Analyse von Stromversorgungen mit dem Oszilloskop
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Analyse von Stromversorgungen mit dem Oszilloskop
Es gibt zwei verschiedene Methoden, die korrekten Werte für die Verluste im eingeschalteten Zustand zu ermitteln:
- Messen des Spannungsabfalls über den Transistor im eingeschalteten Zustand mit dem Oszilloskop. Da diese Spannung meistens im Vergleich zu der im ausgeschalteten Zustand sehr klein ist, ist es im Allgemeinen nicht möglich, beide Spannungswerte mit Hilfe derselben Vertikaleinstellung des Oszilloskops zu messen.
- Ablesen des Durchgangswiderstands für den MOSFET (RDS(on)) oder der Sättigungsspannung für einen Bipolartransistor beziehungsweise IGBT (UCE(sat)) aus dem jeweiligen Datenblatt. Danach lässt sich über den gemessenen Strom die Verlustleistung berechnen.
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Der sichere Betriebsbereich eines Transistors (SOA) bestimmt sich durch die Bedingungen, unter denen der Schalter ohne Beschädigungen betrieben werden kann.
Insbesondere geht es hierbei um eine Frage: Wie hoch ist der Strom, den der Transistor bei einer gegebenen Spannung leiten kann, ohne dabei Schaden zu nehmen? Dies lässt sich mit Hilfe eines grafischen Tests ermitteln. Das Datenblatt des Schalttransistors enthält eine Aufstellung der zu beachtenden Betriebsbeschränkungen. Es gilt sicherzustellen, dass der Transistor in keiner zu erwartenden Betriebssituation außerhalb seines SOA arbeitet. Zu den Testvariablen für die Bestimmung des sicheren Betriebsbereichs können verschiedene Lastszenarien ebenso zählen wie Variationen der Betriebstemperatur sowie hohe und niedrige Netzeingangsspannungen. Wie in Bild 3 dargestellt, kann der Anwender bei Oszilloskopen eine benutzerdefinierbare Maske verwenden. Maskenverletzungen werden als Fehler bei der Netzteilanalyse gemeldet.
Um zu überprüfen, ob der Schalttransistor mit maximaler Effizienz arbeitet, muss der Anwender die Anstiegsrate der Spannungs- und Stromsignale messen. Dadurch kann er sicherstellen, dass das Bauteil innerhalb der Nennwerte arbeitet. Bild 4 zeigt, wie sich die Anstiegsrate des Schaltelements mit Hilfe des Oszilloskops bestimmen lässt: Zum Einsatz kommen Messcursors zur vereinfachten Charakterisierung der Gate-Steuerung und der Berechnung des du/dt beziehungsweise di/dt.
Ausgangsanalyse
Idealerweise sollte der Ausgangsstrom eines Netzteils keinerlei Oberwellen oder andere Rauschkomponenten aufweisen. In der Realität ist das jedoch unmöglich. Daher sind Analysen des Netzteilausgangs von wesentlicher Bedeutung für die Bestimmung von Auswirklungen, die Schwankungen bei der Eingangsspannung beziehungsweise Last auf die Ausgangsspannung haben. Solche Messungen umfassen die Modulationsanalyse und die Restwelligkeit.
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