心血来潮之DIY高压差分探头
调试开关电源或者电机驱动的坛友应该都经历过,想看市电初级波形或者H桥上管波形非常麻烦,测试的时候没有差分探头真心不方便。根据坛友RAMILE推荐的电路DIY了一个,经验证效果还行,发出来跟大家一起讨论改进,争取出一版基本靠谱的。
原帖:《DIY了低性能一个高压差分探头 》
链接:https://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=5723996&pid=11320505&page=1&extra=page%3D1#pid11320505
原版原理图见51楼。
我的原理图如下,基本照抄,仅改动电源部分。原设计采用TPS65133产生正负电源,查了一下这个芯片不是特别好买,同时也担心产生噪声,干脆换成自制的ROYER正弦变换,尽量减小干扰。
电源也没有采用电池供电,查阅了一下大部分的商用差分探头都是外部供电的,考虑示波器也大多是市电供电,干脆直流输入,简化设计,倒是以后可以考虑加个MicroUSB接口。
调试的时候才发现C10、C14并联的10M电阻漏了。还好可以叠在电容上面焊接,影响不大。
在TB上面找了个大概合适的外壳,先画一版大概的PCB外形。走线比较随意,大家多提整改意见
3D图如下:
PCB打样回来,当然需要亚黑板才能装逼{:3_48:}
绕变压器是个辛苦活,先绕几个样品
样板焊接完成,全裸展示{:2_33:}
先调试电源部分,线性稳压前面8V左右,满载时测试初级震荡波形如下,比较漂亮的正弦波。实测次级π型滤波器有一点纹波,经过线性稳压器之后就非常干净了。
全部装配好之后整机输入电流260mA左右,随便找个5V的适配器就可以供电。检查各部分无误后开始测试{:loveliness:}
以下的测试都是用杨中科泰CALTEK CA1640-20型信号发生器产生波形,100M无源探头和自制差分探头做对比。留点悬念,就不一一告知哪路对应无源探头和自制差分探头了 先上方波测试
方波500K
方波500K波形,两个探头重叠对比
方波500K上升沿
方波500K下降沿
方波500K峰峰值
方波1M
方波2M
方波3M
方波4M
方波5M
号称20M的 MAX038方案信号发生器,正弦波才1M就惨不忍睹了,对比下面的正弦波测试,看来方波确实是考验仪器的东西呀
以后有机会拿到高端的信号发生器再对比测试
上两节9V电池如何?电路可以大大简化 感觉正弦波比较容易蒙混过关,轻松过10M
正弦波500K
正弦波1M
正弦波5M
正弦波10M
抽取1M正弦波非正式的测试一下CMRR
当然工频电压也要测一下,直接夹在隔离变压器的输出
能把测量端与输出端完全隔离么?
本帖最后由 鸠摩智 于 2020-4-14 21:02 编辑
······
刚才没有编辑好删帖一次,我今天的附件数量居然超了{:2_33:}
那好吧,洗洗睡,明天更新 castiello 发表于 2020-4-14 20:55
上两节9V电池如何?电路可以大大简化
才不呢,到哪找能装两节9号电池的、巨丑无比的外壳去
就算装上电池,这玩意的正负电源需要接近100mA的电流,用不了多久就得换电池
要不满世界找电池,要不得想办法降功耗,都不是我想要的
要的就是供电随便找,我甚至想再搞一级稳压,5V/12V随便插 不错哦,大多示波器也带USB口的,可以用来供电,实在不行就用移动电源也不错. castiello 发表于 2020-4-14 20:57
能把测量端与输出端完全隔离么?
不能
完全隔离还要保证带宽的话会要老命的
参考业界的高压差分探头,基本都没有隔离的 我对示波器探头差分的意义比较模糊.
