CH716494A2

CH716494A2 - Galvanically separated measuring system.

Info

Publication number: CH716494A2
Application number: CH01010/19A
Authority: CH
Inventors: Niklaus Pascal; Bortis Dominik; Walter Kolar Johann
Original assignee: Eth Zuerich
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2021-02-15
Also published as: CH716494B1

Abstract

Ein galvanisch getrenntes Messsystem (2) dient zur Messung einer Spannung zwischen einem ersten Eingang (211) und einem zweiten Eingang (212) des Messsystems (2). Es weist die Funktionsblöcke Messkopf (21), digitaler Übertragungskanal (22), Entkopplungseinheit (23) und Signalverarbeitungseinheit (24) auf, wobei gemessene und digital vorliegende Daten von letzterer mittels digitaler Datenübermittlung (25) entweder per Funk (251), per optischem Link (252) oder via elektrischer Leitung (253) an eine Plattform (3) übertragen werden, welche die Daten anzeigt, speichert und/oder weiterverarbeitet. Die Entkopplungseinheit (23) dient dazu, Lade-/Entladeströme, welche in jedem galvanisch getrennten Messsystem (2) bei der Messung bezogen auf ein springendes Messreferenzpotential (B) auftreten, von sensitiven Messpunkten, d.h. dem ersten Eingang (211) und dem zweiten Eingang (212) des Messsystems (2) fernzuhalten.A galvanically isolated measuring system (2) is used to measure a voltage between a first input (211) and a second input (212) of the measuring system (2). It has the functional blocks measuring head (21), digital transmission channel (22), decoupling unit (23) and signal processing unit (24), with measured and digital data from the latter by means of digital data transmission (25) either by radio (251) or by optical link (252) or via an electrical line (253) to a platform (3) which displays, stores and / or processes the data. The decoupling unit (23) is used to transfer charging / discharging currents, which occur in each galvanically separated measuring system (2) when measuring in relation to a jumping measuring reference potential (B), from sensitive measuring points, i.e. the first input (211) and the second input (212) away from the measuring system (2).

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Messtechnik, insbesondere auf eine galvanisch getrennte Spannungs- und Strommessung, welche durch einen geeigneten Aufbau eines Messverstärkereingangs eine hohe Gleichtaktunterdrückung ermöglichen kann. Sie betrifft insbesondere eine genaue und störungsfreie Messung von elektrischen Grössen, welche gegenüber Erde auf rasch ändernde bzw. „springende“ Potentiale bezogen sind. The invention relates to the field of measurement technology, in particular to a galvanically separated voltage and current measurement, which can enable a high common-mode rejection through a suitable structure of a measuring amplifier input. In particular, it relates to an accurate and interference-free measurement of electrical quantities which are related to rapidly changing or “jumping” potentials compared to earth.

[0002] Ein Beispiel dazu ist die Messung der Gatespannung vAB(zwischen den Punkten A und B) des oberen Schalters THSeines Brückenzweiges eines leistungselektronischen Konverters, deren Bezugspotential (Brückenzweig-Ausgang) B sich in Abhängigkeit des Schaltzustandes (unterer oder oberer Schalter eingeschaltet) springend ändert. An example of this is the measurement of the gate voltage vAB (between points A and B) of the upper switch THSeines bridge arm of a power electronic converter, the reference potential (bridge arm output) B depending on the switching state (lower or upper switch switched on) jumping changes.

