¿Cómo medir la ondulación de alta tensión y alta frecuencia?

Tengo un transformador de ferrita que emite 1,2 kV RMS en su secundario. He agregado un diodo para hacer la rectificación de media onda y he agregado un capacitor suficiente (10nF) en paralelo para lidiar con la ondulación. Es más que suficiente, según la fórmula. d V = i F C

Estoy usando 32kHz en el transformador y planeo dibujar como máximo 500 µA. Esto debería darme una onda muy pequeña.

Sin embargo, para medir la ondulación, intenté usar una sonda de alto voltaje de 1000:1. Tiene una impedancia de 1 GΩ y está clasificado solo para 60 Hz. La medición de mi voltaje rectificado/filtrado muestra una gran cantidad de gargabe y una gran ondulación, alrededor de 800 V, pero sospecho que esto es falso, dada la incapacidad de la sonda para manejar frecuencias más altas, probablemente.

También probé un divisor de voltaje usando resistencias regulares de 1/8W de 10MΩ y 100kΩ y una sonda de alcance regular en la resistencia de 100kΩ, pero los resultados son bastante similares.

Cambiar el capacitor o quitarlo por completo cambia la ondulación solo un poco, alrededor de un 10% mejor o peor.

Entonces, mi pregunta: ¿es normal obtener resultados falsos con esas sondas (o divisores de voltaje) en voltajes de alta frecuencia?

¿Existe una forma segura y confiable de medir la ondulación en este escenario en particular?

ACTUALIZAR:

Aquí está la distorsión que obtuve en el secundario, después de la rectificación y el filtrado, para ilustrar un poco mejor la pregunta:

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Después de leer las sugerencias de todos, decidí hacer una prueba que no había hecho antes: hice otro transformador, con un secundario de unos 170V. De esa manera, podría usar una sonda normal de 10x (sin ningún divisor de voltaje) y comparar su rendimiento con el divisor de voltaje 1/1000, pero manteniendo la frecuencia de 32 kHz. 170 V es bueno porque no es demasiado alto para una sonda de 10x, pero tampoco demasiado bajo para un divisor de 1000x.

Aquí está el resultado. Primero, el secundario después de la rectificación y el filtrado, medido con la sonda normal 1/10. Una señal DC muy aceptable:

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Sin embargo, aquí está la misma señal medida con el divisor. Si ignoramos el ruido fuerte, podemos ver el mismo patrón en la primera imagen:

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No lo sé, este es el único problema con mi circuito, pero está claro que el método de medición es el más grande. Construiré una sonda 1/1000, utilizando resistencias de alto voltaje y condensadores de compensación protegidos del ruido. No puedo confiar en divisores de voltaje simples para esta cosa.

He visto algunas instrucciones de bricolaje para sondas de alto voltaje y algunos videos de YouTube. El mayor problema es obtener una respuesta de frecuencia relativamente plana. A menudo, forma filtros RC a partir de las resistencias utilizadas y las capacitancias parásitas que estropean todo.
@PlasmaHH, esto es lo que sospechaba, porque la única prueba que podía hacer para asegurarme de que la sonda funcionaba bien era medir el voltaje de la red. Midió muy bien, pero solo son 60 Hz, por lo que esta prueba no garantiza que también funcione para voltajes que oscilan a algunos kHz.
@Marcovecchio. Usé sondas de osciloscopio de Tektronix, clasificadas para un máximo de 20 KV a 75 MHz (-3 db), pero cuestan $1200 USD cada una. El problema con una versión de bricolaje no son las resistencias de 1G ohm que necesita, sino cómo poner un condensador clasificado para varios KV en paralelo para obtener una respuesta de frecuencia plana.
@Sparky256, de hecho, ahora empiezo a entender las razones detrás de los altos precios de estas sondas. Y como curiosidad, la sonda HV que estoy usando es prestada de un amigo. Pagó alrededor de $300 por él, pero no tiene ningún capacitor adentro, solo resistencias HV. No tan caras como las sondas que mencionaste, pero lo suficientemente caras como para que esperemos cierto nivel de sofisticación, que no parece estar presente en ellas. Ahora entiendo por qué está clasificado solo para 60 Hz.

Respuestas (3)

¿Es normal obtener resultados falsos con esas sondas (o divisores de voltaje) en voltajes de alta frecuencia?