一直以为主要起到隔离作用.你想要的功能隔离变压器无法解决吗? 做得挺靓的,有多的吗?想要二个试下. 感觉还是换回TPS65133靠谱一点,然后设计成单节18650供电,可以解决噪声问题。你搞个变压器更复杂了,就那个变压器能卡掉论坛90%以上人的动手能力。 换TPS65135也行啊,那个重新定义了永久的商城有售。实在不行TPS65130应该也可以。 用dc-dc吧,效率高一大截,目测这个正常的电流应该是50mA以内 不错,看过楼主的royer帖子 楼主做的不错啊,我有安捷伦高压探头了,不然也买这个玩一下。 下面开始实物测试,分别对DCDC和ACDC进行测试
DCDC为36VDC输入,工作频率100KHz
DCDC轻载波形1
DCDC轻载波形2
DCDC轻载波形3
DCDC空载波形
DCDC轻载波形,脉宽700ns 220VAC输入反激 ACDC测试
zpywz 发表于 2020-4-14 22:00
我对示波器探头差分的意义比较模糊.
一直以为主要起到隔离作用.你想要的功能隔离变压器无法解决吗? ...
肯定有需求才有市场呀,比如要看H桥的上管波形,就不是隔离变压器能够解决的了 lcw_swust 发表于 2020-4-14 21:06
不错哦,大多示波器也带USB口的,可以用来供电,实在不行就用移动电源也不错.
这个建议不错,配一条USB转5.5插头的线就解决了 newlife2lyf 发表于 2020-4-14 22:12
做得挺靓的,有多的吗?想要二个试下.
就做了两个自用,等全部测试没有问题了再考虑多做几个 wajlh 发表于 2020-4-14 22:36
感觉还是换回TPS65133靠谱一点,然后设计成单节18650供电,可以解决噪声问题。你搞个变压器更复杂了,就那 ...
感觉这个说法不太靠谱,从我的经历来说,DCDC的开关噪声是很难处理的,ROYER变换是很皮实的
没有实际用过这个芯片,不知道有何特别之处能够解决开关噪声
变压器并不复杂,我能搞掂就行了{:2_33:}
其实不会有几个人尝试真正动手去做的,图纸在论坛的时间也不短了,不是也没有看到其他人在仿制么
真心要做,自然会想办法解决
TPS65133是QFN封装,带EPAD,焊接也很难的{:titter:} 鸠摩智 发表于 2020-4-15 08:14
就做了两个自用,等全部测试没有问题了再考虑多做几个
好的,非常期待,最好是这样带变压器的,噪声会好些 这个有需求,价格合适到时来一个。 动作真快.价格合适我也来个 鸠大师,在下想请教下你的ROYER次级线圈输出的正弦波波形腰间放大会不会有小的尖峰?去年我按照你开源的电路也画了块电路板,输出波形看起来挺好的,就是仔细看在波形的腰间会有小的尖峰,并不是很明显,放大之后才看到是个尖锐的小尖峰,不知道是怎么回事,变压器我是用铁硅铝磁环双线并绕11匝做初级主,初级副是绕4匝。 鸠摩智 发表于 2020-4-15 08:26
感觉这个说法不太靠谱,从我的经历来说,DCDC的开关噪声是很难处理的,ROYER变换是很皮实的
没有实际用过 ...
噪声低不低,得看手册或者实测。我只是看到了TI资料上特别提到了低噪声的特点,原来的作者也提到了TI用独特的方法降低DC/DC噪声,而且TPS65135这个芯片的官方参考设计是便携设备的音频应用。 升压效率也可以做到80%,上面有坛友也提到了,你做的整体功耗偏高,功耗主要来自于那几个运放,直接测运放功耗就清楚了。即使按照你目前的功耗260mA,设计成单节锂电完全有可能的,单节186850容量3000mah,能支撑10个小时的测试。当然只是提一下建议,交流一下技术。要不要测试下你来决定。 楼主这示波器还是用的电子枪的? 鸠摩智 发表于 2020-4-14 21:06
才不呢,到哪找能装两节9号电池的、巨丑无比的外壳去
就算装上电池,这玩意的正负电源需要接近100mA的电 ...
支持,能兼容12V才方便,随便找电源。 zpywz 发表于 2020-4-14 22:00
我对示波器探头差分的意义比较模糊.
