Spannung zur rechten Zeit

Sequenzierung von Laborstromversorgungen

Viele Testobjekte benötigen mehrere Versorgungsspannungen. Normalerweise denkt man dabei an eine Baugruppe, die +5 V und ±15 V benötigt, aber es gibt auch viele andere Konfigurationen von Testobjekten und Netzteilen. Ausgehend von diskreten Transistoren über ICs und Platinen bis hin zum fertigen Produkt sind die richtige Reihenfolge und das Timing beim Anlegen verschiedener Versorgungsspannungen zu kontrollieren. Andernfalls kann das zu Fehlfunktionen des Prüflings führen. Im schlimmsten Fall wird er durch Überströme beschädigt oder gar zerstört.

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Bild 1: Ein Beispiel für die Sequenzierungsanforderungen der Versorgungsspannungen für ein PC-Motherboard

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Bild 1: Ein Beispiel für die Sequenzierungsanforderungen der Versorgungsspannungen für ein PC-Motherboard

Unter »Sequenzierung« versteht man die Steuerung der Ausgangsspannungen beim Einschalten der Stromversorgung (siehe Bild 1). Bei den meisten Stromversorgungen ist die Zeit vom Einschalten des Geräts bis zum Anliegen der Ausgangsspannungen nicht spezifiziert.

Wie lange eine Stromversorgung braucht, um von einer Ausgangsspannung zu einer anderen zu gelangen (ein Wert, der als Reaktionszeit der Stromversorgung bezeichnet wird), mag spezifiziert sein.

Das ist aber nur ein Teil des Gesamtbildes. Schaltet man die Stromversorgungen manuell ein, muss man wissen, wie lange es dauert, bis nach dem Druck auf den »Ein«-Schalter die programmierte Versorgungsspannung an den Ausgangsklemmen einer Stromversorgung anliegt.

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Bild 2: Timing der Ausgangsspannungen einer Stromversorgung

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Bild 2: Timing der Ausgangsspannungen einer Stromversorgung

Steuert man die Stromversorgung fern (beispielsweise über GPIB, LAN oder USB), muss man wissen, wie lange dieser Vorgang nach dem Senden des Befehls »Einschalten« dauert (Bild 2). Sehr oft sind diese Einschaltzeiten nicht spezifiziert. Damit ist es dem Anwender überlassen, das Verhalten seiner Stromversorgung zu charakterisieren und dann zu hoffen, dass es reproduzierbar ist.

Ein verwandtes Thema ist die Steuerung der Anstiegs- und Abfallzeiten. So laufen manche FPGAs beispielsweise nicht geordnet hoch, wenn ihre Versorgungsspannung zu schnell ansteigt. Wenn man mit solchen Testobjekten arbeitet, bei denen die richtige Anstiegszeit der Versorgungsspannung wichtig ist, braucht man eine Stromversorgung, die nicht nur die Reihenfolge steuern kann, in der mehrere Versorgungsspannungen an ein Testobjekt angelegt werden, sondern bei der man auch die Anstiegszeit der Spannungen beeinflussen kann. Diese Änderungsgeschwindigkeit (Slew Rate) wird in V/s oder V/µs angegeben.

Manuelle Sequenzierung

Die manuelle Sequenzierung ist einfach. Man drückt einfach die Einschalttasten aller beteiligten Stromversorgungen in der richtigen Reihenfolge. Das geht aber nur in Anwendungen, in denen zwar die Versorgungsspannungen in einer bestimmten Reihenfolge anliegen müssen, bei denen es aber nicht auf ein genaues Timing ankommt.

Wenn ein Mensch Einschalttasten drückt, ist kein enges oder gar reproduzierbares Timing zu erwarten. Das Einschaltverhalten der Stromversorgungen selbst spielt in diesem Zusammenhang keine Rolle, da der menschliche Faktor beim Drücken der Knöpfe die meiste Zeit beansprucht. Bei manuellem Vorgehen lässt sich allenfalls sicherstellen, dass Spannung 1 vor Spannung 2 angelegt wird, dann erst Spannung 3, usw.

Einige modernere Laborstromversorgungen haben eine Sequenzierung eingebaut. Natürlich muss eine solche Stromversorgung mehrere Spannungen liefern können; lieferte sie nur eine einzige Spannung, gäbe es ja keine Sequenzierung. Bei solchen Geräten lässt sich eine Verzögerungszeit einstellen, die zwischen dem Hochfahren der einzelnen Ausgänge abläuft. Beim Einschalten des Gerätes fährt zunächst die erste Ausgangsspannung hoch, dann wartet die Stromversorgung die eingestellte Zeit ab und fährt dann die nächste Spannung hoch.

Bei den modernsten Geräten dieser Art kann der Anwender diese Verzögerungszeit zwischen Millisekunden und einigen hundert Sekunden einstellen. Und wenn die Stromversorgung mehr als zwei Spannungen liefern kann, ist es möglich, die Spannungen in beliebiger Reihenfolge zuschalten zu lassen (also nicht nur »Ausgang 1, dann Ausgang 2, dann Ausgang 3«). Wenn auch die Anstiegszeit kontrolliert werden muss, hängt die dazu nötige Methode davon ab, welche Funktionen die Stromversorgung dafür bietet. Bei den meisten Laborstromversorgungen hängt die Anstiegszeit der Ausgangsspannung davon ab, wie schnell der Benutzer den zugehörigen Einstellknopf dreht.

Bei manchen Stromversorgungen wirkt sich mit diesem Drehknopf ein Potentiometer direkt auf die Spannung aus. Andere Stromversorgungen arbeiten mit digitalen Drehknöpfen (Drehgebern). Oft sind diese Drehgeber geschwindigkeitssensitiv, je schneller man also am Knopf dreht, desto schneller ändert sich die Spannung. Solche Bedienelemente sind ideal für kleine Änderungen, die sich ergebende Anstiegs- oder Abfallzeit ist aber nur schwer vorherzusagen. Einige Laborstromversorgungen erlauben die direkte Eingabe der Anstiegszeit; damit lässt sich dieser Parameter sehr genau beeinflussen.

Nach Eingabe der Anfangs- und Endspannung sowie der Änderungsgeschwindigkeit drückt der Anwender eine Taste, und die Stromversorgung verändert die Ausgangsspannung mit der gewünschten Anstiegs- oder Abfallgeschwindigkeit vom Anfangs- zum Endwert.

1. Teil: Sequenzierung von Laborstromversorgungen
2. Teil: Sequenzierung per Computer