Sí, sin una compensación de frecuencia adecuada. Ocurre porque las resistencias tienen una pequeña capacitancia parásita, que se puede modelar como un capacitor en paralelo con una resistencia. Estos capacitores parásitos forman un divisor de voltaje capacitivo para señales de alta frecuencia. Si la relación del divisor parásito difiere de la relación en CC, obtendrá mediciones incorrectas, ya que la relación general depende de la frecuencia.

Por lo general, esto no es un problema en el rango de kHz. Pero no en el caso de alta tensión, lo que implica resistencias de alto valor. La capacitancia de una resistencia típica es de aproximadamente 1,5 pF, lo que da 3,3 MΩ a 32 kHz para una onda sinusoidal pura. Debido a que está utilizando resistencias de alto valor, la capacitancia parásita se convierte en el factor dominante incluso en frecuencias de rango de kHz. Si una señal no es una onda sinusoidal pura, es decir, contiene armónicos de alta frecuencia, la capacitancia parásita domina aún más.

Resuelva el problema, agregue un condensador de compensación (normalmente, es un condensador variable). Para obtener una compensación de frecuencia se debe cumplir la siguiente condición

R 2 R 1 + R 2 = C 1 C 1 + C 2

Esto puede derivarse de la relación para un divisor capacitivo

1 j ω C 2 1 j ω C 1 + 1 j ω C 2

La forma más fácil de probar un divisor es mirar una señal de onda cuadrada dividida a través de un osciloscopio. Con la compensación adecuada, la onda cuadrada se parece a la onda cuadrada escalada. Sin la compensación adecuada, verá una señal con una forma extraña. Esto se debe a que la proporción del divisor no compensado depende de un número armónico y, después de la división, los armónicos no suman la onda cuadrada.

No estoy seguro de que la compensación de frecuencia sea el único problema; probablemente haya otros problemas relacionados con un ruido en el circuito de medición.

Además, las resistencias típicas de 1/8 W no son adecuadas para 1,2 kV RMS. El voltaje máximo permitido para tales resistencias no supera los 100 V RMS, si no recuerdo mal. Consulte la hoja de datos para el valor exacto.

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Una forma de obtener una división adecuada es usar un capacitor de 10 nF como parte del divisor

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Tenga en cuenta que

100 kΩ 10000 kΩ + 100 kΩ = 10 nF 10 nF + 1000 nF

¡Muchas gracias por la explicación detallada, @dmitryvm! Me hiciste pensar en una prueba que podría intentar: hacer un divisor con resistencias de 1M/1k. Reduciendo la resistencia, minimizaré los desagradables efectos capacitivos, y con 1kV a 1M, seguiría extrayendo solo 1mA del transformador. ¿Qué opinas?
@Marcovecchio: he editado la respuesta para incluir una posible solución
¡muchas gracias! ¡Lo probaré esta noche y publicaré los resultados aquí!

Sus divisores de voltaje, suponiendo que estas resistencias sean seguras para estos voltajes (sí, las resistencias también tienen voltajes de funcionamiento máximos, simplemente porque puede "arco" a través de ellos/alrededor de ellos), deberían ser correctos. No veo ninguna razón por la que no deberían hacerlo. 32kHz realmente no es tan alto, por lo que los efectos parásitos (capacitancia de la resistencia y las trazas) deberían ser bastante irrelevantes, y dado que no está ejecutando un par de cientos de metros de cable, probablemente tampoco tenga una radiación significativa de poder .

Mediría a fondo todas las señales individuales involucradas aquí: ¿la corriente que ingresa al lado de bajo voltaje de su transformador realmente tiene la forma que espera? Si no hace la rectificación, ¿cómo se ve el voltaje de salida?

Gracias por la respuesta. Sí, las señales no son perfectas, pero se ven bien en el primario. Capturaré la pantalla de alcance y actualizaré la pregunta. También publicaré los esquemas completos, mostrando el controlador del transformador, etc.

Las sondas de osciloscopio son fáciles de usar, pero no siempre se puede confiar en ellas. Utilizo un transformador de pulsos de alta frecuencia 1:1 acoplado capacitivamente. Luego ejecuto un cable coaxial RG58U al conector BNC en el osciloscopio. Esto significa que no necesito usar la sonda. Termino el cable coaxial con 50 ohmios cuando el alcance no tiene un botón de 50 ohmios. Los errores de las sondas de alcance son mucho peores en la configuración 1: 1, por lo que las personas generalmente usan la configuración 10: 1. La configuración del transformador de pulso es 1: 1 por lo que tiene una mejor sensibilidad de medición y es más seguro.

Prefiero el cable RG59B/U al cable RG58 para tales fines.
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