{"id":14201,"date":"2026-06-11T09:30:00","date_gmt":"2026-06-11T07:30:00","guid":{"rendered":"https:\/\/tps-elektronik.com\/?p=14201"},"modified":"2026-06-01T10:43:26","modified_gmt":"2026-06-01T08:43:26","slug":"einleitung-erfassung-hochfrequenter-transienter-stroeme-in-elektrofahrzeug-und-schaltnetzteil-designs","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/tps-elektronik.com\/ar\/einleitung-erfassung-hochfrequenter-transienter-stroeme-in-elektrofahrzeug-und-schaltnetzteil-designs\/","title":{"rendered":"Einleitung: Erfassung hochfrequenter transienter Str\u00f6me in Elektrofahrzeug- und Schaltnetzteil-Designs"},"content":{"rendered":"\n

Bei der Entwicklung von Elektrofahrzeug-Transportdesign oder Schaltnetzteil-Design stehen Ingenieure oft vor einer kritischen Herausforderung: Wie man schnelle, hochfrequente transiente Str\u00f6me genau misst. Ob Sie mit MOSFET-Schaltspitzen, Induktoreinschaltstr\u00f6men oder PWM-Rippel zu tun haben, die richtige Oszilloskop-Sonde ist unerl\u00e4sslich. Eine Standard-Stromsonde bietet m\u00f6glicherweise nicht die erforderliche Bandbreite oder Empfindlichkeit. In vielen F\u00e4llen wird eine Differenzsonde oder eine Hochspannungsl\u00f6sung in Kombination mit einer Hochspannungssonde f\u00fcr Spannungsmessungen verwendet, aber f\u00fcr Strommessungen ben\u00f6tigen Sie eine dedizierte Testsonde wie eine Stromzangensonde f\u00fcr Oszilloskope. Aber was ist der beste Ansatz? Das Verst\u00e4ndnis der Rolle des Oszilloskops in der Leistungselektronik f\u00fchrt uns zur Oszilloskop-Stromsonde. Insbesondere eine Hochfrequente AC\/DC-Stromsonde<\/a> ist das ideale Werkzeug f\u00fcr diese Anwendungen. Dieser Artikel f\u00fchrt Sie durch die Herausforderungen bei der Messung hochfrequenter transienter Str\u00f6me, wie man hochfrequente Stromsignale genau misst, wie man Einschaltsto\u00dfstr\u00f6me misst und wie man niederfrequente Sondenverzerrungen behebt. <\/p>\n\n\n\n

\"Messung<\/figure>\n\n\n\n

Das Kernproblem: Bandbreitenbegrenzung und niederfrequente Sondenverzerrung<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Viele Ingenieure beginnen mit einer universellen Stromzangensonde f\u00fcr Oszilloskope, die gut f\u00fcr 50\/60 Hz-Stromleitungen oder langsame Motorstr\u00f6me funktioniert. Bei schnellen Schaltflanken (Anstiegszeiten < 50 ns), wie sie in modernen GaN- oder SiC-Leistungsstufen<\/a> vorkommen, erzeugen solche Sonden jedoch starke Wellenformverzerrungen. Dies liegt daran, dass ihre Bandbreite oft auf einige hundert kHz begrenzt ist. Infolgedessen k\u00f6nnen Sie hochfrequente Stromsignale nicht richtig messen. Die Wellenform erscheint abgerundet, verz\u00f6gert oder vollst\u00e4ndig umgeformt. Diese niederfrequente Sondenverzerrung f\u00fchrt zu falschen Berechnungen der Schaltverluste, falschen Schlussfolgerungen \u00fcber EMI und letztendlich zu unzuverl\u00e4ssigen Designs. Um niederfrequente Sondenverzerrungen zu beheben, ben\u00f6tigen Sie eine Sonde mit mindestens 50 MHz bis 100 MHz Bandbreite, schneller Anstiegszeit und flacher Antwort \u00fcber den interessierenden Frequenzbereich. Eine hochfrequente AC\/DC-Stromsonde, wie sie in professionellen Leistungselektronik-Labors verwendet wird, erreicht genau das.<\/p>\n\n\n\n

