noch auf Basis von Silizium ausgeführt. Neue Halbleiter wie Siliziumkarbid und Galliumnitrid sind stark auf dem Vormarsch. Der größte Vorteil sind die niedrigeren Verluste im "Schalter", welche zu einer verbesserten Energieeffizienz führen. Dies wiederum lässt E-Autos weiterfahren, verlängert die Lebenszeit von batteriebetriebenen Sensoren und hilft durch Energieeinsparungen bei der Reduktion von Treibhausgasen. Die neuen Halbleiter bringen im Einsatz aber auch neue Herausforderungen mit sich. Dies wiederum bringt neue Anforderungen für die Messtechnik.
Genaue Messungen und präzise Analysen sind entscheidend für das Design, die Entwicklung und die Fehlerbehebung von leistungselektronischen Systemen. Oszilloskope, als wesentliche Werkzeuge zum Erfassen und Analysieren elektrischer Signale, spielen dabei eine entscheidende Rolle. Speziell für die Anwendungen aus der Leistungselektronik wird zur Analyse von Signalanomalien oftmals eine feine vertikale Auflösung oder eine hohe Dynamik benötigt. Zur Erfassung dieser Details ist die am Markt übliche 8-bit Auflösung von Oszilloskopen regelmäßig unzureichend.
Der Fortschritt in der Oszilloskop-Technologie hat zur Entstehung von hochauflösenden Oszilloskopen mit 12-bit Analog-Digital-Wandlern (ADCs) wie dem SDS2000X HD von Siglent geführt. Durch die 12-bit ADCs wird eine 16x feinere Auflösung (gegenüber 8-bit) erreicht. Diese ermöglicht es Ingenieuren und Forschern, kleinste Variationen, Rauschen und Verzerrungen in leistungselektronischen Signalen zu erkennen, die sonst unbemerkt bleiben könnten.
Es hilft dabei,
- potenzielle Probleme zu identifizieren,
- die Systemleistung zu optimieren und
- die Einhaltung von Branchenstandards sicherzustellen.
Zusammengefasst sind die Vorteile der Erfassung mit 12-bit
- die verbesserte Signalintegrität,
- die Möglichkeiten präzise Messungen von Rauschen und Ripple durchführen zu können und
- der erweiterte Dynamik-Bereich.
Durch den größeren Dynamikbereich können 12-Bit-Oszilloskope sowohl kleine als auch große Signale gleichzeitig messen. Der horizontale und vertikale Zoom der SDS2000X HD Serie verbessert die detaillierte Analyse der von kleinsten Signalen Anwesenheit von hohen Pegeln erheblich.
Neben den Anforderungen an Auflösung müssen an Leistungselektroniksystemen häufig mehrere Kanäle und komplexe Interaktionen zwischen verschiedenen Signalen und Komponenten analysiert werden. In solchen Szenarien ist der Zugriff auf mehrere zeitsynchronisierte Kanäle auf einem Oszilloskop entscheidend für eine umfassende Analyse. Das Siglent SDS6000L, ein 8-Kanal-Oszilloskop, deckt diesen Bedarf ab, indem es gleichzeitige Messungen und umfassende Sichtbarkeit mehrerer Signale bietet. Die Notwendigkeit von mehr als vier Kanälen kommt besonders häufig im Umfeld von Motorsteuerungen und mehrphasen Systemen vor. So benötigt man bereits 6 Kanäle (3x Spannung, 3x Strom) bei Messungen an einem 3-phasen System. Ein AC-AC Wechselrichter benötigt gegebenenfalls sogar 12 Kanäle (6 eingangsseitig plus 6 ausgangsseitig). Mit der Möglichkeit der zeitlich synchronisierten Kaskadierung von zwei Geräten der SDS6000L Serie bietet Siglent auch hierfür eine Lösung.
Das Gebiet der Leistungselektronik verzeichnet ein rasches Wachstum und erweitert seinen Einfluss in zahlreichen Branchen. Mit zunehmender Komplexität der Systeme wird die Notwendigkeit genauer Messungen und präziser Analysen immer wichtiger. Hochauflösende Oszilloskope mit 12-Bit-ADCs wie das SDS2000X HD von Siglent bieten erhebliche Vorteile in Bezug auf verbesserte Signalgenauigkeit, erweiterten Dynamikbereich und präzise Messfähigkeiten. Darüber hinaus ermöglicht die Verfügbarkeit von 8-Kanal-Oszilloskopen wie dem Siglent SDS6000L Ingenieuren, mehrere Signale gleichzeitig umfassend zu analysieren, was eine effiziente Systementwicklung, -gestaltung und Fehlerbehebung unterstützt.
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