[0003] In der heutigen Praxis sind galvanisch getrennte Messsysteme externe Systeme, welche mit mindestens zwei Messleitungen an den Messpunkten auf der zu messenden Schaltung angeschlossen werden. Das externe galvanisch getrennte Messsystem weist typischerweise eine analoge Messschaltung (Verstärkerstufe), eine Signalverarbeitungseinheit und eine galvanisch getrennte Signal- und Energieübertragungseinheit auf. Die galvanische Trennung des Messsignals wird gemäss dem Stand der Technik typischerweise optisch analog oder optisch digital über eine Glasfaser [1,2] oder elektromagnetisch über einen Funkkanal [3] realisiert. Für die digitale Übertragung muss jedoch die Signalverarbeitungseinheit das analoge Messsignal zuerst digitalisieren. Die Energieversorgung des galvanisch getrennten Messsystems erfolgt entweder von einem lokalen Energiespeicher (Akkumulator, Batterie [1,3]) oder vom ruhenden Bezugspotential M, auch Massepotential genannt, über eine galvanisch getrennte Versorgung (magnetisch, optisch [2]). In today's practice, galvanically isolated measuring systems are external systems that are connected to the measuring points on the circuit to be measured with at least two measuring lines. The external, galvanically separated measuring system typically has an analog measuring circuit (amplifier stage), a signal processing unit and a galvanically separated signal and energy transmission unit. According to the state of the art, the electrical isolation of the measurement signal is typically implemented optically analog or optically digital via a glass fiber [1,2] or electromagnetically via a radio channel [3]. For digital transmission, however, the signal processing unit must first digitize the analog measurement signal. The energy supply of the galvanically separated measuring system is done either from a local energy storage device (accumulator, battery [1,3]) or from the resting reference potential M, also called ground potential, via a galvanically separated supply (magnetic, optical [2]).

[0004] Messsysteme mit hoher Signalbandbreite, d.h. hohen Anforderungen an die analoge Verstärkerstufe und an die Signalverarbeitung, und somit hohem Leistungsbedarf sind typischerweise relativ gross. Zwischen dem Messsystem, welches sich auf dem springenden Bezugspotential B befindet, und dem Massepotential M existiert somit eine parasitäre Erdkapazität Cearth, welche unter anderem von den mechanischen Abmessungen der Messschaltung sowie dem physikalischen Abstand zum konstanten Massepotential abhängt. Jegliche Änderung des springenden Bezugspotentials B bezüglich des Massepotentials M, d.h. jegliche Änderung der Gleichtaktspannung vBM, führt unweigerlich zu einer Auf- und/oder Entladung der parasitären Erdkapazität Cearth, was einen bestimmten Lade-/Entladestrom hervorruft, welcher über eine oder beide Messleitungen fliessen muss und daher die analoge Spannungsmessung verfälscht. Die Fähigkeit eines Messsystems, trotz den durch die Gleichtaktauslenkung hervorgerufenen Lade-/Entladeströme eine genaue Messung durchführen zu können, wird durch die Gleichtaktunterdrückung (CMRR) charakterisiert, wobei ein gutes Messsystem eine sehr hohe CMRR über einen weiten Frequenzbereich zeigt. Measurement systems with a high signal bandwidth, i.e. high demands on the analog amplifier stage and on the signal processing, and thus high power requirements, are typically relatively large. Between the measuring system, which is at the jumping reference potential B, and the ground potential M, there is therefore a parasitic earth capacitance Cearth, which depends, among other things, on the mechanical dimensions of the measuring circuit and the physical distance to the constant ground potential. Any change in the jumping reference potential B with respect to the ground potential M, i.e. any change in the common-mode voltage vBM, inevitably leads to a charging and / or discharging of the parasitic earth capacitance Cearth, which causes a certain charging / discharging current which has to flow via one or both measuring lines and therefore falsifies the analog voltage measurement. The ability of a measuring system to carry out a precise measurement despite the charge / discharge currents caused by the common-mode deflection is characterized by common-mode rejection (CMRR), whereby a good measuring system shows a very high CMRR over a wide frequency range.