一直以为主要起到隔离作用.你想要的功能隔离变压器无法解决吗? ...
示波器普通的通道是共地的。隔离变压器只能测一路,想测2-3-4路怎么办。 JackFrost 发表于 2020-4-15 09:50
鸠大师,在下想请教下你的ROYER次级线圈输出的正弦波波形腰间放大会不会有小的尖峰?去年我按照你开源的电 ...
大师不敢当,一起交流
https://cache.amobbs.com/new2012/forum/201703/24/082332ygfc9g1wrwmi0rms.jpg
这种波形吧?加大串联的电感,调整谐振电容试试 wajlh 发表于 2020-4-15 09:52
噪声低不低,得看手册或者实测。我只是看到了TI资料上特别提到了低噪声的特点,原来的作者也提到了TI用独 ...
数据手册上面给出了测试数据
不过这种测试通常按照纹波测试的标准,示波器开启带宽限制,接地夹和探头并联22uF+0.1uF电容
实际的噪声还是会比较大的,我说噪声而不仅仅是纹波
本身对于这种高压差分探头,没有采用电池供电主要考虑测试环境不会缺少电源,而正在测试的时候需要充电或者找电池是无法忍受的
不考虑电池供电的话60%还是80%的电源效率就无所谓了,USB供电电流从250mA降低到200mA意义不大
想用电池供电的坛友可以尝试一下,我就偷个懒用ROYER,既便宜又不用担心引入噪声
对了,TPS65133这个芯片估计要20元,3*3mm带热焊盘的QFN也不是那么好焊接的
huangqi412 发表于 2020-4-15 09:54
楼主这示波器还是用的电子枪的?
哈哈,是呀,安捷伦的54622A,比较老的型号了 价格合适我也来个 本帖最后由 kickdown 于 2020-4-15 22:45 编辑
zpywz 发表于 2020-4-14 22:00
我对示波器探头差分的意义比较模糊.
一直以为主要起到隔离作用.你想要的功能隔离变压器无法解决吗? ...
如果是为了和电网隔离,可以用变压器。但这样有3个问题:
1、悬浮示波器,有一定触电风险
2、只能测试一个通道,两个通道不同参考地无法进行测量(当然用CH1-CH2这种可以试试低频信号)
3、假如测试的是IGBT的gs电压,即使使用隔离变压器供电也有可能在夹子连上IGBT的E时上报IGBT故障而停机。 顺便上传一些高压差分探头的资料
泰克P5200
美信的MAX739产生负压、MAX436差分放大,高速运放AD818、比较器LM311、运放EL2120作用暂时未知
这一个貌似是原理图,可惜只有一部分
台湾品格 PT-5230
芯片打磨了,看不出什么方案 本帖最后由 kickdown 于 2020-4-15 22:53 编辑
鸠摩智 发表于 2020-4-15 21:43
台湾品格 PT-5230
鸠兄,感谢您这个拆解图。我一直想知道品致15kV RMS/20M带宽哪款内部高压部分处理方式,但是看了您这个大概也能估计出来啥样了。
高压输入对BNC承受10kV电压,就算是峰值,里面能耐压的似乎也只有2个3W电阻串联(再并联一些1206电容)。我拆解DP-50(标称比这个电压低,差模可能峰值6kV)的时候发现也是2个3W电阻串联的模式。这电阻能有这么高耐压?
反正拆解完DP50我是不敢再用到那么高电压上了,对地顶多加到峰值2kV了。我板子画成那样,也只敢标称6kV……当然,这么大间距的布局,波形能好看,带宽能上10M,设计的难度要上天……
还有一个事就是Royer可能是比较好的一个方案,DCDC方式必须非常小心纹波,我用了2级LC加磁珠仍然抑制不住,到最后只能换上电荷泵了。但是便宜电荷泵带载能力很可怜,所以我探头范围只能在±750V/200X衰减/USB供电时 还有一个疑问:您的外壳有屏蔽部分吗,是如何保证分布电容基本稳定的呢。我那个放在桌子上和拿起来波形都会变化,当然和我高压部分过长的布局肯定也有很大的关系。 鸠摩智 发表于 2020-4-15 08:14
就做了两个自用,等全部测试没有问题了再考虑多做几个
大师,可否分享一下运放在哪里买的。 kickdown 发表于 2020-4-15 22:50
鸠兄,感谢您这个拆解图。我一直想知道品致15kV RMS/20M带宽哪款内部高压部分处理方式,但是看了您这个大 ...
