Entwicklung von Hochspannungs-Prüfsystemen mit präziser Schaltung

Von Kabelbaumtests bis hin zu Halbleiter-ATE

Wenn Sie in bestimmten Bereichen Unterstützung benötigen, können Sie gerne zu einem der folgenden Abschnitte springen:

• Kritische Aspekte bei der Auslegung von Hochspannungs-Testsystemen
• Herausforderungen beim Hochspannungs-Schalten
• Reed-Relais-Technologie in Hochspannungssystemen
• Die Standex SHV-Relaisfamilie
• Beispiele für Hochspannungs-Testanwendungen
• Konstruktionsaspekte bei Hochspannungsprüfungen

Kritische Aspekte bei der Auslegung von Hochspannungs-Testsystemen

Das präzise Schalten hoher Spannungen ist eine grundlegende Anforderung moderner Testsysteme und beeinflusst Messgenauigkeit, Stabilität und Durchsatz unmittelbar. In Anwendungen wie Halbleiter-ATE oder Kabelbaumtests wird das Schaltelement Teil des Messpfads und muss dieselben Leistungserwartungen erfüllen wie die Messtechnik selbst.

Mit steigenden Spannungsniveaus und engeren Toleranzen definieren Effekte wie Leckstrom und parasitäre Kapazität die Systemgrenzen und können nicht länger als nachrangige Aspekte behandelt werden. Die Auswahl der richtigen Schalttechnologie ist daher eine zentrale Konstruktionsentscheidung.

Reed-Relais werden in diesen Umgebungen häufig eingesetzt, weil sie hohe Isolation mit sehr geringen parasitären Effekten kombinieren und dadurch präzise und wiederholbare Messungen über ein breites Spektrum von Hochspannungsanwendungen ermöglichen.

Sehen Sie sich die vollständige Liste
der Tests
und Zertifizierungen von Standex an:

• AEC-Q200 qualifiziert
• IEC 60810-4 qualifiziert
• IEC 60601-1 qualifiziert
• IEC 62109-1/2 qualifiziert
• IEC 60664-1 qualifiziert
• ISO 6469-3 zertifiziert
• IEC 60255-27 qualifiziert
• UL anerkannt
• RoHS, REACH konform

Herausforderungen beim Hochspannungs-Schalten

In Präzisions-Testsystemen ist Leckstrom häufig die dominierende Quelle für Messfehler. Dies ist besonders kritisch bei Isolationsprüfungen und Messungen mit hoher Impedanz, bei denen selbst sehr kleine Leckpfade Ergebnisse verfälschen oder die Wiederholbarkeit über die Zeit verringern können.

Parasitäre Kapazität stellt eine weitere Einschränkung dar. Sie erhöht die Einschwingzeit und ermöglicht eine Kopplung von Kanal zu Kanal in multiplexierten Architekturen, was den erreichbaren Durchsatz begrenzt.

Gleichzeitig stehen Systementwickler unter Druck, die Packungsdichte zu erhöhen und den Platzbedarf zu reduzieren. Dadurch entsteht ein Zielkonflikt zwischen kompakter Bauweise und elektrischer Performance, bei dem Schaltkomponenten in begrenztem Raum eine hohe Isolation und geringe parasitäre Effekte aufrechterhalten müssen.

Zentrale Konstruktionsrandbedingungen

Zentrale Konstruktionsrandbedingungen beim Hochspannungs-Schalten sind:

Steigende Packungsdichte
und schrumpfende
Baugrößen
zwingen Entwickler dazu,
kompakte Layouts
mit dem Bedarf
an hoher Isolation
und geringen parasitären Effekten
in Einklang zu bringen.

Reed-Relais-Technologie in Hochspannungssystemen

Reed-Relais begegnen diesen Herausforderungen durch ihre inhärente physische Konstruktion. Hermetisch abgedichtete Kontakte stellen Leckströme im Picoampere-Bereich sicher, während die Kontaktgeometrie zu Kapazitäten im Sub-Pikofarad-Bereich führt. Diese Kombination ermöglicht das präzise Schalten hoher Spannungen, ohne nennenswerte Messfehler einzubringen.