[0005] Eine weitere Schwierigkeit in modernen Aufbauten ist der limitierte physische Zugang zu den Messpunkten, da die Platzierung der Komponenten und Leiterbahnen im Interesse der Signalintegrität extrem kompakt ausgeführt wird und somit nicht mehr notwendigerweise Platz zum Anschluss eines externen Messsystems vorhanden ist. Another difficulty in modern structures is the limited physical access to the measuring points, since the placement of the components and conductor tracks is extremely compact in the interests of signal integrity and there is therefore no longer necessarily space for connecting an external measuring system.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung ist, ein galvanisch getrenntes Messsystem zu schaffen, welches mindestens einen der oben genannten Nachteile bekannter Messsysteme bzw. -verfahren bezüglich Messgenauigkeit und Gleichtaktunterdrückung mindestens teilweise behebt. The object of the invention is to create a galvanically isolated measuring system which at least partially eliminates at least one of the above-mentioned disadvantages of known measuring systems or methods with regard to measuring accuracy and common-mode rejection.

[0007] Diese Aufgabe löst ein galvanisch getrenntes Messsystem mit den Merkmalen der Patentansprüche. This object is achieved by a galvanically isolated measuring system with the features of the patent claims.

[0008] Die Erfindung umfasst einen oder mehrere der folgenden Aspekte: Aufteilung in Funktionsblöcke, d.h. modularer Aufbau des Messsystems, insbesondere einen hochkompakten Messkopf mit lokaler Digitalisierung des Messsignales, da das Digitalsignal im Vergleich zum analogen Messsignal weniger empfindlich gegenüber Störungen und Potentialverschiebungen durch Ableitströme ist; versorgt direkt aus der zu messenden Schaltung und/oder über eine koppelkapazitätsarme Hilfsspannungsversorgung von einer externen Energiequelle, wobei die Hilfsspannungsversorgung gegenüber dem Messkopf elektrisch und physikalisch so angebracht ist, dass zufolge der Koppelkapazität auftretende Lade-/Entladeströme keine Verzerrung des Messsignales oder allgemein Störungen der Elektronik des Messkopfes auftreten; weiters: Übertragung des digitalisierten Messsignales über einen digitalen Übertragungskanal nach aussen, und separate (vor- oder nachgeschaltete) oder auf dem digitalen Übertragungskanal angebrachte Entkopplungsmassnahmen wie z.B. gleichtaktmässige Impedanzerhöhung zwischen hochkompaktem Messkopf und Signalverarbeitungsteil wobei der digitale Übertragungskanal durch z.B. Hochfrequenzferrite geführt wird, welche das Auftreten von hochfrequenten kapazitiven Lade-/Entladeströmen über den digitalen Übertragungskanal weitestgehend unterbinden. The invention comprises one or more of the following aspects: Division into function blocks, ie modular structure of the measuring system, in particular a highly compact measuring head with local digitization of the measuring signal, since the digital signal is less sensitive to interference and potential shifts due to leakage currents compared to the analog measuring signal ; supplied directly from the circuit to be measured and / or via an auxiliary voltage supply with low coupling capacitance from an external energy source, the auxiliary voltage supply being electrically and physically attached to the measuring head in such a way that charging / discharging currents occurring due to the coupling capacitance do not distort the measurement signal or generally disturb the electronics of the measuring head occur; Furthermore: Transmission of the digitized measurement signal to the outside via a digital transmission channel, and separate (upstream or downstream) or on the digital transmission channel applied decoupling measures such as common-mode impedance increase between the highly compact measuring head and the signal processing part, whereby the digital transmission channel is led through, for example, high-frequency ferrite, which occurs As far as possible, prevent high-frequency capacitive charging / discharging currents via the digital transmission channel.

[0009] Durch die kompakte Bauweise des Messkopfs kann er in hochkompakte Schaltungen integriert werden. Grundsätzlich beinhaltet der Messkopf die notwendige Elektronik, welche die Umwandlung der Spannung zwischen den Punkten A und B in ein oder in mehrere digitale Signale ermöglicht. Due to the compact design of the measuring head, it can be integrated into highly compact circuits. Basically, the measuring head contains the necessary electronics, which enable the conversion of the voltage between points A and B into one or more digital signals.