他这个应该算4个电阻抗6KV
这类高压电阻通常是定制的,耐压跟普通电阻不一样
十年前设计激光打印机引擎板的时候就用过这类电阻,找厂家专门定制,不然容易击穿
你的板子也太夸张了,其实不需要的,开关电源里面的光耦间距6mm左右就可以承受3KV的耐压测试
高压高带宽的波形要做好当然难得多
商用产品基本上都有补偿调节的可调电阻和可调电容,校准应该花费不少时间和精力 kickdown 发表于 2020-4-15 22:56
还有一个事就是Royer可能是比较好的一个方案,DCDC方式必须非常小心纹波,我用了2级LC加磁珠仍然抑制不住, ...
是的,我就是考虑处理DCDC的噪声需要功力,干脆用自己熟悉的ROYER,现在看起来是值得的,就算测试小信号,噪声干扰也不严重 kickdown 发表于 2020-4-15 23:01
还有一个疑问:您的外壳有屏蔽部分吗,是如何保证分布电容基本稳定的呢。我那个放在桌子上和拿起来波形都会 ...
买的外壳还没有回来,裸奔中
以后考虑在外科贴上铜箔试试屏蔽效果,其实更想做的是把前端电路用屏蔽罩盖起来
使用了几天感觉良好{:loveliness:} 非常顺手,想看什么波形就看什么波形{:lol:}
也没有发现你说的分布电容引起波形变化,用手触摸电路倒是有轻微变化 GFM123 发表于 2020-4-16 07:17
大师,可否分享一下运放在哪里买的。
嘉立创和在心间都有,不怕死的话TB大把{:lol:} 鸠摩智 发表于 2020-4-16 11:26
嘉立创和在心间都有,不怕死的话TB大把
谢谢,大师。 鸠摩智 发表于 2020-4-16 11:25
买的外壳还没有回来,裸奔中
以后考虑在外科贴上铜箔试试屏蔽效果,其实更想做的是把前端电路用屏蔽罩盖 ...
可能是我那个基本的差分电路拓扑,对分布参数更敏感吧。 鸠摩智 发表于 2020-4-16 11:17
他这个应该算4个电阻抗6KV
这类高压电阻通常是定制的,耐压跟普通电阻不一样
十年前设计激光打印机引擎板 ...
可能还是根据使用场合不同,绝缘强度设计不同。我这个6kV测试的时候特意对比了6500VI的GBT驱动板,比它绝缘加强了一点,但是量级仍然是差不多。
其实我这个在工业应用场合,也是不太够的,您可以注意看一下6kV的户内用高压电压互感器,高压端到地电位的爬电距离,比我这个高了n倍。而我设计这个东西的初衷,其实也是打算在高压电气设备上长时间安装使用的,要考虑老化,污浊,潮湿,振动,环境温度…… kickdown 发表于 2020-4-16 12:37
可能还是根据使用场合不同,绝缘强度设计不同。我这个6kV测试的时候特意对比了6500VI的GBT驱动板,比它绝 ...
这种商业仪器应该是通过了认证的,可能是执行标准不一样吧 mark 学习了后面仿制来验证 嗯,不错 成本大概多少? 鸠摩智 发表于 2020-4-16 11:25
买的外壳还没有回来,裸奔中
以后考虑在外科贴上铜箔试试屏蔽效果,其实更想做的是把前端电路用屏蔽罩盖 ...