\"Vergleich:<\/figure>\n\n\n\n

Zweifache Bereichsauswahl \u2013 Messung sowohl gro\u00dfer Sto\u00dfstr\u00f6me als auch kleiner Rippel<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Eines der praktischsten Merkmale moderner Sonden ist die zweifache Bereichsauswahl. Die Leistungselektronik erfordert oft die Messung eines breiten dynamischen Bereichs: von Zehntelmilliampere Leerlaufstrom bis zu Zehnampere Spitzensto\u00dfstrom. Eine einzelne feste Verst\u00e4rkung w\u00fcrde entweder bei gro\u00dfen Signalen s\u00e4ttigen oder eine unzureichende Empfindlichkeit f\u00fcr kleine Str\u00f6me aufweisen. Mit doppelten Bereichen (z. B. 6A und 30A) k\u00f6nnen Sie Niedrigstr\u00f6me einfach im empfindlichen Bereich (z. B. 1V\/2A Ausgang) messen und dann auf den hohen Bereich (z. B. 1V\/10A) umschalten, um Einschalt- oder \u00dcberlastungsereignisse zu erfassen. Diese F\u00e4higkeit hilft direkt, Messfehler zu reduzieren, da das Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis f\u00fcr jede Amplitude optimiert wird. Schl\u00fcsselmerkmale umfassen:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Stromsonde mit zweifacher Bereichsauswahl: 6A (hohe Empfindlichkeit) und 30A (hoher Strom) Bereiche, w\u00e4hlbar \u00fcber eine Taste an der Vorderseite.<\/li>\n\n\n\n
  • Ausgangsempfindlichkeit: 1V\/2A (6A-Bereich) und 1V\/10A (30A-Bereich), kompatibel mit jedem Oszilloskop mit 1M\u03a9-BNC-Eingang.<\/li>\n\n\n\n
  • F\u00e4higkeit zur Messung von Sto\u00dfstr\u00f6men bis zu 30A Spitze (60A Spitze-Spitze) ohne S\u00e4ttigung.<\/li>\n\n\n\n
  • Niedrige Stromaufl\u00f6sung: bis zu 20 mA im 6A-Bereich, erm\u00f6glicht die \u00dcberwachung des Leerlaufstroms im Standby-Modus.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    Entmagnetisierung und automatische Nullstellung \u2013 Beseitigung von DC-Offset und Remanenz<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

    Stromsonden, die einen Hall-Effekt-Sensor (f\u00fcr DC) und eine Spule (f\u00fcr AC) verwenden, leiden unter zwei h\u00e4ufigen Artefakten: remanenter Magnetismus (Kernspeicher) und Temperaturdrift des Hall-Elements. Dies f\u00fchrt zu einem nicht-null Ausgang, selbst wenn kein Strom flie\u00dft, was Messfehler insbesondere bei niedrigen Str\u00f6men verursacht. Eine entmagnetisierende Stromsonde l\u00f6st das erste Problem, indem sie ein abklingendes wechselndes Magnetfeld anlegt, um den Kern zu entmagnetisieren. Eine Stromsonde mit automatischer Nullstellung kompensiert dann jeden verbleibenden Offset. Mit einem einzigen Druck auf die “Null”-Taste f\u00fchrt die Sonde sowohl Entmagnetisierung als auch automatische Nullstellung durch und gew\u00e4hrleistet Genauigkeit vor jeder kritischen Messung. Dies ist unerl\u00e4sslich, wenn Sie Messfehler auf \u00b11% oder besser reduzieren m\u00fcssen. Schl\u00fcsselmerkmale:<\/p>\n\n\n\n

      \n
    • Entmagnetisierende Stromsonde mit integrierter Entmagnetisierungsspule \u2013 kein externer Entmagnetisierer erforderlich.<\/li>\n\n\n\n
    • Stromsonde mit automatischer Nullstellung \u2013 Ein-Tasten-Bedienung, LED-Anzeige zeigt abgeschlossene Nullstellung an.<\/li>\n\n\n\n
    • DC-Genauigkeit: typischerweise \u00b11% \u00b110 mA (6A-Bereich) \/ \u00b11% \u00b150 mA (30A-Bereich).<\/li>\n\n\n\n
    • Rauschen: \u2264 1,4 mA RMS (Bandbreite begrenzt auf 20 MHz) \u2013 unerl\u00e4sslich f\u00fcr saubere Niedrigstrommessungen.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
      \"Bild<\/figure>\n\n\n\n

      BNC-Schnittstelle und universelle Kompatibilit\u00e4t<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

