Leistungsanalysatoren der nächsten Generation: Ideal für SiC & GaN Anwendungen
SiC und GaN-Komponenten ermöglichen es, den Wirkungsgrad von Wandlerschaltungen weiter zu verbessern und gleichzeitig deren Größe und Gewicht zu reduzieren. Ein entscheidender Vorteil der geringeren Größe ist, dass sie mehr Flexibilität beim Design von Leiterplatten auf engem Raum schafft. Aber wie immer gibt es auch eine Kehrseite. SiC- und GaN-Halbleiter werden mit höheren Schaltfrequenzen betrieben als herkömmliche Halbleiter auf Si-Basis, erzeugen mehr Rauschen und erfordern daher bei der Messung einen Leistungsanalysator mit höherer Bandbreite und besserer Störfestigkeit.
Der Leistungsanalysator PW8001 in Kombination mit HIOKI-Stromsensoren ist die perfekte Wahl für diese Herausforderung. Branchenführende Genauigkeit bei DC-Leistungsmessungen und bei Frequenzen von 50 kHz oder mehr, kombiniert mit der beispiellosen Gleichtaktunterdrückung (CMRR) sowohl für den PW8001 als auch für die HIOKI-Stromsensoren, garantieren extrem genaue und unbeeinflusste Messungen, selbst bei extremer Störsignalbelastung.
Für die Entwicklung eines hocheffizienten kabellosen Ladegeräts oder eines Inverter-Motor-Antriebs für Elektrofahrzeuge oder Drohnen ist die Genauigkeit des Messsystems entscheidend; selbst die geringsten Effizienzverbesserungen müssen zu messen sein. Das bedeutet, dass der Leistungsanalysator sowohl Gleichstrom als auch hohe Frequenzen von 50 kHz oder darüber mit der größtmöglichen Genauigkeit messen sollte. Der PW8001 bietet ideale Lösungen für diese Art von Aufgaben.
Mit dem hochpräzisen Eingangsmodul U7005, das eine Abtastrate von 15 MSamples/s ermöglicht, wird eine Leistungsgenauigkeit von 0,05 Prozent bei Gleichstrom, 0,03 Prozent bei 50/60 Hz und der absolute Marktbestwert von 0,2 Prozent bei 50 kHz erreicht.
Leistungsanalysator für 1500 V DC CAT II
Der Trend zu immer leistungsfähigeren Solarparks erfordert auch die Erhöhung der Betriebsspannung. Heutzutage sind 1500 V DC der Standard. Außerdem werden Solarparks mit lokalen Speichern kombiniert, um das Netz auszugleichen oder Energie rund um die Uhr bereitzustellen. Ein weiterer Bereich, in dem höhere Spannungen vermehrt anzutreffen sind, ist die Elektrifizierung von schweren LKWs und Bussen. Während normale E-Fahrzeuge Gleichstromsysteme von 400 V oder 800 V verwenden, geht der Transportsektor zu Gleichstromsystemen von 1200 V über, um die Systemleistung zu erhöhen und die Ladezeit zu verkürzen.
Um eine Lösung zur Leistungsmessung für diese neuen Technologietrends im Hochspannungsbereich zu bieten, hat Hioki das Eingangsmodul U7001 entwickelt und ist damit der erste Anbieter auf dem Markt mit einem Leistungsanalysator für 1500 V DC CAT II als Tischgerät. Diese Klassifizierung ermöglicht es, den PW8001 für die Entwicklung und produktionsbegleitende Prüfung von Leistungsreglern in der PV-Technik, Antriebssträngen und Schnelllade-Produkten für elektrische Nutzfahrzeuge mit einer Systemspannung von mehr als 1000 V DC einzusetzen.
Bild 1: Die Entwicklung von Antriebssträngen leistungsfähiger Drohnenwird effizienter.
Analyse von 4-Motor-Antriebssystemen
Heutzutage werden Drohnen für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z.B. für Videoaufnahmen aus der Luft oder Inspektionen in gefährlichen Umgebungen. Mit einem Defibrillator ausgestattete AED-Drohnen können sogar Leben retten, weil sie an überfüllten Orten wie Festivals oder Stadtzentren früher als ein Krankenwagen am Notfallort eintreffen können. Bei all diesen Drohnen ist die Zuverlässigkeit und Effizienz des Antriebsstrangs extrem wichtig, denn jede Steigerung der Effizienz führt zu einer Erhöhung der Reichweite.
Der PW8001 mit der Option zur simultanen Auswertung von vier Motoren ist das perfekte Entwicklungswerkzeug für Drohnen und andere Vier-Motor-Antriebssysteme wie z.B. Elektrofahrzeuge mit In-Wheel-Motoren und Industrieroboter. Die simultane Analyse von vier Motorantrieben ermöglicht eine wesentlich einfachere und schnellere Abstimmung des Antriebsstrangs und führt zu effizienteren und zuverlässigeren Konstruktionen.