可以直接两个通道,一个加差分接上桥臂,另一通道不加差分接下桥臂吗? xly 发表于 2020-4-16 21:46
可以直接两个通道,一个加差分接上桥臂,另一通道不加差分接下桥臂吗? ...
共地!共地!共地!
关键在于谁跟谁共地,两个不同的地线是否等电位
比如H桥的电源是市电经过整流桥来的,那么整流桥输出的“地”跟市电的“地”就不是同一个东西
用了高压差分探头就可以完美解决这个问题,因为差分探头只认“参考地”,只认信号与参考点的波形,用户定义的“地”与我无关{:loveliness:} xly 发表于 2020-4-16 21:46
可以直接两个通道,一个加差分接上桥臂,另一通道不加差分接下桥臂吗? ...
假如单端探头夹子接负母线,不会出现IGBT故障误报的情况也可以这样测。但是,示波器必须浮地,有触电风险 品致那个并联的高压电容,是1808还是2208呢?感觉比1206长不少 quner 发表于 2020-4-16 18:27
成本大概多少?
ADA4817差不多50一片要两片,LMH6611差不多15,大部分的电阻都是0.1%精度,大部分的电容都是NP0的规格,一百多了
加上PCB、贴片、焊接、测试、校正、外壳、CNC加工、标签、测试勾、导线······
不算人工我做两套自用的样品价格都要高于现成商用产品{:sad:} {:shocked:} kickdown 发表于 2020-4-16 22:09
品致那个并联的高压电容,是1808还是2208呢?感觉比1206长不少
我也是网上找的资料,没有拿到实物
目测比1206稍长
个人理解补偿电容只要耐压够、温度稳定,具体用哪个封装不太重要 kickdown 发表于 2020-4-16 22:06
假如单端探头夹子接负母线,不会出现IGBT故障误报的情况也可以这样测。但是,示波器必须浮地,有触电风险 ...
那就是示波器还是得加隔离变压器,对吗?
我现在一般测H桥都是用的示波表,福录克的199C ,它这个两个通道本身就是完全隔离的,所以直接使用完全没有问题。但是这货缺点就是存储深度太少了。 鸠摩智 发表于 2020-4-16 22:17
我也是网上找的资料,没有拿到实物
目测比1206稍长
个人理解补偿电容只要耐压够、温度稳定,具体用哪个封 ...
尽量的长一点啊,爬电距离紧张 xly 发表于 2020-4-16 23:31
那就是示波器还是得加隔离变压器,对吗?
我现在一般测H桥都是用的示波表,福录克的199C ,它这个两个通 ...
199C是全隔离的,通道之间,通道对220V电源输入,全都是隔离,所以不用考虑这个问题。
这也是他价格那么贵,还那么多人买的主要原因 xly 发表于 2020-4-16 23:31
那就是示波器还是得加隔离变压器,对吗?
我现在一般测H桥都是用的示波表,福录克的199C ,它这个两个通 ...
都上差分了,不隔离示波器也行,非隔离通道接母线电容第就行了,注意测试前补偿下2个探头的延时,一般10-20ns级吧 鸠摩智 发表于 2020-4-14 21:00
······
刚才没有编辑好删帖一次,我今天的附件数量居然超了
那好吧,洗洗睡,明天更新 ...
变压器有参数吗?打样都要100元了,成本可不低。 图纸比较模糊,应该还缺部分控制部分 llssr 发表于 2020-4-18 16:32
图纸比较模糊,应该还缺部分控制部分
您这个是电压差分的一部分图纸? kickdown 发表于 2020-4-23 11:38
您这个是电压差分的一部分图纸?
知用电流探头啊,已经说过的 kickdown 发表于 2020-4-23 11:38
您这个是电压差分的一部分图纸?
最后一张 动手试一下。好久前就想做了。 楼主做的很不错,把细节丰富一下可以考虑出个套件卖了。
我也一直想做个高压差分探头,但是我想做个隔离版本的,苦于没有具体方案,所以也一直停留于设想。
还有那个电流探头,我觉得电流探头相对来说好做一些。主要是高带宽的线性霍尔传感器比较难找。
做开关电源的,高压差分探头和电流探头绝对不能省。 不隔离?就是说,不能同时测H桥的上下管波形? gyzzg2030 发表于 2020-5-28 18:48
不隔离?就是说,不能同时测H桥的上下管波形?