      Im Gegensatz zu spezialisierten Sonden, die propriet\u00e4re Steckverbinder oder externe Netzteile erfordern, bietet eine Stromsonde mit BNC-Schnittstelle universelle Kompatibilit\u00e4t. Jedes Oszilloskop mit einem Standard-BNC-Eingang (was fast alle Oszilloskope sind) kann den Ausgang der Sonde direkt akzeptieren. Dar\u00fcber hinaus wird die Sonde \u00fcber eine DC 5V\/3A-Versorgung (oft \u00fcber USB oder einen mitgelieferten Adapter) gespeist, sodass keine dedizierte Sondenschnittstelle erforderlich ist. Wenn Sie fragen, was die h\u00e4ufigste Eingangsschnittstelle eines Oszilloskops ist \u2013 die Antwort ist BNC. Daher gew\u00e4hrleistet die Verwendung einer Stromsonde mit BNC-Schnittstelle, dass Sie schnell zwischen verschiedenen Oszilloskopen im Labor wechseln k\u00f6nnen. Diese Funktion ist besonders wertvoll in Umgebungen mit Elektronik-Ingenieurwesen-Experimenten und Leistungselektronik-Experimentaldesign, wo mehrere Teststationen vorhanden sind. Hauptvorteile:<\/p>\n\n\n\n

        \n
      • Stromsonde mit BNC-Schnittstelle \u2013 Plug-and-Play mit jedem 1 M\u03a9-Oszilloskop-Eingang.<\/li>\n\n\n\n
      • Niedrige Ausgangsimpedanz (typischerweise 50\u03a9) und kurze Verz\u00f6gerung (<30 ns) gew\u00e4hrleisten genaue Zeitabstimmung mit Spannungssonden.<\/li>\n\n\n\n
      • Keine Kalibrierbox oder komplexe Einrichtung \u2013 einfach anschlie\u00dfen, entmagnetisieren\/nullen und messen.<\/li>\n\n\n\n
      • \u00dcberlastungsanzeige (blinkende LED) warnt, wenn der Eingangsstrom den ausgew\u00e4hlten Bereich \u00fcberschreitet.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

        Anwendungen in Branchen und Forschungsbereichen<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

        Mit den oben beschriebenen F\u00e4higkeiten wird eine hochfrequente AC\/DC-Stromsonde zu einem unverzichtbaren Werkzeug in vielen Bereichen. Im Elektrofahrzeug-Transportdesign erfasst sie Motorphasenstr\u00f6me und DC-Zwischenkreisrippel. Im Schaltnetzteil-Design misst sie Induktorstr\u00f6me und Schaltknotentransienten. Das Halbleiterbauelement-Design profitiert von der genauen Charakterisierung des dynamischen Einschaltwiderstands und der Schaltverluste. Das Avionik-Design erfordert zuverl\u00e4ssige Strom\u00fcberwachung in rauen elektrischen Umgebungen. Sowohl Wechselrichter-Design als auch Transformator-Design ben\u00f6tigen breitbandige Stromsonden, um Kerns\u00e4ttigungs- und Streuinduktivit\u00e4tseffekte zu analysieren. Das Design elektronischer Vorschaltger\u00e4te f\u00fcr Beleuchtung st\u00fctzt sich auf hochfrequente Strommessungen, um eine ordnungsgem\u00e4\u00dfe Lampenz\u00fcndung und einen stabilen Dauerbetrieb zu gew\u00e4hrleisten. Industriesteuerungs-Design und Unterhaltungselektronik-Design verwenden diese Sonden f\u00fcr Leistungsintegrit\u00e4t und Standby-Leistungsoptimierung. Motorantriebs-Design (z. B. Hybridfahrzeuge) und Elektroantriebs-Experimentaldesign st\u00fctzen sich auf genaue Stromr\u00fcckmeldung f\u00fcr die Regelkreisabstimmung. Die Sonde ist auch ein Standardwerkzeug in universit\u00e4ren Elektronik-Ingenieurwesen-Kursen und Leistungselektronik-Experimentallabors.<\/p>\n\n\n\n