[0010] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt schematisch: Figur 1: Beispiel für typische Messanordnung mit Messung der Gatespannung vABdes oberen Schalters THS eines Brückenzweiges, dessen springendes Bezugspotential (Brückenzweig-Mittelpunkt) B sich in Abhängigkeit des Schaltzustandes (unterer oder oberer Schalter eingeschaltet) ändert, zusammen mit dem erfindungsgemässen miniaturisierten und/oder integrierten galvanisch getrennten Messsystem, welches zur Unterbindung von kapazitiven Lade-/Entladeströmen eine entsprechende Entkopplungseinheit beinhaltet.In the following, the subject matter of the invention is explained in more detail using a preferred exemplary embodiment, which is shown in the accompanying drawing. It shows schematically: Figure 1: Example of a typical measuring arrangement with measurement of the gate voltage vAB of the upper switch THS of a bridge branch, the jumping reference potential (bridge branch center point) B changes depending on the switching state (lower or upper switch switched on), together with the miniaturized according to the invention and / or integrated, galvanically separated measuring system, which contains a corresponding decoupling unit to prevent capacitive charging / discharging currents.

[0011] Das galvanisch getrennte Messsystem 2 zur Messung einer Spannung vABzwischen den Punkten A und B wird entsprechendFigur 1in die Funktionsblöcke Messkopf 21, digitaler Übertragungskanal 22, Entkopplungseinheit 23, Signalverarbeitungseinheit 24 und isolierte Datenübermittlungsschnittstelle 25 auf elektromagnetischer 251, optischer 252 oder elektrischer 253 Basis aufgeteilt. Diese Aufteilung führt zu einer Auftrennung der parasitären Erdkapazität Cearthin einzelne parasitäre Erdkapazitäten zwischen Massepotential M und jedem einzelnen Funktionsblock, wobei die jeweilige parasitäre Erdkapazität weitestgehend mit den physikalischen Abmessungen des jeweiligen Funktionsblockes skaliert. Dieser modulare Aufbau ermöglicht es nun, durch Einfügen einer gleichtaktmässigen Entkopplungseinheit 23 vor, nach oder im digitalen Übertragungskanal 22, im Wesentlichen sämtliche parasitäre Erdkapazitäten der einzelnen Funktionsblöcke welche in Messsignalrichtung physikalisch nach der Entkopplungseinheit 23 angeordnet sind, v.a. die dominierenden parasitären Kapazitäten von der Signalverarbeitungseinheit 24 und den isolierten Datenübermittlungsschnittstellen 25, vom springenden Potential der Messschaltung hochfrequent zu entkoppeln. Dies kann durch Einfügen einer gleichtaktmässigen Längsimpedanz geschehen, z.B. durch Einfügen einer zusätzlichen Gleichtaktinduktivität vor oder nach dem digitalen Übertragungskanal 22 oder mittels Führung des digitalen Übertragungskanals 22 durch Hochfrequenzferrite. Dadurch können die gleichtaktmässigen Lade/Entladeströme bzw. deren hochfrequente Anteile reduziert oder minimiert werden, und kann somit eine sehr hohe CMRR über einen weiten Frequenzbereich erreicht werden. The galvanically isolated measuring system 2 for measuring a voltage vAB between points A and B is divided according to Figure 1 into the functional blocks measuring head 21, digital transmission channel 22, decoupling unit 23, signal processing unit 24 and isolated data transmission interface 25 on an electromagnetic 251, optical 252 or electrical 253 basis . This division leads to a separation of the parasitic earth capacitance Cearthin individual parasitic earth capacitances between ground potential M and each individual function block, the respective parasitic earth capacitance largely scaling with the physical dimensions of the respective function block. This modular structure now enables, by inserting a common-mode decoupling unit 23 before, after or in the digital transmission channel 22, essentially all parasitic ground capacitances of the individual function blocks which are physically arranged after the decoupling unit 23 in the measurement signal direction, especially the dominant parasitic capacitances from the signal processing unit 24 and the isolated data transmission interfaces 25 to be decoupled from the jumping potential of the measuring circuit at high frequencies. This can be done by inserting a common-mode series impedance, e.g. by inserting an additional common-mode inductance before or after the digital transmission channel 22 or by routing the digital transmission channel 22 through high-frequency ferrite. As a result, the common-mode charging / discharging currents or their high-frequency components can be reduced or minimized, and a very high CMRR can thus be achieved over a wide frequency range.

