[实用新型]一种光纤隔离多通道录波仪

说明书

本实用新型公开了一种光纤隔离多通道录波仪，包括录波仪主机和N个浮动测量单元，每个浮动单元结构相同均包括依次连接的模拟调理电路、ADC模块、数字信号采集模块、第一光电转换模块；还包括锂电池和电源管理电路，锂电池与电源管理电路连接，电源管理电路与模拟调理电路、ADC模块、数字信号采集模块和第一光电转换模块连接；录波仪主机中光电转换模块连接SFP‑FPGA模块，一个SFP‑FPGA模块连接m根内存条，且每个SFP‑FPGA模块均与测量显示模块连接，测量显示模块与触摸屏和主控模块连接；本实用新型具备极佳的宽带共模抑制能力和极高的性价比，给大功率电力电子设备调试带来极大便利。

技术领域

本实用新型属于示波器领域，尤其涉及一种录波仪。

背景技术

近年来电力电子变换器技术日新月异，特别是宽禁带器件极大的推进了电力电子变换器的发展，电力电子变换器朝着高效率和高功率密度发展，宽禁带器件即将代替传统的硅基IGBT/MOSFET。但是宽禁带器件由于开关速度非常快，对于测量设备也提出了更高的要求，而且因为开关速度快，导致共模干扰电压频谱较传统的IGBT/MOSFET大为扩展，使得现有的高压差分探头的共模抑制能力接近失效。市面上的高压差分探头共模抑制比(CMRR)虽然低频可以达到80dB，但是当频率在1MHz以上时，CMRR就会迅速下降到50dB。市面上CMRR参数最佳的是美国LeCroy公司的DA1855A型差分探头，该探头的CMRR在低频可以达到120dB，但是在100Hz时，共模抑制比会衰减到20dB。宽禁带器件的开关速度可以达到10ns以下，这种快速变化的边沿会对高压差分探头产生极宽范围的共模干扰电压，该干扰电压的带宽为35MHz，即使非常昂贵的DA1855A差分探头在35MHz时，其CMRR也只有40dB左右。而在一般的半桥应用中，直流母线电压为800V，经过40dB衰减后电压为8V，但是一般的栅极电压Vgs幅度一般在20V以下，8V的共模干扰对于Vgs测量几乎不可接受。为了达到勉强可用的状态，需要在35MHz频率处CMRR依然大于60dB。现有的高压差分探头基本无法实现这一指标。

针对桥臂上管测量共模干扰问题，很多产品试图用浮地的示波器配合无源单端探头直接测量。采用这种方式的示波器虽然不接地，但是示波器内部的电源和大地之间通过传统的开关电源变压器隔离，会产生很大的寄生电容；而针对宽禁带器件，要求和大地之间的寄生电容在10pF以下，以减少共模电流对被测电路的干扰。该方式还会因为示波器的电源变压器隔离程度不够，导致出现多谐振尖峰问题。而且示波器还是需要人工来操作的，示波器和上管一起浮动时会造成潜在人身伤亡危害。即使有非常理想的隔离电源，也会影响测量精度，因为示波器内部电源变压器隔离电容非常低，但是示波器及其探头本身体积很大，依然和大地形成了很大的寄生电容，仍然会影响测量效果。

泰克公司最新推出的IsoVu系列光纤隔离探头利用光纤实现测量电路和示波器之间的隔离。IsoVu系列探头首先用电池供电的测量电路，将被测信号经过处理后，将信号调制在光信号中，然后在另一端接收光信号并重建模拟信号，然后输入示波器完成信号的隔离测量。这种方式具有极佳的共模抑制能力，但是这种方式最大的问题是在示波器处需要重建信号，实际上光纤内传输的一般为数字信号，如果有适合的设备配合，完全可以直接将数字信号接收并直接显示即可，无需将数字光信号转换为模拟信号再用示波器采集显示，从而节省成本。泰克的 IsoVu系列探头即使最便宜的一根也要大约15万人民币左右，价格太过昂贵，且无法大面积使用。

业界还有人提出用无线WiFi示波器的概念来解决浮动电压测量的问题，如果用无线示波器，那么至少需要三个示波器来分别测三个上管的信号，但是目前并没有人能解决这三个示波器之间如何利用WiFi实现ns级别同步的问题，而且常用的WiFi最高也才1000Mbps，对于实时录波仪来说存在带宽不够的问题。