Analyse von Stromversorgungen mit dem Oszilloskop
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Analyse von Stromversorgungen mit dem Oszilloskop
Sobald das Messsystem ordnungsgemäß eingerichtet ist, kann der Anwender mit den Messungen beginnen. Im Allgemeinen lassen sich diese Messungen in drei Kategorien aufgliedern: Eingangsanalyse, Analyse des Schalttransistors und Ausgangsanalyse.
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Eingangsanalyse
Ein Schaltnetzteil stellt gegenüber der speisenden Quelle eine nichtlineare Last dar, denn sie nimmt nur während eines bestimmten Teils des Eingangszyklus’ Strom auf, wodurch Oberwellen für das Eingangsstromsignal entstehen. Die wichtigsten Messungen bei der Analyse des Eingangs der Stromversorgung betreffen Oberwellen und Spannungsqualität. Schaltnetzteile neigen dazu, vor allem Oberwellen ungeradzahliger Ordnung zu erzeugen, die ins Netz zurückwirken können. Der Effekt ist kumulativ, denn je mehr Schaltnetzteile an das Netz angeschlossen werden (zum Beispiel wenn ein Büro immer mehr PCs anschließt), desto stärker die Netzrückwirkung. Normen wie etwa die IEC 61000-3-2 legen Grenzwerte für den Oberwellengehalt des Stroms fest.
Das Messsystem muss in der Lage sein, Oberwellenanteile bis zur 50. Ordnung der Grundschwingung zu erfassen. In der Regel beträgt die Netzfrequenz 50 Hz oder 60 Hz, bei einigen militärischen oder Avionik-Anwendungen allerdings auch bis zu 400 Hz. Außerdem ist zu beachten, dass bestimmte Signalabweichungen Spektralkomponenten mit sogar noch höheren Frequenzen enthalten können. Dank ihrer hohen Abtastrate können moderne Oszilloskope schnelle transiente Ereignisse mit sehr hoher Auflösung erfassen.
Die Durchführung der Oberwellenanalyse ist nicht schwieriger als eine normale Signalmessung. Da es sich bei dem Signal in diesem Fall um eine periodische Schwingung handelt, muss es einfach nur getriggert und dargestellt werden. Um eine gute Frequenzauflösung zu erreichen, sollte sich der Anwender mindestens fünf Zyklen anzeigen lassen; die vertikale Skala sollte er so einstellen, dass das Signal auf der Anzeige so groß wie möglich erscheint, um den Dynamikbereich des Oszilloskops zu optimieren.
Bild 2 zeigt das Ergebnis einer Oberwellenanalyse für den Laststrom einer Stromversorgung. Im Anzeigemenü kann der Anwender Messungen für eine bestimmte Oberwelle auswählen. Die Ergebnisse kann er sich entweder als Tabelle oder als Graph anzeigen lassen, und er kann auswählen, ob er alle, nur die ungeradzahligen oder nur die geradzahligen angezeigt haben möchte. Bei vielen Geräten von Tektronix lassen sich die Oberwellendaten als CSV-Datei auf einem USB-Stick oder einer Compact-Flash-Karte speichern. Ebenfalls angezeigt werden die gesamte Oberwellenverzerrung (Total Harmonics Distortion, THD) relativ zur Grundschwingung und der Effektivwert aller Oberschwingungen (kumuliert). Diese Messungen eignen sich gut dafür, die Einhaltung von Normen wie der IEC 61000-3-2 und MIL-STD-1399 zu überprüfen, und sind integraler Bestandteil der Strommessungs- und Analysesoftware »DPOxPWR«. Diese Software kann aber auch die Ergebnisse der folgenden automatischen Messungen in Tabellenform liefern: Effektivwerte sowie Scheitelfaktoren von Strom und Spannung, Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie den Leistungsfaktor.
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