        Spezifikations\u00fcbersicht (Beispiel: Sonde der Klasse 50 MHz \/ 100 MHz)<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
        Parameter<\/th>Wert<\/th><\/tr><\/thead>
        Bandbreite (\u20133dB)<\/td>50 MHz \/ 100 MHz<\/td><\/tr>
        Anstiegszeit<\/td>\u22647 ns \/ \u22643,5 ns<\/td><\/tr>
        Bereiche<\/td>6A (hohe Empfindlichkeit), 30A (hoher Strom)<\/td><\/tr>
        Ausgangsempfindlichkeit<\/td>1V\/2A (6A), 1V\/10A (30A)<\/td><\/tr>
        DC-Genauigkeit<\/td>\u00b11% \u00b110 mA (6A), \u00b11% \u00b150 mA (30A)<\/td><\/tr>
        Verz\u00f6gerungszeit<\/td><30 ns (beide Bereiche)<\/td><\/tr>
        Maximaler Dauerstrom<\/td>30A Spitze, 60A Spitze-Spitze, 21,21A RMS<\/td><\/tr>
        Maximale Betriebsspannung (CAT I)<\/td>300V (schwimmend \/ gegen Masse)<\/td><\/tr>
        Rauschen (20 MHz BW, 30A-Bereich)<\/td>\u22641,4 mA RMS<\/td><\/tr>
        Leiterdurchmesser<\/td>max. 5 mm<\/td><\/tr>
        Stromversorgung<\/td>DC 5V \/ 3A<\/td><\/tr>
        Schnittstelle<\/td>BNC (1 M\u03a9-Oszilloskop-Eingang)<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

        Wie man Messfehler in der Praxis reduziert<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

        Selbst mit einer Hochleistungs-Sonde ist die korrekte Verwendung der Schl\u00fcssel zur Reduzierung von Messfehlern. Befolgen Sie diese Schritte: (1) Entmagnetisieren und automatisch nullen Sie die Sonde immer vor jeder Messung, insbesondere nach einem Bereichswechsel oder wenn die Sonde gro\u00dfen Str\u00f6men ausgesetzt war. (2) Halten Sie den Sondenkopf geschlossen und zentriert auf dem Leiter, um positionsabh\u00e4ngige Fehler zu vermeiden. (3) Verwenden Sie den niedrigsten Bereich, der nicht \u00fcberlastet, da die Stromsonde mit zweifacher Bereichsauswahl im unteren Bereich ein besseres Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis bietet. (4) Ber\u00fccksichtigen Sie die Verz\u00f6gerung der Sonde (<30 ns) beim Vergleich mit einer Spannungssonde \u2013 die meisten Oszilloskope verf\u00fcgen \u00fcber Deskew-Funktionen, um Messfehler bei Leistungsverlustberechnungen zu reduzieren. (5) F\u00fcr sehr niedrige Str\u00f6me (<100 mA) verwenden Sie den 6A-Bereich und aktivieren Sie die Bandbreitenbegrenzung (20 MHz) am Oszilloskop, um hochfrequentes Rauschen zu reduzieren. Dies erm\u00f6glicht es Ihnen, Niedrigstr\u00f6me einfach mit hoher Zuverl\u00e4ssigkeit zu messen.<\/p>\n\n\n\n

        Fazit: Ein unverzichtbares Werkzeug f\u00fcr die moderne Leistungselektronik<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

        Zusammenfassend erfordert die Erfassung hochfrequenter transienter Str\u00f6me im Elektrofahrzeug-Transportdesign und Schaltnetzteil-Design eine spezialisierte Oszilloskop-Sonde. Eine Standard-Stromsonde oder Stromzangensonde f\u00fcr Oszilloskope mit begrenzter Bandbreite erzeugt niederfrequente Sondenverzerrungen und kann hochfrequente Stromsignale nicht genau messen. Im Gegensatz dazu l\u00f6st eine hochfrequente AC\/DC-Stromsonde mit Merkmalen wie zweifacher Bereichsauswahl, Entmagnetisierung, automatischer Nullstellung und BNC-Schnittstelle diese Probleme. Sie erm\u00f6glicht es Ihnen, Einschaltsto\u00dfstr\u00f6me zu messen, Niedrigstr\u00f6me im Standby-Modus einfach zu messen und Messfehler auf innerhalb von \u00b11% zu reduzieren. Ob Sie an Elektronik-Ingenieurwesen-Experimenten, Halbleiterbauelement-Design, Avionik-Design, Wechselrichter-Design, Transformator-Design, Elektronischem Vorschaltger\u00e4t-Design, Industriesteuerungs-Design, Unterhaltungselektronik-Design, Motorantriebs-Design, Leistungselektronik-Experimentaldesign oder Elektroantriebs-Experimentaldesign beteiligt sind \u2013 diese Sonde wird zu einem unverzichtbaren Teil Ihres Testplatzes. Und f\u00fcr diejenigen, die \u00fcber bestehende Produkte hinausblicken, haben wir bereits unsere eigene selbst entwickelte Oszilloskop-Stromsonde mit vergleichbarer oder \u00fcberlegener Leistung entwickelt \u2013 bereit, Ihre anspruchsvollsten Anwendungen zu unterst\u00fctzen.<\/p>\n\n\n