差分探头不等于隔离,不是完全电气隔离,但是是高阻抗输入,肯定可以测试H桥,不然AG,tek,力科这些大品牌还能卖出去吗 跟着做了一个{:lol:} 扑克河坊街 发表于 2020-6-9 23:42
跟着做了一个
实测效果怎么样 扑克河坊街 发表于 2020-6-9 23:42
跟着做了一个
前级部分,用的是两个电阻电容分压?小心点,别测220以上的电压哦 楼主动手做完分享过程,并且提供资料大把,非常感谢!那些建议改这里改那里的各位,你们不妨按自己的想法实际改进一番,然后发贴给大家分享一下? 总算有时间发一个贴了{:lol:}
用stm32f103写个方波测试一下,懒得去实验室拿信号发生器了
示波器没问题,不过只有60MHz的无源探头
连接很随意:
这是前几天拿来测串联谐振无线充电发射线圈和接收线圈两端的电压波形,还挺好用{:lol:}
我估摸着你遇到同我一样的问题了
这段时间事情忙,没有时间折腾这个
等忙完了再继续 楼主差分探头有成品转让吗,省的自己打样了{:lol:} 为什么不用隔离变压器呢?给示波器加上隔离电源,随便测试啊。 蛋定 发表于 2020-6-19 16:10
为什么不用隔离变压器呢?给示波器加上隔离电源,随便测试啊。
要是测两个通道或者三个通道,不共地的那种呢? LZ的高压差分探头做出来了没有呀,看你店里没有上这个呢?
本帖最后由 鸠摩智 于 2020-6-20 11:16 编辑
makesoft 发表于 2020-6-19 15:18
楼主差分探头有成品转让吗,省的自己打样了
只做了两个样品测试,有点小缺陷,等改好了再做个团购 newlife2lyf 发表于 2020-6-20 11:04
LZ的高压差分探头做出来了没有呀,看你店里没有上这个呢?
还没有呢,有点小缺陷要改,最近太忙了没有时间整 鸠摩智 发表于 2020-6-20 11:15
还没有呢,有点小缺陷要改,最近太忙了没有时间整
等套件。 4817的CMRR@10MHZ,是不是不如MAX436?板子要不要屏蔽?
请问一下。差分输入信号PCB不用等长对称分布吗?{:smile:} 鸠摩智 发表于 2020-6-18 22:57
我估摸着你遇到同我一样的问题了
这段时间事情忙,没有时间折腾这个
等忙完了再继续 ...
同样的问题?{:titter:} 什么时候可以出成品啊? 等哈哈哈 llssr 发表于 2020-4-18 16:32
图纸比较模糊,应该还缺部分控制部分
前段时间看到一家淘宝店卖这个芯片做的电流互感器的PCBA,大概测试了下,测电流最大应该是交直流350A,竟然只要1块钱,买了几个打算重新做板子搞个小量程的电流探头给自己用用… 学习一下 后面DIY出来用一下 kickdown 发表于 2020-7-7 22:40
同样的问题?
我做了一个,也有问题,估计是共模干扰,接逆变器输出,测试的波形不正常 llssr 发表于 2020-9-23 20:49
我做了一个,也有问题,估计是共模干扰,接逆变器输出,测试的波形不正常 ...
差分探头,带宽要求不高的情况下,主要卡人的就是共模抑制比了。 楼主卖不卖,我想买3个 qq345340585 发表于 2021-3-5 14:45
楼主卖不卖,我想买3个
这段时间一直忙别的事没有更新,抱歉了。等更新后再通知大家 学习一下 鸠摩智 发表于 2021-3-5 21:53
这段时间一直忙别的事没有更新,抱歉了。等更新后再通知大家
坐等更新,要一个 DIY做的很不错啊
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