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Schaltnetzteil-Analyse per Oszilloskop

Messtipps für das Design von Stromversorgungen

8. August 2012, 16:40 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Eingangsanalyse

Netzstrom unter Praxisbedingungen liefert meist keine idealen Sinusschwingungen; irgendwelche Verzerrungen und Störungen gibt es immer. Ein Schaltnetzteil stellt gegenüber der Quelle eine nichtlineare Last dar. Daher sind die Signale für Spannung und Stromstärke nicht identisch. Strom wird nur während einer bestimmten Phase des Eingangszyklus aufgenommen, wodurch Oberwellen für das Eingangsstromsignal entstehen. Die wichtigsten Messungen bei der Analyse des Stromversorgungseingangs betreffen:

Oberschwingungen
Spannungsqualität

Oberschwingungen: Schaltnetzteile neigen dazu, vor allem Oberwellen ungeradzahliger Ordnung zu erzeugen, die ins Netz zurückwirken können. Der Effekt ist kumulativ: Je mehr Schaltnetzteile an das Netz angeschlossen werden, desto stärker wird die in das Netz zurückgehende Oberwellenverzerrung. Weil diese Verzerrung zu einer Hitzeentwicklung in den Kabeln und Transformatoren des Stromnetzes führen kann, müssen Oberwellen möglichst vermieden werden.

Die Bestimmung der Auswirkungen dieser Verzerrungen stellt eine wichtige Aufgabe der Energietechnik dar, und der Einsatz eines Oszilloskops gegenüber einem Multimeter weist hierbei deutliche Vorteile auf. Das Messsystem muss in der Lage sein, Oberwellenanteile bis zur 50. Ordnung der Grundschwingung zu erfassen. Dank der hohen Abtastrate moderner Oszilloskope lassen sich auch hochtransiente Ereignisse detailliert erfassen.

Eine Oberwellenanalyse ist nicht schwieriger durchzuführen, als eine normale Signalmessung. Um eine gute Frequenzauflösung zu erreichen, sollten mindestens fünf Zyklen angezeigt werden, und die Vertikalskala sollte so eingestellt sein, dass das Signal auf der Anzeige möglichst viele Vertikaleinteilungen abdeckt.

Spannungsqualität: Die Spannungsqualität hängt nicht nur vom Netzbetreiber ab. Auch die Stromversorgung selbst und die Endlast des Anwenders haben eine Auswirkung darauf. Die charakteristischen Werte für die Spannungsqualität bestimmen die »Güte« der Stromversorgung und bestimmen die Auswirkungen von Verzerrungen, die durch nichtlineare Lasten hervorgerufen werden. Die Strommessungs- und Analysesoftware »Tektronix DPOxPWR« liefert eine Tabelle mit den Ergebnissen der automatischen Messungen V_eff und I_eff, Spannungs- und Stromstärke-Scheitelfaktoren, Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie Leistungsfaktor.