Helfen Sie, aus einem Fehler beim Anschließen eines Oszilloskops zu lernen

Die gezeigte Schaltung ist an das Wechselstromnetz ohne jegliche Isolierung angeschlossen. Das Messen von Vgs mit einem Multimeter ist sicher, da das Multimeter in Bezug auf die Netzversorgung „schwebt“.

Aber ein PC schwebt nicht. Der PC hat normalerweise ein geerdetes Gehäuse, was bedeutet, dass die Metallabschirmung am USB-Anschluss auch durch das PC-Gehäuse mit dem Netzstrompunkt geerdet ist.

Daher ist der Anschluss des USB-Oszilloskops an den Netzstromkreis zwangsläufig katastrophal. Wenn dies geschehen ist, drückt die Netzspannung Strom in das PC-Gehäuse (oder in die USB-Datenleitungen, je nachdem, welche Sonde angeschlossen ist), um zur Erde zurückgeführt zu werden.

Alle netzgekoppelten Stromkreise müssen mit schwimmenden Geräten instrumentiert werden. Sie könnten auf der sicheren Seite sein, wenn Sie einen Laptop anstelle eines PCs verwenden, aber es ist auch nicht so sicher, es sei denn, Sie haben wirklich alles um den Laptop herum isoliert und sichergestellt, dass Ihr Laptop wirklich in Bezug auf den Boden schwimmt.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Abbildung 1 a, b und c.

Da der Stromkreis nicht isoliert ist, bewegt sich die untere Linie Ihres Stromkreises mit der Netzspannung.

• Bei positiven Halbzyklen (b) würde der Boden von M2 normalerweise bei etwa 0,7 V über der neutralen Spannung gehalten werden. Da dieser mit Netzerde verbunden ist - das sind 0,7 V über Erde. Da das Oszilloskop und der PC einen geringeren Widerstandspfad zur Erde bieten als die Diode, fließt der Strom eher durch sie als durch die Diode. Ihre Geräte können 0,7 V überstehen, wenn der Kabelwiderstand hoch genug ist, um den Strom zu begrenzen.
• Bei negativen Halbzyklen (c) wird der Boden von M3 auf eine Spitze von -170 V gezogen (wenn Sie eine 120-V-Versorgung haben). Ein hoher Strom fließt von der Masse des PCs/Oszilloskops, da es einen Kurzschluss zur Erde gibt. Dieser Strom verbrannte wahrscheinlich mehrere Erdungsspuren auf den PCBs, durch die er floss. Sobald sie weg waren, wäre die Spannung an die Chips usw. angelegt worden, und sie wurden ebenfalls zerstört.

Es ist eine harte Lektion, also lerne es gut. Stellen Sie sicher, dass Sie die Logik der obigen Erklärung verstehen. Wenn Sie das tun können, haben Sie für die Kosten des Austauschs Ihrer Ausrüstung mehr gelernt als viele bei kostenpflichtigen Kursen.

Da das Problem der Verwendung von Oszilloskopen an Netzstromkreisen bei EE.SE häufig auftritt, kann Folgendes hilfreich sein.

Abbildung 1 und 2. Fluke Scopemeter und Sondenset. Beachten Sie den isolierten "BNC"-Stecker und die Kabel, einschließlich des schwarzen Steckers am Kabel der Erdungsklemme (das an der Seite der Sonde eingesteckt wird). Das Messgerät wird mit einer Netzteilbuchse geliefert, die keinen Kontakt mit den Einbauten herstellt, bis das freiliegende Metall eingeführt wurde. An der Seite des Oszilloskops ist ein optischer serieller Anschluss sichtbar.

Instrumente wie das Scopemeter in Abbildung 2 sind vollständig isoliert. Infolgedessen kann die Oszilloskopmasse mit jedem beliebigen Punkt des zu untersuchenden Stromkreises verbunden werden, einschließlich der gleichgerichteten negativen Leitung von Abbildung 1. Selbst wenn es geladen wird, ist das Gerät vollständig von der Netzerde isoliert. Zu beachten ist lediglich, dass die Masseklemmen der mitgelieferten A- und B-Kanal-Tastköpfe nicht auf zwei verschiedenen Potentialen liegen.

