Äventyr med oscilloskop

[G-son]

Har efter många om och men skaffat mig ett nyare oscilloskop än den analoga 8-kilosklumpen från 80-talet, det blev ett begagnat Picoscope 2203 - en liten låda man kopplar in i en dator. 2203 med bandbredd 5MHz och 40GS/s är en lite äldre modell som inte längre säljs, dagens snikmodell heter 2204A och har 10MHz bandbredd. Med dagens mått mätt inte särskilt imponerande data, t.o.m. det analoga oscilloskopet från 80-talet har 20MHz handbredd, men den stora fördelen är att de nya grejerna har minne. Man kan spara varje mätning och analysera i efterhand, inte bara se något blinka till en gång på skärmen och förhoppningsvis lyckas se det när det hände.

Det har diskuterats laddning av olika slags blybatterier de senaste dagarna, så ett par batteriladdare och batteri fick bli dagens testoffer. Först en gammal "dum" laddare.

Utspänning från laddaren utan batteri inkopplat, vanlig likriktad växelström helt utan stabilisering. Topparna går strax över 20V.


Dum laddare inkopplad på batteri. Nu är topparna nere på 16V, och hade batteriet varit friskare hade det troligen sugit i sig mer laddström så spänningen inte hade nått så högt.


Laddning med smartladdare, närmare bestämt en C-Tek Multi XS 7000. Stadig spänning, på väg upp mot laddarens maximala 14,4V på det valda laddningsläget.


Samma som ovanstående, men en stund senare när batteriet fått i lite ström, och det börjar märkas att batteriet inte mår bra. Notera att hela bilden representerar 50 sekunder, mycket längre tid än alla andra mätningar. Laddaren kommer upp till 14,4V, laddströmmen går ner så lågt att laddaren tror att batteriet är fullt, slutar ladda, spänningen sjunker så lågt att laddaren börjar ladda igen för att batteriet är långt ifrån fullt, upp till 14,4V och laddströmmen sjunker så lågt att den slutar ladda igen... (En stund på 16V boostläget väckte batteriet såpass att laddaren kunde ladda konstant vid senare test, ej med på bild.)


De sista bilderna visar spänningsvariationer på 13,6V supplyläge (laddaren ger ström utan att kopplas till ett batteri) utan någon belastning, andra bilden har lägre tidbas för att visa mer detalj. Med 11 mikrosekunders intervall kommer en puls som ger +/-0,3-0,4V variation från den annars stabila 13,6V spänningen. Bör betyda att laddaren jobbar med en switchfrekvens omkring 90KHz, till skillnad från den äldre laddaren som bara jobbar med elnätets 50Hz och den mycket större transformatorn den låga frekvensen kräver.




Det var allt för den gången! Planen är att fylla på med mer oscilloskopsrelaterat i tråden senare, om jag inte lyckas elda upp skopet för att jag kopplar in det till högre spänning än det tål. Borde skaffa en mätprob med 100X dämpning direkt...

[torbjorn_forsman]

Jag förmodar att det labb som EMC-testade den där Ctek-laddaren inför CE-märkning, inte brydde sig om att mäta ledningsbunden RF-emission i supplyläget. Kanske Ctek har sett till att förse laddaren med så korta laddkablar att man, om man läser standarden på rätt sätt, får hoppa över den mätningen.

[tronde]

Hvordan ser pulsene ut hvis du henger på en liten resistiv last, for eksempel en glødelampe?

[Towil]

Vad har du för prober/kablar att mäta med?

[G-son]

Jag förmodar att det labb som EMC-testade den där Ctek-laddaren inför CE-märkning, inte brydde sig om att mäta ledningsbunden RF-emission i supplyläget. Kanske Ctek har sett till att förse laddaren med så korta laddkablar att man, om man läser standarden på rätt sätt, får hoppa över den mätningen.

Ja, jag har inte koll på vad som är tillåtet, men pulser på 0,8Vp-p med de följande svängningarna känns inte helt okej. Men för att vara helt ärlig är laddaren ett antal år gammal och verkar ha levt ett hårt liv på en verkstad innan jag fick tag i den (då icke fungerande p.g.a. trasig säkring), den är kanske inte i samma skick som när grejerna testades och godkändes.

