光絶縁プローブとは？数千V×高速を完全フローティング測定

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光絶縁プローブとは？「電気を光に変えて測る」プローブ

光絶縁プローブ（オプティカル・アイソレーション・プローブ）とは、測った電気信号を一度「光」に変換して、光ファイバーでオシロスコープへ送るプローブです。「光アイソレーションプローブ」とも呼ばれます。

最大の特徴は、測定対象とオシロが電気的に一切つながっていないこと。間を光（光ファイバー）でつないでいるので、電気の道が完全に切れています。これが「完全フローティング測定」を可能にする決め手です。

仕組み｜なぜ完全フローティング測定ができるのか

光絶縁プローブの中身を、信号の流れに沿って見てみましょう。3つのステップでできています。

ポイントは、測定側とオシロ側が「光」でしかつながっていないこと。電気の道がないため、測定対象がどれだけ高い電圧で浮いていても、その電圧がオシロや人間に伝わってきません。だから数千Vのフローティング箇所でも安全なのです。

なぜ電気を切り離すと安全なのか、絶縁の基本的な考え方はフォトカプラはなぜ必要か？も参考になります。フォトカプラも「光で信号を渡す」絶縁の仲間です。

差動プローブとの違い｜「電気のまま」か「光に変える」か

高電圧差動プローブも「GNDに縛られない測定」ができます。では何が違うのでしょうか。最大の違いは信号の送り方です。差動プローブは電気のまま送り、光絶縁プローブは光に変えて送ります（出典：T&Mコーポレーション「光アイソレーションプローブの基礎」）。

決定的な差は「CMRR（同相ノイズを消す力）」

CMRRとは、2点に共通して乗る邪魔なノイズ（同相電圧）をどれだけ捨てられるかの数値です。高電圧差動プローブは100MHzで約-25dBなのに対し、光絶縁プローブは約-120dBと、桁違いに高い除去能力を持ちます（出典：Tektronix「プローブ入門」）。電気の道を物理的に断っているので、ノイズが乗りようがないのです。

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差動プローブそのものの仕組みは差動プローブとは？GND共通の呪縛から解放される仕組みで解説しています。

なぜSiC・GaNの評価で「究極の手段」なのか

近年のパワー半導体であるSiC（シリコンカーバイド）やGaN（窒化ガリウム）は、従来のシリコンよりはるかに速くスイッチングします。速いということは、電圧が一瞬で大きく動くということ。これが測定を非常に難しくします。

電圧が一瞬で数百〜数千V動くと、その変化が巨大な同相ノイズとして測定に乗ってきます。従来の差動プローブでは、この高速なノイズを捨てきれず、波形が汚れてしまいます。とくにGaNはSiCよりさらに速いため、より高いノイズ除去能力が求められます（出典：計測器検索「光アイソレーションプローブ」）。

光絶縁プローブは、電気の道を断っているので高速・高電圧のノイズに強く、しかも数千Vのフローティング測定もこなせます。「高電圧」「高速」「フローティング」という3つの難題を同時に解決できる、ほぼ唯一の手段。だから次世代パワー半導体の評価では「究極の手段」「必需品」と呼ばれます。

SiC/GaNを使うゲート駆動の世界はゲート駆動回路とは？で解説しています。なぜ高速スイッチングが難しいのかが見えてきます。

光絶縁プローブのメリットとデメリット

メリット	デメリット
数千Vのフローティングも完全に安全	非常に高価（数百万円クラスも）
同相ノイズをほぼ完全に除去（高CMRR）	先端回路に電源（バッテリー）が必要
高周波・高速スイッチングに強い	光ファイバーが繊細で取り扱いに注意
高電圧×高速×フローティングを同時に解決	一般的な測定にはオーバースペック

4種類のプローブ｜結局どれを使う？

この章で学んできたプローブを、用途で整理します。状況に応じて最適なものを選びましょう。

プローブ	こんなときに使う
受動プローブ	GND基準の一般的な信号。日常のほとんど。
FETプローブ	低電圧で速い信号を、鈍らせず見たい。
高電圧差動プローブ	浮いた高電圧。一般的なパワエレ評価。
光絶縁プローブ	高電圧×高速×フローティング。SiC/GaN評価。