So nah und doch Katastrophe. Web-Ressourcen sollten überprüft werden, insbesondere wenn es sich um Stromkreise mit Netzspannung handelt. Circuit-Lab sollte benachrichtigt werden, dass sie einen garantierten PC-Killer und einen möglichen Menschen-Killer veröffentlicht haben. Diese teuren Lektionen werden von denen, die überleben, nie vergessen.
Ein großes Lob an Sie, dass Sie entdeckt haben, dass schnelles PWM einen heißen MOSFET verursacht und langsames PWM eine Lösung ist. Eine Schaltungsrevision, die den 180K-Widerstand auf 10K reduziert, wird auch etwas helfen. Ihre Lösung für sehr langsame PWM von 200 Hz. ist auch eine anständige Umgehung. Achten Sie darauf, Frequenzen zu wählen, die ein Vielfaches der Netzfrequenz sind – wählen Sie beispielsweise 240 Hz. wobei die Netzfrequenz 60 Hz beträgt. ergibt einen interessanten optischen Effekt.
Die Hauptüberarbeitung dieser Schaltung, um eine Katastrophe zu vermeidenbeinhaltet die vollständige Isolierung der PWM-Quelle vom MOSFET-Treiber, wie folgt: Man sollte auch darauf achten, die Komponentenauswahl sorgfältig zu treffen. BR1 muss hinsichtlich der Spannung so ausgelegt sein, dass es problemlos die Spitze-zu-Spitze-Leitungsspannung aufnehmen kann. Es muss auch so ausgelegt sein, dass es den Lampenstrom mit einem beträchtlichen Spielraum durchlässt, da Lampen im kalten Zustand einen Stoßstrom benötigen, bis sie die Betriebstemperatur erreichen. Die Diode D1 kann eine kleine Diode sein, da von ihr wenig Strom benötigt wird, aber sie muss mindestens für die Spitzenleitungsspannung ausgelegt sein. Es wäre sicherer, eine Nennspannung von Spitze-zu-Spitze-Leitungsspannung zu wählen.
Untersuchen Sie diese Schaltung mit einem beliebigen Oszilloskopist ein Scope-Killer. Kein Oszilloskop, das ich verwendet habe, konnte seiner Masseverbindung (0-V-Referenz) standhalten, die zu einem anderen Teil dieser Schaltung als der PWM-Quelle geht. Wenn Ihr USB-Oszilloskop über ein Datenblatt verfügt, suchen Sie sorgfältig nach dessen Gleichtaktspannungsgrenze . Dies sagt Ihnen, wie weit der Eingangskreis von Masse abweichen kann, bevor ein Teil davon ausfällt. Einige sind nur wenige Volt. Diese Schaltung würde Hunderte von Volt Gleichtaktbereich erfordern. Gehen Sie immer davon aus, dass die 0-V-Referenz eines Oszilloskops direkt mit Masse verbunden ist, und denken Sie immer daran, dass die meisten Teile dieser Schaltung zu einem spektakulären Ausfall führen, wenn sie geerdet sind.

Beachten Sie, dass Wolframlampen einen großen Temperaturanstieg von >3200 °C und einen NTC-Widerstand von 10:1 von kalt zu heiß haben. Wenn PWM also langsam oder zu schnell pulsiert, kann Ipk den 10-fachen Lampennennstrom erreichen oder große dynamische Verluste und FET aufweisen RdsOn mit Widerstand kann mit I^2R=Pd wärmer werden

Beachten Sie, dass Leitung und Neutralleiter nicht mit gekennzeichnet sind und weder V+ noch V- geerdet sind, aber wir wissen, dass der Neutralleiter zumindest am Außentransformator geerdet ist. Daher können Sie die Sondenerde ohne weiteres mit der gleichgerichteten Leitung verbinden, anstatt 2 Diodenabfälle vom Neutralleiter.

Dies erfordert zwei 10-M-Sonden, die für 400 V im differentiellen AB-Modus ausgelegt sind.

Bedenken Sie, dass Ihr PC sich selbst geopfert hat, um Ihr Leben zu retten.

Als Nebenbemerkung können solche Messungen mit sogenannten isolierten USB-Hubs durchgeführt werden:

Diese erlauben mehrere kV zwischen Ihrem PC (der normalerweise geerdet und berührungssicher ist) und Geräten wie USB-Oszilloskopen, die unter Spannung stehen können. Natürlich sollten Sie trotzdem wissen, was Sie tun (z. B. das Zielfernrohr nur berühren, wenn der Strom abgeschaltet ist und alle HV-Kappen entladen sind).