Im Vergleich zu anderen Schalttechnologien bieten Reed-Relais ein ausgewogenes Leistungsprofil, das die Signalintegrität priorisiert. Alternativen können in spezifischen Bereichen wie Schaltgeschwindigkeit oder Lebensdauer Vorteile bieten, jedoch oft auf Kosten von Leckstrom oder Kapazität – was ihre Eignung für Präzisionsmesssysteme einschränkt.

Für Hochspannungs-Testanwendungen, bei denen Genauigkeit und Wiederholbarkeit entscheidend sind, bleiben Reed-Relais eine bevorzugte Lösung.

Vergleich von Schalttechnologien

Attribut	Reed-Relais	Halbleiterrelais	Elektromechanische Relais
Leckstrom	Sehr gering	Hoch	Moderat
Parasitäre Kapazität	Sehr gering	Hoch	Mittel
Isolationsleistung	Hoch	Begrenzt	Gut
Schaltgeschwindigkeit	Schnell	Sehr schnell	Langsam

Die Standex SHV-Relaisfamilie

Die Standex SHV-Serie wurde für Hochspannungs-Test- und Messanwendungen entwickelt und kombiniert ein kompaktes Design mit stabiler elektrischer Performance. Die Familie umfasst inzwischen sowohl Einkanal- als auch Zweikanal-Konfigurationen und ermöglicht damit eine flexible Systemauslegung.

Das SHV-1A mit einem Kanal und einem Schließer-Kontakt (Form A) ist eine bewährte Lösung, die in automatisierten Testsystemen, Kabelbaumtests, in der Messtechnik oder im Batteriemanagement von Energiespeichersystemen breit eingesetzt wird. Es bietet zuverlässiges Hochspannungs-Schalten mit stabilen Isolationseigenschaften und hat sich in der Praxis vielfach bewährt.

Das SHV-2A erweitert diese Plattform durch eine Zweikanal-Konfiguration (2x Form A) bei ähnlichem Footprint. Dadurch werden höhere Kanaldichte und effizientere Systemarchitekturen möglich, ohne die elektrische Performance zu beeinträchtigen.

Zu den wichtigsten Merkmalen der SHV-Familie gehören:

• Hoher Isolationswiderstand zur Unterstützung präziser Messungen
• Sehr geringe Kapazität für schnelle Signal-Einschwingzeiten
• Kompakte Bauform für Schaltmatrizen mit hoher Packungsdichte
• Konstante Performance über lange Betriebslebensdauern

Das SHV-2A unterstützt Schaltspannungen bis 1 kV mit Durchschlagsfestigkeit bis 2 kV oder – je nach Konfiguration – 1,5 kV Schalten und 3 kV Durchschlagsspannung, kombiniert mit Isolationswiderstand im Teraohm-Bereich und Kapazität bis herunter zu 0,5 pF.

Diese Parameter führen direkt zu einer verbesserten Systemgenauigkeit und Effizienz. Durch die Kombination bewährter Einkanal-Performance mit einer Zweikanal-Option ermöglicht die SHV-Familie Entwicklern, Systeme effektiver zu skalieren und dabei die Messintegrität zu wahren.

SHV-Serie – Auf einen Blick

Beispiele für Hochspannungs-Testanwendungen

Hochspannungs-Kabel- und Kabelbaumtests erfordern das Schalten über große Matrizen bei gleichzeitiger Wahrung der Messgenauigkeit bei Isolationsmessungen. In EV- und Luft- und Raumfahrtsystemen verfälschen Leckpfade Isolationswerte direkt, daher muss das Schaltelement unter Hochspannung eine hohe Isolation aufrechterhalten. Reed-Relais ermöglichen eine zuverlässige Signalführung über mehrere Kanäle und unterstützen zugleich kompakte Matrixarchitekturen.
Eingesetzt in Hochspannungs-Kabelbaumtestern für Aero-MIL oder in Produktionstest-Systemen für analoge und Mixed-Signal-Halbleiter.

In der Halbleiter-ATE sind Schaltelemente Teil parametrierbarer Messpfade und Signal-Routing-Netzwerke. Parasitäre Kapazität begrenzt die Einschwingzeit, während Leckstrom die Messgenauigkeit bei niedrigen Pegeln beeinflusst. Reed-Relais minimieren beide Effekte und unterstützen schnelle, wiederholbare Messungen bei hohen Testvolumina.