[0012] Die hohe CMRR wird zudem durch die digitale Ausführung des Übertragungskanals 22 weiter verstärkt, da die teils weiterhin über den Übertragungskanal 22 fliessenden kapazitiven Lade-/Entladeströme zu keiner Verfälschung des Messsignales führen, wie dies bei einer analogen Übertragung auftreten würde. Der digitale Übertragungskanal 22 kann dabei als eine oder mehrere elektrische Leitungen aufweisend ausgeführt sein. Alternativ kann der digitale Übertragungskanal 22 auch als eine oder mehrere optische Faser aufweisend ausgeführt sein, d.h. der Messkopf 21 beinhaltet eine optische Sendeeinheit und die Signalverarbeitungseinheit 24 eine optische Empfängereinheit. The high CMRR is further enhanced by the digital design of the transmission channel 22, since the capacitive charging / discharging currents, some of which continue to flow via the transmission channel 22, do not lead to any falsification of the measurement signal, as would occur with an analog transmission. The digital transmission channel 22 can be designed as having one or more electrical lines. Alternatively, the digital transmission channel 22 can also be designed as having one or more optical fibers, i.e. the measuring head 21 contains an optical transmission unit and the signal processing unit 24 an optical receiver unit.

[0013] Unabhängig davon erlaubt die modulare Aufbauweise des Messsystems des Weiteren, den Messkopf 21, welcher die analoge Verstärkerstufe sowie die sofortige Digitalisierung des Messsignals Analog-Digital-Konverter, ADC beinhaltet, sehr kompakt, z.B. als integrierte Schaltung IC, auszuführen, und somit die Messung an bzw. Unterbringung in hochkompakten Schaltungen zu ermöglichen. Grundsätzlich beinhaltet der Messkopf 21 die notwendige Elektronik, welche die Umwandlung der Spannung zwischen den Punkten A und B in ein oder in mehrere digitale Signale ermöglicht. Zudem ist das zu messende Potential A mit einer möglichst kurzen elektrischen Leitung mit einem ersten Eingang 211 des Messkopfes 21 und das springende Messreferenzpotential B mit einer zweiten möglichst kurzen elektrischen Leitung mit einem zweiten Eingang 212 des Messkopfes 21 verbunden. Regardless of this, the modular design of the measuring system also allows the measuring head 21, which contains the analog amplifier stage and the immediate digitization of the measuring signal analog-to-digital converter, ADC, to be very compact, for example as an integrated circuit IC, and thus to enable measurement on or placement in highly compact circuits. Basically, the measuring head 21 contains the necessary electronics, which enable the conversion of the voltage between points A and B into one or more digital signals. In addition, the potential A to be measured is connected to a first input 211 of the measuring head 21 with the shortest possible electrical line, and the jumping measurement reference potential B is connected to a second input 212 of the measuring head 21 with a second short electrical line.