Hvordan ser pulsene ut hvis du henger på en liten resistiv last, for eksempel en glødelampe?

Jag tänkte kolla det, men det blev inte av denna gången. Får ta en titt en annan dag.

Vad har du för prober/kablar att mäta med?

En vanlig x1/x10 prob som har sett bättre dagar. Detta oscilloskop mäter bara upp till +/-20V, så på X1 hade det gått över mätområdet redan med den "dumma" laddaren obelastad. Tål max 100V, påstår tillverkaren.

[Rubert]

Att mäta transienter i megahertsområdet och uppåt med "singel-ended" i kraftelektronik gör ingen glad och knappast mer vetande heller.
Om man inte har tillgång till en differentialprobe så kan man på de flesta oscilloskop göra en diffmätning genom att mäta skillnaden mellan kanal A och B.
A-proben ansluten till mätpunkten och B-proben till mätreferensen, vanligen 0V.
Jordklämmorna kopplas lämpligen till 0V.
Det kan tyckas lite knäppt att man ska ansluta B-proben och jordklämmorna till samma punkt.
Man kan få en hint om anledningen om man kör oscilloskopet singel-ended med jordklämman ansluten till mätproben och för propen fram och tillbaka över elektoniken.
Slingan från kabelskärmen till proben fungerar som en strömättransformator.
Med A-B mätningen så "drabbas" båda probarna av samma störpåverkan och störningarna i A minus störningarna i B tar ut varandra, kvar blir (i bästa fall) bara den intressanta spänningen.
Om man kör A-B mätning måste probarna vara identiska och väl justerade.

[G-son]

Ah, logiskt. När man kommer upp på MHz-nivå fungerar det inte riktigt som man är van vid annars, så det blir lite lurigt att få korrekta mätningar.
Två identiska probar har jag tyvärr inte, så den varianten av mätning blir det inget av med. Inte innan jag investerat i mer grejer i alla fall.

[kimmen]

Vore intressant att få se laddningen hos en bilgenerator, se hur ren den är

[skogsgurra]

Pico har inga bra skydd på ingångarna. Åtminstone inte de tidigare varianterna. Så var försiktig så du inte blir av med det.

Numera är det mycket bättre och mjukvaran har blivit jäkligt duktig. Men använd den engelska varianten, den svenska översättningen är svår att förstå sig på. Om du inte redan gjort det så rekommenderar jag att du tittar igenom menyerna i Pico 6. Lägg gärna ut FFT på signalen.

För den där typen av mätningar kan det vara bra att använda ett enkelt högpassfilter med 50 ohm till backen och anpassat C. Enkelt och billigt. Femtio ohm är mest för att alla anser att det är "rätt" impedans men med 1 k och C/20 kan man titta på störningar på signalledningar utan att dämpa för mycket. I svåra fall (mättekniskt, alltså) använder jag en HF-ferrit med omsättning 1:1 och förkopplat C. Plus lite R så att kantvåg inte ringer. Med tvåkammarbobbin kan man lätt mäta störningar på L i ett 690 V system.

[AN]

Så en gammal "dum"laddare är bara en transformator då? Varför har man inte en likriktaranordning som på en fordonsgenerator? Det kanske är bra för cellerna att det pulserar? Om det bara är en transformator, hur gör man så att utgående spänning håller sej över 0V. Sådana här laddare tillverkades ju innan "microprocessorn".

[skogsgurra]

Svar: Knepet ligger i att man använder en transformator med hög impedans. Det gör att strömmen begränsas när batterispänningen är låg. När batteriet laddas och polspänningen stiger så sjunker strömmen och går så småningom över till "Trickle Charging" dvs underhållsladdning.

Det finns några kurvor här:
http://www.elinor.se/mata-strom-kan-det ... blem.html/
De förklarar rätt så bra hur en gammal "dum" laddare fungerar. Den förklarar också varför ett effektivvärdesvisande instrument inte fungerar i samband med batteriladdning.

De smarta laddarna brukar fungera väl. Men de har en del problem. Åtminstone en del av dem.

