Bahaya Menggunakan Single-Ended Probe Osiloskop!!

Ngukur rangkaian pakai osiloskop bukanlah hal baru. Rasanya ngga sulit mengoperasikan alat ini, dan ngga pernah tau ada bahaya dalam menggunakan osiloskop. Namun baru-baru ini ada satu pengalaman yang sangat mengangetkan dan trauma nya masih belum hilang ūüė¶ Trauma karena shock, dan takut kalau osiloskop jadi rusak. Tapi untungnya waktu itu osiloskop nya ngga sampai rusak. Kejadiannya begini:

skenario

Ada sebuah prototipe switching power supply untuk mengubah input AC 220V menjadi output DC. Saya mau ngukur tegangan DC pada salah satu pin IC switching controller nya. Ngukurnya pakai single-ended probe yang umum, yang ada jepit buaya nya:

single ended probe

Pertama saya pasang ujung positif probe ke pin IC yang mau diukur tegangan DC nya. Sampai di sini tidak terjadi apa-apa. Kemudian saya pasang ujung negatif probe (jepit buaya) pada DC GND, dan seketika juga:

coom.gif

terjadi letupan dan MCB nge-trip! Waduh itu satu-satunya osiloskop yang paling bisa diandalkan. Tapi ternyata osiloskop nya baik-baik aja.

Kenapa bisa terjadi korsleting? Pengukuran di atas sekilas terlihat sudah benar. Tapi setelah ditelusuri, ternyata ada kesalahan fatal yang tidak disadari dan tidak mudah terlihat:penjelasan boom opaqueKawat Neutral sebetulnya terhubung dengan kawat Earth pada panel utama instalasi listrik. Sementra itu, ujung negatif probe (jepit buaya) terhubung dengan kawat Earth pada kabel daya osiloskop, yang akhirnya terhubung dengan Earth di panel utama.

Itulah sebabnya kenapa korsleting terjadi saat kita menghubungkan jepit buaya ke DC GND. Yang terjadi adalah kita men-short-kan Neutral dengan DC GND. Padahal kedua titik tidak berada pada potensial yang sama. Faktanya, ada beda potensial yang sangat besar antara Neutral dan DC GND.

penjelasan boom 2Di sini kita coba buat simulasi untuk menunjukkan tegangan antara Neutral dan DC-GND. Yang kurva merah adalah tegangan antara Neutral dan DC-GND. Untung saja waktu itu MCB nya lebih cepat nge-trip. Kalau tidak, mungkin probe nya yang akan menguap.

simulasi V NETRAL-DC_GND 2

V NETRAL-DC_GND edit

Contoh kasus lain

Dalam kasus lain, jika ingin mengukur tegangan AC 220V menggunakan osiloskop dan single-ended probe, berhati-hatilah. Jangan hubungkan ujung negatif probe (jepit buaya) ke titik yang mau diukur.

Jika kita berandai-andai negatif probe tetap dihubungkan ke titik pengukuran, maka ada 2 kemungkinan yang terjadi. Jika kebetulan dihubungkan ke titik Neutral maka tidak terjadi apa-apa karena negatif probe dalam potensial yang sama. Tapi jika terhubung ke titik Live, maka….. ūüė¶

Jika diperlukan pengukuran antara dua titik yang dua-duanya bukan Neutral, bisa pakai 2 channel osiloskop dan aktifkan fungsi Substract CH1-CH2.

Earth terisolasi

Contoh skenario lain, kita ingin mengukur tegangan DC pada rangkaian adaptor AC-DC yang menggunakan trafo 50Hz seperti di bawah ini. Dalam kasus ini Earth input AC telah terisolasi sehingga sisi AC dan DC tidak terhubung secara konduktif. Jadi kita bisa mengukur di titik manapun pada sisi DC dengan aman.

Differential probe

Untuk menghindari terjadinya korsleting pada pengukuran yang melibatkan tegangan yang tidak terisolasi dari Earth AC, sangat direkomendasikan menggunakan differential-probe. Dalam differential probe, ujung positif dan negatif probe tidak terhubung langsung dengan ground konektor BNC. Dengan differential probe ini, maka tidak akan terjadi korsleting seperti kasus di atas.

Diagram of conceptual schematic diagram of a differential probe

Image of Cal Test Electronics Model CT3681 70 MHz, high-voltage differential probe

https://www.digikey.hk/en/articles/techzone/2018/mar/safely-test-line-powered-switched-mode-power-supplies

Pelajarannya, berhati-hatilah dalam memasang ujung negatif single-ended probe. Double-check apakah titik yang mau dipasang dengan negatif probe menyebabkan short.

Referensi bagus:

Ignition-coil voltage measurement using sphere gap and resistive divider methods

In the previous video, I verified that my simple sphere gap measurement setup¬†is quite satisfying. In this video¬†I¬†use the¬†method to measure the pulsed voltage generated by my ignition coil. Actually, to measure a high voltage pulse¬†we can use a¬†high-frequency high voltage o’scope probe, like North Star PVM series. By using oscope, we can obtain the whole waveform, instead of a peak voltage¬†as we get from the sphere gap method. Unfortunately, I don’t have the probe at the moment. That’s why I tried the sphere gap method.

The coil is supplied by a 11.6v voltage source, and driven by 555 timer and MOSFET transistor. In other words, it is configured as inductive discharge ignition. It turns out that the sparks start to happen at the distance of 0.4 cm. This gap means that the voltage between the balls is around 17.4 kV.

However, some people say that the voltage generated by an ignition coil is normally around 30 kV. I need to investigate this further, probably the ignition coil itself is not good enough. Or maybe some unknown sources of error creep in..

Update:

For some reasons, the high voltage generator had been modified to be capacitive discharge system. The capacitor bank was charged up to 310 Vdc. It seemed that the coil output voltage had become higher. In effect, when the coil output was not loaded, sparks forcefully jumped across the coil terminals. In the previous system this behavior was not observed.

A as substitution to the North Star high voltage probe, I tried to build myself a resistive voltage divider. I used a 10 megaohms high voltage resistor and a  10 kohms regular carbon resistor. They are connected in series, and thus forms a 1:1000 voltage divider. Measurement using oscilloscope showed that the coil output voltage reached 17.5kV when the output was loaded with 110 kohms, and peaked at 21 kV when loaded with 280kohms.