[0014] Vorteilhaft wird somit die parasitäre Kapazität des Messkopfs 21, und somit der gesamten Erdkapazität welche in Messsignalrichtung physikalisch vor der Entkopplungseinheit 23 angeordnet ist, bei kompakter Realisierung minimiert bzw. bei Integration in die Messschaltung eliminiert. Dadurch können die gleichtaktmässig hochfrequenten Lade/Entladeströme weiter reduziert bzw. durch möglichst nahe Positionierung der Entkopplungseinheit 23 am integrierten Messkopf 21 völlig eliminiert werden, d.h. die Aufladung der parasitären Kapazitäten der in Messsignalrichtung physikalisch nach der Entkopplungseinheit 23 angeordneten Funktionsblöcke erfolgt nur noch niederfrequent, wodurch eine sehr hohe CMRR über einen weiten Frequenzbereich erreicht wird. Advantageously, the parasitic capacitance of the measuring head 21, and thus the total earth capacitance which is physically arranged in front of the decoupling unit 23 in the measuring signal direction, is minimized in the case of a compact implementation or eliminated in the case of integration into the measuring circuit. As a result, the high-frequency common-mode charging / discharging currents can be further reduced or completely eliminated by positioning the decoupling unit 23 as close as possible to the integrated measuring head 21, i.e. the charging of the parasitic capacitances of the function blocks physically arranged downstream of the decoupling unit 23 in the measurement signal direction only takes place at low frequencies, which results in very high CMRR is achieved over a wide frequency range.

[0015] Neben den technischen Vorteilen bringt die Modularität des Messsystems und die kompakte Realisierung, z.B. als integrierte Schaltung IC, ebenfalls wirtschaftliche Vorteile, indem eine Vielzahl von kostengünstigen Messköpfen in Schaltungen eingebaut werden können, und bei Vorhandensein einer einheitlichen digitalen Schnittstelle jedoch nur eine teure Signalverarbeitungs- 24 und Übertragungseinheit 25 benötigt wird und umgesteckt werden kann. In addition to the technical advantages, the modularity of the measuring system and the compact implementation, for example as an integrated circuit IC, also bring economic advantages in that a large number of inexpensive measuring heads can be built into circuits, and if a uniform digital interface is available, however, only an expensive one Signal processing 24 and transmission unit 25 is required and can be plugged.

[0016] Die Modularität des Messsystems ist ebenfalls vorteilhaft hinsichtlich der Vielzahl an Möglichkeiten zur Leistungsversorgung des Messsystems. The modularity of the measuring system is also advantageous with regard to the large number of possibilities for supplying power to the measuring system.

[0017] In Ausführungsformen wird nämlich der Messkopf 21 direkt von einer in der zu messenden Schaltung 1, z.B. enthaltenen Spannungsquelle einerTreiberstufe 11 oder ggf. über einen DC/DC-Konverter zur Spannungsanpassung und/oder Potentialtrennung, mit einer Spannung versorgt, wobei das höhere Potential mit einem ersten Versorgungseingang 213 des Messkopfs 21 und das niedrigere Potential mit einem anderen, zweiten Versorgungseingang 214 des Messkopfs 21 verbunden ist. In embodiments namely the measuring head 21 is supplied with a voltage directly from a voltage source contained in the circuit 1 to be measured, for example a driver stage 11 or possibly via a DC / DC converter for voltage adjustment and / or potential separation, the higher being Potential with a first supply input 213 of the measuring head 21 and the lower potential is connected to another, second supply input 214 of the measuring head 21.