[torbjorn_forsman]

Vore intressant att få se laddningen hos en bilgenerator, se hur ren den är

Laddspänningen blir ju lite pulserande, som all annan likström som kommer från en trefas helvågsbrygga. Betydligt värre pulserande om det är en enfasgenerator (förekom på t ex DAF, Volvo 66 och franska småbilar på 70-talet). Men spänningen glättas av batteriet och de kondensatorer som brukar finnas utspridda här och var i elektronikenheter i bilens elsystem. Det finns standarder, t ex ISO 7637, SAE J1113 och MIL-STD-1275E, som beskriver vad man kan vänta sig att hitta för störnivåer i ett fordons elsystem och ställer krav på vad bilelektronik ska tåla i den vägen.

Det kan vara värt att notera att eftersom en växelströmsgenerator för bilbruk inte lämnar sinusspänning utan snarare en trapetsformad växelspänning med någotsånär plana toppar, så blir ripplet efter likriktarbryggan mindre än om en likadan brygga hade matas med sinusspänning från elnätet. Kurvformen varierar dock en hel del med både generatorns belastning och motorvarvtalet.

Har man att göra med permanentmagnetgeneratorer som saknar fältlindning som kan styras av laddningsregulatorn utan istället regleras med tyristorer i likriktarbryggan (sådana kan man hitta på t ex mc, snöskotrar, minigrävare, små kommuntraktorer mm), så kan störnivåerna bli MYCKET högre.

[G-son]

Pico har inga bra skydd på ingångarna. Åtminstone inte de tidigare varianterna. Så var försiktig så du inte blir av med det.

Numera är det mycket bättre och mjukvaran har blivit jäkligt duktig. Men använd den engelska varianten, den svenska översättningen är svår att förstå sig på. Om du inte redan gjort det så rekommenderar jag att du tittar igenom menyerna i Pico 6. Lägg gärna ut FFT på signalen.

För den där typen av mätningar kan det vara bra att använda ett enkelt högpassfilter med 50 ohm till backen och anpassat C. Enkelt och billigt. Femtio ohm är mest för att alla anser att det är "rätt" impedans men med 1 k och C/20 kan man titta på störningar på signalledningar utan att dämpa för mycket. I svåra fall (mättekniskt, alltså) använder jag en HF-ferrit med omsättning 1:1 och förkopplat C. Plus lite R så att kantvåg inte ringer. Med tvåkammarbobbin kan man lätt mäta störningar på L i ett 690 V system.

Nä, det stämmer, ingångarna ska bara tåla 100V. Just därför jag funderar på att köpa 100X prob, finns ett par relativt billiga varianter på marknaden som ska tåla upp till 2000V. 2000V delat med 100 råkar bli precis 20V, som även är det högsta dessa Picoapparater kan mäta, ganska perfekt anpassat för varann åtminstone på pappret - även om man nog bör hålla sig långt från 2000V med en billig prob oavsett vad det medföljande pappret påstår... Jag är nöjd om jag vågar mäta pulsen vid frånslag på reläspolar, möjligen primärsidan på tändspole och liknande. Ett antal hundra volt blir det i alla fall.

Jag kör engelsk Pico 6. Det mesta snacket om dessa apparater på nätet är ju på engelska, liksom instruktionsboken, så jag tänkte att det är smidigast att använda samma språk även i mjukvaran - man slipper försöka översätta själv.
Ska se om jag kan få till FFT på supplysignalen.

Så en gammal "dum"laddare är bara en transformator då? Varför har man inte en likriktaranordning som på en fordonsgenerator? Det kanske är bra för cellerna att det pulserar? Om det bara är en transformator, hur gör man så att utgående spänning håller sej över 0V. Sådana här laddare tillverkades ju innan "microprocessorn".

Nej, den har en likriktarbrygga också, eller åtminstone likriktardiod beroende på konstruktion. Denna laddare ger helvågslikriktad sinus, kollar du i vänsterkant ser du att det är 0V längst ner. Växelspänning hade gått både över och under 0V, denna är bara positiv.

Vore intressant att få se laddningen hos en bilgenerator, se hur ren den är

Får jag tillfälle så blir det testmätning på sånt med. Själv har jag ingen bil, så sånt blir när jag är och gräver i någon annans problem. Är också rätt sugen på att testa t.ex. relativt kompressionsprov, där startmotorns strömförbrukning eller spänningsvariationer på batteriet mäts för att avgöra om det går lika tungt att komprimera alla cylindrar. Lika hög strömförbrukning = samma kompression i alla.