Automatische Phasenverschiebungskorrektur
Bei der Entwicklung von Aufwärtswandlern für Hybrid- bzw. Elektrofahrzeuge oder aktiven Systemen zur Blindleistungskorrektur für das Stromnetz ist die Messung der Verlustleistung von Drosseln und Transformatoren essenziell. Die induktive Eigenschaft dieser Komponenten erschwert eine genaue Messung insbesondere bei hohen Frequenzen. Einer der Gründe dafür ist, dass Spannung und Strom genau zur gleichen Zeit gemessen werden müssen, um die Wirkleistung bestimmen zu können. Stromsensoren haben jedoch immer eine Zeitverzögerung. Um trotzdem den Verlust einer Drossel oder eines Transformators genau messen zu können, muss die Zeitverzögerung der Stromsensoren über den gesamten Frequenzbereich eliminiert werden. Die neue, weltweit einzigartige Funktion zur automatischen Korrektur der Phasenverschiebung (Automatic Phase Shift Correction, APSC) ermöglicht dies sogar als „Plug-and- Play“. Erstmalig im PW8001 verfügbar, gewährleistet die APSC-Funktion unübertroffene Genauigkeit bei Verlustmessungen an Hochfrequenzdrosseln und Transformatoren. Damit die Korrektur der Phasenverschiebung richtig funktioniert, sind zwei Dinge erforderlich:
- ein Stromsensor mit einer bekannten konstanten Zeitverzögerung
- ein Leistungsanalysator, der die Zeitverzögerung kompensieren kann
Als weltweit einziger Hersteller von Leistungsanalysatoren, der auch Stromsensoren entwickelt und produziert, ist Hioki in der einmaligen Lage, die eigenen Stromsensoren für die APSC-Funktion zu optimieren, dass sie über den gesamten Frequenzbereich eine konstante Zeitverzögerung aufweisen. Die Hioki-Stromsensoren der CT68- und CT69-Serie wurden so konzipiert, dass sie über den gesamten Frequenzbereich eine konstante Zeitverzögerung erreichen, wie in Bild 2 dargestellt.
Bild 2: Zeitverzögerung der HIOKI Sensoren CT68xx
Andere auf dem Markt befindliche Strom- sensoren sind in der Regel auf eine geringe Phasenverschiebung bei hohen Frequenzen ausgelegt. Infolgedessen haben diese Strom- sensoren keine konstante Zeitverzögerung über den gesamten Frequenzbereich. Dies wird in Bild 3 veranschaulicht, das die Zeitverzögerung eines vergleichbaren, auf dem Markt erhältlichen Sensors darstellt.
Bild 3: Zeitverzögerung eines marktüblichen Sensors im Vergleich zur Reihe CT68xx von HIOKI
Da die Zeitverzögerung des vergleichbaren Sensors zwischen 100 ns und 20 ns schwankt, wird deutlich, dass der Stromsensor aufgrund dieser Konstruktion nicht für die Phasenverschiebungskorrektur geeignet ist, da der Leistungsanalysator nicht in der Lage ist, die Zeitverzögerung bei allen von ihm gemessenen Frequenzen auszugleichen.
Bild 4: Phasenverzögerung des CT68xx von HIOKI je nach Position des Leiters
Auch die Positionierung des Leiters im Stromsensor kann die Genauigkeit der Messung beeinflussen. Dies wird in den Bild 4 und 5 dar- gestellt. In Bild 4 (HIOKI-Sensor) liegen alle Kurven genau übereinander, was zeigt, dass die Position des Leiters keinen Einfluss auf die Phasenverzögerung hat.
Bild 5: Phasenverzögerung eines typischen Sensors je nach Position des Leiters
Die gleichen Tests wurden mit einem vergleichbaren Stromsensor eines Mitbewerbers durchgeführt; das Ergebnis in Bild 5 zeigt sehr unterschiedliche Kurvenverläufe. Bei diesem Sensor hat die Position des Leiters Einfluss auf die Phasenverzögerung bei Frequenzen über 100 kHz und beeinflusst die Gesamtgenauigkeit der Leistungsmessung bei hohen Frequenzen wie etwa bei der Verwendung von SiC- und GaN-Halbleitern.
Optimale Flexibilität und Genauigkeit
Zunehmend komplexere Anwendungen, wie Systeme für erneuerbare Energien mit lokaler Speicherung, Netzanbindung und Laden von Elektrofahrzeugen, erfordern eine immer größere Anzahl von Messkanälen, um das dynamische Leistungsverhalten eines Systems analysieren zu können. Modular mit bis zu acht Leistungskanälen in einem Gerät der freien Wahl zwischen dem Hochspannungsmodul U7001 und dem hochpräzisen Eingangsmodul U7005, bietet der PW8001 Ihnen die Möglichkeit, Ihre maßgeschneiderte Lösung zur Leistungsmessung zusammenzustellen.