[0018] Gleichzeitig kann der Rest des Messsystems, d.h. die Signalverarbeitungseinheit 24 und die isolierte Datenübermittlungsschnittstelle 25, unabhängig vom Messkopf 21 entweder über ein galvanisch getrenntes Netzteil mit geringer Koppelkapazität von einer externen Energiequelle 27 oder durch einen lokalen Energiespeicher 28 versorgt werden, d.h. es kann eine unabhängige Versorgung von einzelnen Funktionsblöcken realisiert sein. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die zu messende Schaltung 1 nur den geringen Leistungsverbrauch des Messkopfs 21 zur Verfügung stellen muss und dieser somit auch in Schaltungen mit schwachen Spannungsversorgungen wie z.B. in Gatetreibern für kleinere Leistungen eingebaut werden kann, währendem der restliche Teil des Messsystems über einen anderen unabhängigen Pfad versorgt wird, dessen allenfalls zusätzliche parasitäre Kapazität durch die Entkopplungseinheit 23 vom Messkopf 21 abgekoppelt wird. Andererseits hat die unabhängige Versorgung den Vorteil, dass im digitalen Übertragungskanal 22 keine Versorgungsleitungen vorzusehen sind, d.h. nur Datenleitungen vorhanden sind. At the same time, the rest of the measuring system, ie the signal processing unit 24 and the isolated data transmission interface 25, independently of the measuring head 21, either via a galvanically isolated power supply with low coupling capacity from an external energy source 27 or by a local energy store 28, ie it can an independent supply of individual function blocks can be realized. On the one hand, this has the advantage that the circuit 1 to be measured only has to provide the low power consumption of the measuring head 21 and this can therefore also be installed in circuits with weak power supplies such as in gate drivers for lower powers, while the remaining part of the measuring system is over another independent path is supplied, the possibly additional parasitic capacitance of which is decoupled from the measuring head 21 by the decoupling unit 23. On the other hand, the independent supply has the advantage that no supply lines have to be provided in the digital transmission channel 22, i.e. only data lines are present.

[0019] In Ausführungsformen kann das Messsystem auch nur von einem Punkt aus versorgt werden, d.h. eine gesamtheitliche Versorgung realisiert werden, wobei z.B. die Signalverarbeitungseinheit 24 vom Messkopf 21 oder der Messkopf 21 von der Signalverarbeitungseinheit 24 versorgt wird. In embodiments, the measuring system can also be supplied from only one point, i.e. a holistic supply can be implemented, with the signal processing unit 24 being supplied by the measuring head 21 or the measuring head 21 by the signal processing unit 24, for example.

[0020] In Ausführungsformen kann der Messkopf 21 auch mit einem galvanisch getrennten Netzteil 26 mit niedriger Koppelkapazität, welches an eine externe Energiequelle 27 angeschlossen ist, oder durch einen lokalen, d.h. in den Messkopf integrierten Energiespeicher versorgt werden. In embodiments, the measuring head 21 can also be supplied with a galvanically separated power supply unit 26 with a low coupling capacitance, which is connected to an external energy source 27, or by a local energy store, that is to say integrated in the measuring head.

[0021] Grundsätzlich ist durch den modularen Aufbau des Messsystems sowohl eine gemeinsame als auch eine unabhängige Versorgung von einzelnen Funktionsblöcken ermöglicht. In principle, the modular structure of the measuring system enables both a common and an independent supply of individual function blocks.

[0022] In Ausführungsformen kann eine zusätzliche elektrische Verbindung 29 zwischen dem Messkopf 21 und der Signalverarbeitungseinheit 24, welche den Lade-/Entladestrom von Cearthführt, vorgesehen werden, womit über den digitalen Übertragungskanal 22 kein oder nur ein geringer Lade-/Entladestrom fliesst. In embodiments, an additional electrical connection 29 between the measuring head 21 and the signal processing unit 24, which guides the charging / discharging current from Cearth, can be provided, so that no or only a small charging / discharging current flows through the digital transmission channel 22.

[0023] In Ausführungsformen ist das Messsystem 2 in einem Schirmgehäuse eingebettet, das mit dem springenden Schaltungspunkt B verbunden ist und unter anderem die Funktion der oben genannten zusätzlichen elektrischen Verbindung 29 zwischen dem Messkopf 21 und der Signalverarbeitungseinheit 24 übernimmt. In embodiments, the measuring system 2 is embedded in a screen housing, which is connected to the jumping circuit point B and, among other things, takes over the function of the above-mentioned additional electrical connection 29 between the measuring head 21 and the signal processing unit 24.

