Wie misst man Strom in engen PCB-Schaltungen?

Verzweigte Rogowski-Spule zur präzisen Strommessung auf Leiterplatten

Das innovative Design der verzweigten Rogowski-Spule ermöglicht präzise Strommessungen auf Leiterplatten, mit einer Bandbreite bis 30 MHz und einer di/dt-Fähigkeit von 100 kA/μs. Dies ist eine ideale Lösung für Leistungselektroniksysteme mit hoher Bauteildichte.

Basierend auf der etablierten Serie ultra-miniaturisierter Rogowski-Sonden CWTUM von PEM wurden die neuen Varianten – CWTUM-F und CWTUMHF-F – entwickelt, um den steigenden Anforderungen an Strommessungen in mechanisch und höhenmäßig begrenzten Umgebungen gerecht zu werden. Schaltungen mit hoher Bauteildichte erfordern einen neuen Konstruktionsansatz.

Dank der innovativen „verzweigten“ Geometrie ermöglichen die Sonden eine reale, nichtinvasive Strommessung an schwer zugänglichen Punkten der Leiterplatte, wobei gleichzeitig Hochfrequenzeigenschaften und Störfestigkeit erhalten bleiben. Dies ist besonders nützlich für die Messung schneller Stromänderungen in modernen Wandler-Topologien.

Innovative Geometrie der verzweigten Spule

Ein Schlüsselelement ist ein einzigartiges gabelartiges Design, das es ermöglicht, eingebaute und schwer zugängliche Leiterbahnen der PCB zu umgehen. Das schlanke Spulenprofil minimiert die Nähe zu anderen Leitern und erlaubt Messungen in sehr engen Spalten, fern von Störquellen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Rogowski-Sonden verfügen die „verzweigten“ Varianten über einen Clip-Together-Verschlussmechanismus mit Abmessungen von nur 7,5 mm × 6 mm und bieten damit Zugang an Stellen, die für konventionelle Sonden unerreichbar sind.

Modellvergleich: CWTUM-F vs CWTUMHF-F

Die neue Serie umfasst zwei Varianten, die auf unterschiedliche Leistungsanforderungen zugeschnitten sind:

CWTUM-F

• Spulendicke: 1,3 mm
• Bandbreite (-3 dB): 15 MHz

CWTUMHF-F

• Spulendicke: 1,7 mm
• Bandbreite (-3 dB): 30 MHz
• Verbesserte Störfestigkeit durch elektrostatische Abschirmung

Die leichte Erhöhung der Spulendicke bei der HF-Variante wird durch eine deutliche Verbesserung der Rauschunterdrückung und Messgenauigkeit im Hochfrequenzbereich ausgeglichen.

Hochfrequenz-Strommessungen und Störfestigkeit

Die Variante CWTUMHF-F verwendet die patentierte elektrostatische Abschirmungstechnologie von PEM, die die Auswirkungen parasitärer Kapazitäten und durch schnelle Spannungstransienten induzierter Störungen minimiert. Dies ist entscheidend für Strommessungen in Systemen mit schnellen Flanken oder erheblichem Signalrauschen, wie z. B. Breitband-Motorantriebe und Leistungsverstärker.

Elektrische Parameter und Anwendungen

Beide Spulenvarianten bieten:

• Strombereich: 60 A – 12 kA (Spitze)
• Maximale di/dt-Fähigkeit: 100 kA/μs
• Großer Dynamikbereich, geeignet sowohl für kleine Signale als auch für große Impulse

Dank dieser Eigenschaften finden die Sonden Anwendung in Bereichen wie:

• Stromprofilierung in Schaltnetzteilen
• Messung von Kondensator-Rippelströmen
• Transiente Diagnose von Invertern und Leistungsstufen
• Überwachung der Leistung von schnell schaltenden Motorantrieben

Die richtige Variante wählen:

• CWTUM-F – kostengünstige Lösung für Umgebungen mit moderater Schaltgeschwindigkeit, z. B. Industrieantriebe, rauscharme Wandler und Teststände in engen Räumen.
• CWTUMHF-F – Hochleistungsvariante für Forschungslabore, Breitbandsysteme und präzise Messungen unter komplexen Störbedingungen, mit zuverlässiger Wiedergabe schneller Stromwellenformen und Schaltartefakte.

Quelle:

Bodo´s Power Systems bodospower.com