Breedbandstroommonitors

Begin met piekstroom, stroom-tijdproduct, stijgtijd en droop; pas nadat aan die grenzen is voldaan, moet de gevoeligheid worden bekeken. Vermenigvuldig bij een rechthoekige puls de piekstroom met de pulsduur en kies een model waarvan de I·t-classificatie boven die uitkomst ligt, terwijl ook de piekclassificatie niet wordt overschreden; binnen het assortiment lopen deze grenzen van 0,0004 tot 1.200 A·s en van 100 A tot 500 kA. Schat de flat-top-fout door de pulsduur te vermenigvuldigen met de droopsnelheid, met gebruik van consistente tijdseenheden. De stijgtijd van 10–90% van de puls moet langer zijn dan de bruikbare stijgtijdclassificatie van de monitor, die afhankelijk van het model varieert van 1,5 ns tot 2 µs. Zodra aan deze voorwaarden is voldaan, kiest u de gevoeligheid en opening die een praktische uitgangsspanning leveren en passen bij de geïsoleerde geleider.

Voor een continue sinusvormige stroom wordt de keuze bepaald door RMS-stroom, frequentieband en I/f, en niet alleen door de piekclassificatie. Deel de piekstroom door de laagste bedrijfsfrequentie en zorg dat de uitkomst onder de I/f-limiet van het geselecteerde model blijft; die loopt binnen het assortiment van 0,0025 tot 7.500 piek A/Hz. Ook de verwachte RMS-stroom moet onder de modelclassificatie van 2,5 tot 2.500 A blijven. De werking moet binnen de lage en hoge 3 dB-punten van dat model blijven; het totale bereik loopt van 0,07 Hz tot 250 MHz, maar geen enkel model dekt dat volledige spectrum. Controleer tot slot of de gekozen gevoeligheid voldoende spanning levert voor het meetinstrument zonder de ingang te overbelasten.

Gebruik een ingang met hoge impedantie wanneer de nominale gevoeligheid in V/A behouden moet blijven. De meeste modellen gedragen zich ongeveer als spanningsbronnen met een serieweerstand van 50 Ω, waardoor een extra terminatie van 50 Ω de gemeten spanning en de effectieve gevoeligheid halveert; Model 2093 is een uitzondering met een uitgangsweerstand van 1 Ω. Een aangepaste terminatie kan de nauwkeurigheid van pulsflanken echter wel verbeteren wanneer de coaxkabel elektrisch lang is ten opzichte van het snelste signaal, doorgaans vanaf ongeveer een tiende van de golflengte. Bij de stroomberekening moet daarom rekening worden gehouden met zowel de terminatieverhouding als de opgegeven gevoeligheid. Kabeltype, connectorfamilie en de ingangsmodus van de oscilloscoop moeten worden vastgelegd voordat de schaalfactor in het acquisitiesysteem wordt ingevoerd.

De monitors reproduceren geen stationaire DC, omdat hun uitgang afhankelijk is van veranderende magnetische flux. Een repetitieve unipolaire pulstrein bevat een gemiddelde DC-component, waardoor de weergegeven golfvorm een negatieve basislijn kan laten zien, ook wanneer de primaire stroom nooit negatief wordt. Die gemiddelde component kan samen met de puls-I·t de kern richting verzadiging sturen, waardoor de droop en de laagfrequente afsnijfrequentie toenemen voordat de golfvorm instort. Op geschikte modellen kan core-reset bias worden gebruikt om de gemiddelde component tegen te werken of meer bruikbare fluxslingering terug te winnen. Het ontwerp moet daarom worden gecontroleerd op duty cycle, gemiddelde stroom en I·t, en niet alleen op de piekwaarde van elke puls.

Toepassingen met hoge spanning vereisen dat de primaire geleider over het volledige potentiaalverschil is geïsoleerd, omdat de behuizing van de monitor geleidend is en de laklaag geen elektrisch isolatiesysteem vormt. Grotere openingen, waaronder varianten van 3,5 en 10,75 inch, bieden ruimte voor isolatie en helpen gradiënten van het elektrische veld te beheersen wanneer de geleider gecentreerd is. Geselecteerde modellen zijn dubbel afgeschermd, zodat de buitenbehuizing via het montagemateriaal geaard kan worden, terwijl de binnenste afscherming en connector kunnen worden gerefereerd aan het meetinstrument of een ander geschikt punt. De afgedichte constructie maakt installatie in transformatorolie of onder vacuüm mogelijk, maar kruipafstand, reinheid en barrièrematerialen blijven onderdeel van het systeemontwerp. Installatie of verwijdering mag nooit worden uitgevoerd op een spanningsvoerende geleider.

De bruikbare stijgtijd is de snelste stroomovergang van 10–90% die de monitor kan reproduceren, terwijl overshoot en ringing binnen 10% van de stapamplitude blijven. De gekozen monitor moet daarom een gespecificeerde stijgtijd hebben die korter is dan die van de puls die wordt gemeten; een tragere monitor kan de flank afronden of ringing introduceren waardoor het schakelgedrag minder goed zichtbaar wordt. Beschikbare waarden lopen uiteen van 1,5 ns voor snelle varianten tot 2 µs voor modellen met hoge stroom en lagere bandbreedte. Ook de oscilloscoop, kabel, adapters en eventuele terminatie moeten voldoende bandbreedte hebben, anders is de stijgtijd van het systeem groter dan die van alleen de monitor. Voor tijdkritische metingen moet de volledige signaalketen worden beoordeeld, en niet alleen het hoogfrequente 3 dB-punt.

De verstoring van het primaire circuit is over het algemeen klein, maar niet exact nul. Standaardmodellen introduceren minder dan 20 mΩ equivalente serieweerstand en de magnetische koppeling kan de lusinductantie iets verlagen, doordat de ampèrewindingen van de secundaire een deel van de primaire flux tegengaan. In snelle circuits met lage inductantie moet die verandering mogelijk worden meegenomen in de beoordeling van de meetopstelling. Ook capacitief gekoppelde common-mode ruis kan via de afscherming van de coaxkabel lopen en zichtbaar worden aan de ingang van het meetinstrument. Correcte aarding, een dubbel afgeschermd model waar passend, en één of meer ferrietkernen rond windingen van de coaxkabel kunnen deze fout verminderen.

Biasing is relevant wanneer bij een model staat aangegeven dat dit nodig is voor de volledige stroom-tijdclassificatie, of wanneer repetitieve unidirectionele stroom een gemiddelde component creëert die de kern richting verzadiging brengt. Een geschikte bias herstelt het magnetische werkpunt, maakt een grotere fluxslingering mogelijk en helpt de monitor zijn gespecificeerde droop- en I·t-gedrag te behouden. Deze kan worden aangebracht via een extra primaire geleider of in de secundaire worden geïnjecteerd via een T-adapter, mits de biasbron de signaaluitgang niet belast. Bij een uitgang van 50 Ω komt een biasbronweerstand van 5 kΩ overeen met ongeveer 1% verschuiving in gevoeligheid; hiermee moet rekening worden gehouden in het onzekerheidsbudget. Biasing vergroot de I/f-capaciteit voor een zuiver AC-signaal niet, omdat de positieve en negatieve fluxtoenames daarin al in evenwicht zijn.