REFERENZENCREDENTIALS

[0024] [1] Teledyne LeCroy, „HVFO High Voltage Fiber Optically-isolated Probe“, Datasheet. [2] Tektronix, „IsoVu™ Optically Isolated DC-1 GHz Measurement System Offers >120 dB CMRR with 2kV Common Mode Range“, White Paper, 2016. [3] Y. Lobsiger, G. Ortiz, D. Bortis, J.W. Kolar „Concept and Experimental Evaluation of a Novel DC - 100 MHz Wireless Oscilloscope“, Proceedings ofthe International Power Electronics Conference - ECCE Asia (IPEC 2014), Hiroshima, Japan, May 18-21, 2014.[1] Teledyne LeCroy, "HVFO High Voltage Fiber Optically-isolated Probe", Datasheet. [2] Tektronix, "IsoVu ™ Optically Isolated DC-1 GHz Measurement System Offers> 120 dB CMRR with 2kV Common Mode Range", White Paper, 2016. [3] Y. Lobsiger, G. Ortiz, D. Bortis, J.W. Kolar "Concept and Experimental Evaluation of a Novel DC - 100 MHz Wireless Oscilloscope", Proceedings of the International Power Electronics Conference - ECCE Asia (IPEC 2014), Hiroshima, Japan, May 18-21, 2014.

Claims

1. Galvanically separated measuring system (2), for measuring a voltage vAB between a first input (211) and a second input (212) of the measuring system (2), which is of modular construction and has as function blocks: measuring head (21), digital transmission channel ( 22), separate or integrated in the transmission channel decoupling unit (23), signal processing unit (24), and data transmission interface (25), the data transmission interface (25) galvanically isolated as a radio channel (251) or as an optical channel (252) and / or as an electrical line (253) is executed.

2. Galvanically separated measuring system (2) according to claim 1, wherein the measuring head (21) realizes an analog amplifier stage and a digitization of an analog measuring signal, and is made compact, in particular is designed as an integrated circuit.

3. Galvanically separated measuring system (2) according to claim 2, wherein the digital transmission channel (22) is designed as one or more electrical lines or as one or more optical fibers.

4. Galvanically separated measuring system (2) according to claim 3, wherein the common-mode decoupling unit (23) is inserted before, after or in the digital transmission channel (22) and thus parasitic ground capacitances of the individual function blocks which are physically arranged after the decoupling unit (23) in the direction of the measurement signal high-frequency decoupled from the jumping potential of the measuring circuit.

5. Galvanically separated measuring system (2) according to claim 4, wherein the common-mode decoupling unit (23) by inserting a common-mode series impedance, • by inserting an additional common mode inductance before or after the digital transmission channel (22) or • by guiding the digital transmission channel (22) through high-frequency ferrites, is realized.

6. Galvanically separated measuring system (2) according to claim 4 or 5, wherein the modular measuring system has independent supplies for supplying energy to the individual function blocks.

7. Galvanically separated measuring system (2) according to claim 6, wherein the measuring head (21) directly from the circuit to be measured (1), from a galvanically separated power supply unit (26) which is connected to an external energy source (27), or from a local energy store, ie integrated in the measuring head, the rest of the measuring system being supplied independently of the measuring head (21) either via a galvanically separated power supply unit from an external energy source (27) or from a local energy store (28).

8. Galvanically separated measuring system (2) according to claim 4 or 5, wherein the measuring system is only supplied by one power supply, in particular wherein the signal processing unit (24) is supplied by the measuring head (21) or the measuring head (21) is supplied by the signal processing unit (24) becomes.

9. Galvanically separated measuring system (2) according to claim 4 or 5, wherein an additional electrical connection (29) between the measuring head (21) and the signal processing unit (24) is provided, so that no or only a small one via the digital transmission channel (22) Charge / discharge current flows.

10. Galvanically separated measuring system (2) according to claim 4 or 5, wherein the measuring system (2) is embedded in a screen housing which is connected to the jumping circuit point B and, among other things, the function of the additional electrical connection (29) between the measuring head ( 21) and the signal processing unit (24) takes over.