Vore intressant att få se laddningen hos en bilgenerator, se hur ren den är

Laddspänningen blir ju lite pulserande, som all annan likström som kommer från en trefas helvågsbrygga. Betydligt värre pulserande om det är en enfasgenerator (förekom på t ex DAF, Volvo 66 och franska småbilar på 70-talet). Men spänningen glättas av batteriet och de kondensatorer som brukar finnas utspridda här och var i elektronikenheter i bilens elsystem. Det finns standarder, t ex ISO 7637, SAE J1113 och MIL-STD-1275E, som beskriver vad man kan vänta sig att hitta för störnivåer i ett fordons elsystem och ställer krav på vad bilelektronik ska tåla i den vägen.

Det kan vara värt att notera att eftersom en växelströmsgenerator för bilbruk inte lämnar sinusspänning utan snarare en trapetsformad växelspänning med någotsånär plana toppar, så blir ripplet efter likriktarbryggan mindre än om en likadan brygga hade matas med sinusspänning från elnätet. Kurvformen varierar dock en hel del med både generatorns belastning och motorvarvtalet.

Har man att göra med permanentmagnetgeneratorer som saknar fältlindning som kan styras av laddningsregulatorn utan istället regleras med tyristorer i likriktarbryggan (sådana kan man hitta på t ex mc, snöskotrar, minigrävare, små kommuntraktorer mm), så kan störnivåerna bli MYCKET högre.

Appropå permanentmagnetgenerator och dess reglering så gjorde jag en mätning på en sån i somras, 12V moppe från tiden kring milennieskiftet. Syftet var att visa folk varför det kan vara en dålig idé att koppla in spänningskänslig elektronik som ledramper i dessa system om man inte gör det via ett batteri. Första halvan av filmen är med belastad generator, andra halvan med obelastad = lyse avstängt. Regulatorn reglerar ner spänningen i genomsnitt till runt 13V genom att kortsluta den en del av tiden, den gör däremot inget för att hindra kortvariga spänningstoppar. Oscilloskopet är inställt så det mäter upp till +/-40V och med lyset släckt räcker inte ens det till. Var uppe på 60V som mest när jag inte filmade, och det är som sagt i ett 12V system utan att det är något fel på det. En 12V ledramp som tillverkaren kanske bara byggt för att tåla 18V eller vad som nu kan vara rimligt i en bil eller nått annat med batteri skulle inte ens ha en chans... (Sedan är ju detta växelström medan många grejer är byggda för likström.)
Filmen visar även att enklare digitalmultimetrar inte kan hantera mätning av växelspänning som regleras på detta vis. Så länge lyset är tänt visar biltemamätaren hyfsat rimliga siffror, när det släcks och regulatorn börjar jobba mer går det ganska snett däremot. Lyckades inte få med min True RMS-mätare samtidigt tyvärr, blev ingen bra bild på allt samtidigt.

[Towil]

Se till att proberna klarar att kompensera 20pF som ditt skop har. Samt att du justerar in dem med en 1kHz 2V p-p fyrkantsvåg.

Tänk på att ett normalt digitalt skop oftast bara har 8-bitars upplösning (256). Så ett 100X prob är inget man vill ha om det inte behövs.

Beroende på vad man mäter på så måste man fundera på hur de olika proberna belastar kretsen man mäter och hur/om det kommer att påverka kretsen man mäter och det man ser verkligen är samma som när man inte proben kopplad.

[G-son]

Mycket bra att tänka på där.

100X kan absolut vara overkill många gånger, samtidigt som 10X inte är tillräckligt för att vara säker på att inte gå över 20V på oscilloskopsingången om man mäter spänning på spolen i ett simpelt 12V relä. Men det är bättre att ha sämre upplösning än att ta livet av oscilloskopet, så det är vettigt att börja med 100X prob tills man vet vad man har att göra med. Sedan går det alltid byta till något som passar en låg spänning bättre om man ser att det är lämpligt, men grejerna måste överleva första mätningen för att man ska komma så långt. En 100X och en eller två 1X/10X prober så borde man klara sig långt.