Funktionale PCB-Tests beinhalten das Schalten zwischen mehreren Knoten in Mixed-Signal-Umgebungen. Hochspannungs-Versorgungsschienen existieren neben empfindlichen Messpunkten, was Schaltkomponenten erfordert, die innerhalb begrenzten Raums Isolation und geringe parasitäre Effekte aufrechterhalten. Reed-Relais unterstützen kompakte Layouts bei gleichzeitiger Wahrung der Signalintegrität.

Batterie- und Energiespeichertests erfordern stabiles Schalten bei erhöhten Spannungen für Diagnose- und Sicherheitsfunktionen. Leckage und Drift können die Isolationsüberwachung und die Messkonsistenz beeinflussen. Reed-Relais liefern über die Zeit ein vorhersagbares elektrisches Verhalten und unterstützen damit eine zuverlässige Systembewertung.

Typische Anwendungen sind unter anderem:

• Hochspannungs-Kabel- und Kabelbaumtester
• Automatisierte Halbleiter-Testsysteme
• Funktionale und In-Circuit-PCB-Testsysteme
• Batterie- und Energiespeicher-Diagnostik

Konstruktionsaspekte bei Hochspannungsprüfungen

Das Erreichen optimaler Performance in Hochspannungs-Schaltsystemen erfordert eine sorgfältige Integration des Relais in das Gesamtdesign. Das PCB-Layout spielt eine entscheidende Rolle, insbesondere bei der Einhaltung ausreichender Kriech- und Luftstrecken sowie bei der Minimierung unbeabsichtigter Leckpfade.

Geeignete Schaltbedingungen – einschließlich des nach Möglichkeit zu vermeidenden Schaltens unter Last – helfen, die Relaislebensdauer zu verlängern und eine gleichbleibende Performance zu erhalten.

Die Systemarchitektur sollte außerdem Relaisplatzierung und Signalführung berücksichtigen, um parasitäre Effekte zu minimieren und eine klare Trennung zwischen Hochspannung und empfindlichen Messbereichen sicherzustellen.

Wichtige Konstruktionsaspekte sind unter anderem:

• PCB-Layout mit kontrollierten Kriech- und Luftstrecken
• Minimierung von Leckpfaden durch geeignete Material- und Konstruktionsentscheidungen
• Kontrollierte Schaltbedingungen zur Vermeidung elektrischer Belastung
• Optimierte Relaisplatzierung für Signalintegrität

Konstruktionsaspekte für Hochspannung

Do	• Guarding in hochohmigen Schaltungen einsetzen • Kriech-/Luftstrecken auf dem PCB maximieren • Relais von empfindlichen Knoten fern platzieren • Wenn möglich ohne Last schalten
Don’t	• HV in der Nähe analoger Sense-Leitungen routen • Leiterplattenkontamination ignorieren (beeinflusst Leckstrom) • Kumulative Kapazität in großen Matrizen übersehen • Isolation für Worst-Case-Bedingungen zu niedrig auslegen
Best Practices	• Hochohmige Knoten mit einem getriebenen Guard-Netz mit gleichem Potential umgeben. • Guard-Leiterzug durchgängig halten und von HV isolieren. • Saubere, lecksarme Materialien verwenden; Flussmittelrückstände vermeiden.

Für den Fall, dass es darauf ankommt

Das richtige Design, zur richtigen Zeit, zu optimalen Kosten.

Seit über 50 Jahren liefert Standex Detect konstruierte Komponenten, die dort funktionieren, wo Präzision und Zuverlässigkeit entscheidend sind. Ob Sie Halbleiter-Testequipment, EV-Systeme, Luft- und Raumfahrtplattformen oder Hochspannungs-Messtechnik entwickeln – unsere HV-Reed-Relais helfen, Messgenauigkeit, langfristige Stabilität und sicheren Betrieb sicherzustellen.

Um mehr darüber zu erfahren, wie Standex Detect Ihre Hochspannungs-Test- und Messprojekte mit kundenspezifischen Relaislösungen unterstützen kann, kontaktieren Sie unser Engineering-Team, um Ihre spezifischen Anwendungsanforderungen zu besprechen.