高共模干扰环境下电压测量解决方案-光隔离探头（背景篇）
来源：探头之家 2024-12-12 浏览次数：283
高共模干扰环境下电压测量解决方案-光隔离探头（背景篇）
这些年随着新能源异军突起，光伏、风力发电、电动汽车、交通运输等领域的电力电子半导体器件得到了快速的发展，
在技术上电力电子器件向着更高的电压，更快的开关频率，以及更低的损耗方面发展，随之而来的由高压，高频的技术
所带来的问题在研发时也越来越棘手。由于开关器件工作时的高频/高压所导致的复杂的电磁场环境，在电子测量领域
也面临着越来越严重共模干扰信号的影响，那么在高压/高频的环境下我们要怎样保证测量的准确性呢？
什么是共模干扰
任何两根电源线上所存在的干扰，均可用共模干扰和差模干扰来表示。
共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；
差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰，它定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。
在一般情况下，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。
共模干扰产生的原因
l 电网串入共模干扰电压。
l 辐射干扰（如雷电，设备电弧，附近电台，大功率辐射源）在信号线上感应出共模干扰，原因是交变的磁场产生交变的电流，
地线－零线回路面积与地线－火线回路面积不相同，两个回路阻抗不同等原因造成电流大小不同。
l 接地电压不一样，简单的说就电位差而造就了共模干扰。
l 设备内部的线路对电源线造成的共模干扰。
示波器测量的共模干扰信号波形
那么如何避免共模干扰对测量的影响
l 采用屏蔽双绞线并有效接地
l 强电场的地方还要考虑采用屏蔽
l 布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线
l 不要和高频开关设备等易产生干扰的设备共用同一个电源
l 采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小)
l 使用差分或隔离电路
我们在电子测量中常常用差分探头的方法来减少共模干扰对我们电路测量方面的影响。
我们有比差分探头更好的方法吗？
差分探头虽然有抑制共模噪声的能力，但是会受到高频的限制，一般差分探头高频抑制能力都不是太高。而光隔离方式，
因为采用光电隔离方法将前端通过光信号与后端电路连接起来，完全隔绝了传输过程中的可能受到的共模干扰信号的影响，
所以光隔离的方式的共模干扰抑制能力CMRR不受电压和频率的影响。
VVVF变频调速器上桥臂用光隔离探头与差分探头Vge波形比较
在高压和高频开关环境下，例如高速列车的VVVF变频调速器中，上桥臂开关器件的门级电压Vge，
因为共模干扰和浮地的影响，波形形变严重，且幅值波动较大（浮地的关系）。
对其问题的分析很难判定是测量的问题还是驱动电路的问题。而光隔离探头能很好的解决这个问题。
此外，在高压环境下除了共模干扰的问题，还有人员和设备安全的问题，完全的电气隔离是保障人员和设备安全的
一个充分条件。同时对于能够远距离测量也是需要考量的一个测试条件。
光隔离探头应用的领域
l 电网GIS特高压空气开关
l 高铁/车载/船舶高压设备
l 风力发电机安装与调试
l 高压变频器测量
l 半导体设备
l 医疗设备
l 高能物理实验
IWATSU岩崎高压光隔探头SE6000的介绍
SE-6010（左） SE-6000 （右）
隔离单元（发射方） 隔离放大器（接收）
独有优势：
l 具有出色的共模抑制性能、可实现高质量的浮地测试
l 远程地点的测量（开关器、运输设备等）
l 雷击冲击、带电实验等适应于宽泛的应用
IWATSU岩崎高压光隔探头SE6000的使用方法
岩崎SE6000光隔离探头需要另外配备高压探头用于前端高压信号输入，其耐压由前端高压探头决定。
SE6000光隔离探头主体包括隔离单元SE6011和隔离放大器SE6000两部分。
隔离单元SE6011直连高压探头组成测量的前端信号采集端，将信号A/D转换后通过3-50米(定制200m）
的光纤将信号隔离传输到隔离放大器SE6000，隔离放大器SE6000在通过D/A转换将模拟信号传给示波器
或其他测量设备。整个过程完成了电转光，光再转电的测量过程，实现电气隔离。
并保证了在高共模干扰下我们测试的可靠性。
IWATSU岩崎高压光隔探头SE6000的系统接线方式
