OpECS(Optical Electric Current Sensor / 光プローブ電流センサ)と、Micsig SigOFITやTektronix IsoVuに代表される光アイソレーションプローブ(光絶縁電圧プローブ)は、どちらも「光ファイバーを使って電気的に完全絶縁し、高電圧ノイズの影響を受けずに計測する」という点では共通していますが、「何を測定するか(電流 vs 電圧)」、そしてそれを実現するための「物理的な測定原理」が根本的に異なります。

それぞれの決定的な違いを整理・解説します。

■ 根本的な違いのまとめ

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項目                  【OpECS (光プローブ電流センサ)】        【光アイソレーションプローブ】
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測定対象              電流 (主にパワー半導体のスイッチング電流) 電圧 (主にゲート・ドレイン間などの差動電圧)
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測定の物理原理        ファラデー効果 (光の偏光変化を捉える)   電気的な分圧 + A/D変換 + 光通信
                      ★センサヘッドに「電気回路」がない       ★センサヘッド自体が「電気回路」である
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高圧部への電源供給    不要 (低圧側から光を照射して戻すだけ)   必要 (レーザー光給電やバッテリーが必要)
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挿入インピーダンス    極小 (回路をほぼ乱さない)               1pF以下の極小容量だが、並列インピーダンスあり

 

■ 原理と構造の違い

1. OpECS(光プローブ電流センサ)の仕組み

OpECSは、光が磁界の中を通過するときに偏光面が回転する「ファラデー効果(Faraday Effect)」を利用しています。長野日本無線(NJRC)などの製品が有名です。

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 【低圧・安全エリア】                   【高圧エリア(電位問わず)】
                                      
  [ レーザー光源 ] ──── (光ファイバー) ───> [ センサヘッド ] 
         │                                       │ (電流の周りに発生する磁界)
         │                                       ▼
         │                                 [ 測定対象の配線 ] ── (大電流)
         │                                       │
  [ 受光部・回路 ] <─── (光ファイバー) ─── [ ファラデー素子 ]
         │ (偏光の回転角を検出)
         ▼
  [ 電流波形出力 ]
  • 最大の特徴: 高圧側にあるセンサヘッドには、抵抗や半導体などの電子部品(電気回路)が一切ありません。 ガラスや結晶などの光学素子(ファラデー素子)があるだけです。

  • そのため、コモンモード電圧が $50\text{ kV}$ であろうが $100\text{ kV}$ であろうが関係なく、ヘッドへの電源供給も不要です。また、シャント抵抗のように回路を分断して直列に挿入する必要がないため、寄生インダクタンスを極限まで排除した電流計測が可能です。

 

2. 光アイソレーションプローブ(電圧)の仕組み

前述の Micsig SigOFIT などのシステムです。こちらは光学現象で直接電圧を測っているのではなく、「高圧フローティングエレクトロニクス」そのものです。

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 【高圧エリア(例:50kV〜60kV)】                  【低圧・安全エリア】
                                                 
  High-Side ──┐                                  
              ▼                                  
        [ 高圧分圧器 ]                               
              │ (電気信号)                         
              ▼                                  
        [ A/Dコンバータ ]                             
              │ (デジタル)                         
              ▼                                  
        [ 光シグナル変換 ] ─── (光ファイバー) ───> [ 光レシーバー ]
              ▲                                        │
              │ (光パワー給電)                         ▼
        [ 光発電セル ]   <─── (光ファイバー) ─── [ レーザー給電駆動 ] ── [ オシロ ]
  • 最大の特徴: センサヘッド(電気-光変換部)の内部は、通常の高速な電子回路です。その回路全体を、レーザー光給電(Power-over-Fiber)などを使って $50\text{ kV}$ などの高圧電位の上に丸ごと「浮かせている(フローティング)」状態になります。

  • 入力された電圧(差動 $10\text{ kV}$ など)を電気的に分圧し、アンプで受けてから光信号に変換して低圧側に送信します。

■ 使い分けの基準(どのような時にどちらを選ぶか)

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【OpECS (電流センサ) を選ぶべきケース】
・SiC/GaNのハーフブリッジ回路で、スイッチング時の「電流波形(IdやIc)」を直接見たいとき。
・回路にシャント抵抗を入れるスペースがない、またはシャントの寄生インダクタンスによる
  サージ電圧の跳ね上がりを嫌い、回路本来の挙動を乱さずに電流を測定したいとき。
・超高圧かつdv/dtが極めて激しく、電気回路を近づけるだけで壊れる・誤動作するような環境。

【光アイソレーションプローブ (電圧) を選ぶべきケース】
・ハイサイド側MOSFETの「ゲート・ソース間電圧 (Vgs)」や「ドレイン・ソース間電圧 (Vds)」を
  正確に見たいとき。
・前述のユースケースのように、対地50kV上で動作する機器の「電圧制御信号(10kV幅)」の
  品質やサージをオシロスコープで確認したいとき。

つまり、これらは競合する技術ではなく、高電圧・パワーエレクトロニクス開発において、「電圧の挙動を追うなら光アイソレーションプローブ」、「回路を乱さず電流を追うならOpECS」という、完全に補完関係にある2大最新ツールと言えます。

 

 

 

 

出典:Google Gemini (Gemini は AI であり、間違えることがあります。)

 

 

 

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