Messpraxis
Netzteil-Analyse mit dem Scope
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Die Ausgangsanalyse, Vorab-Konfirmitätsprüfung und digital geregelte Netzteile
Die optimale Ausgangsanalyse
Wichtige Messparameter am Ausgang eines Netzteils, insbesondere bei Schaltnetzteilen, sind Netzwelligkeit, Schaltwelligkeit, Spektralanalyse und Einschaltzeit.
Netz- und Schalt-Welligkeiten: Der Gleichstrom-Ausgang eines Netzteils sollte störungsfrei und nur mit minimalem Rauschen oder mit kleinstmöglichen Welligkeiten überlagert sein. Die Welligkeit ist, einfach ausgedrückt, ein Wechselspannungsanteil, der dem Gleichstrompegel im Ausgang überlagert ist. Im Wesentlichen sind dies die Netzwelligkeit und die Schaltwelligkeit. Die Ausgangsnetzwelligkeit entspricht in der Regel der doppelten Netzfrequenz. Die Schaltwelligkeit hingegen ist normalerweise mit Rauschen verbunden und befindet sich im kHz-Frequenzbereich. Die Unterscheidung von Netz- und Schaltwelligkeit gehört zu den größten Herausforderungen bei der Charakterisierung eines Netzteils. Mit der DPOPWR-Leistungsanalyse-Software wird diese Aufgabe deutlich vereinfacht.
Spektralanalyse: Mit der Spektralanalysefunktion der Software können die Frequenzkomponenten analysiert werden, die zur elektromagnetischen Interferenz (EMI) des Systems beitragen. Zudem lassen sich Rauschen und Welligkeiten auf der Ausgangsgleichspannung messen. Anhand dieser Analyse lässt sich feststellen, ob dabei evtl. Filterprobleme vorliegen.
Einschaltzeit: Die Einschaltzeit ist definiert als die Zeitdauer vom Einschalten des Netzteils bis zum Erhalt einer gültigen, nutzbaren Ausgangsleistung. Bisher wurde dieser Parameter durch langwierige Berechnungen oder Simulationen mit SPICE oder mathematischen Modellen ermittelt. Die DPOPWR-Software vereinfacht diesen Vorgang durch automatisches Anpassen der Messwertanzeigen des Oszilloskops, Bestimmung der Gesamteinschaltzeit und Anzeige der Ergebnisse. Zusätzlich ermöglichen die Leistungsanalyse-Tools die simultane Zeitanalyse von bis zu drei verschiedenen Ausgängen.
Vorab-Konformitätsprüfung von Netzteilen
Mit dem steigenden Energiebedarf von Industrie, Städten und Privathaushalten hat auch die Bedeutung der Qualität von Stromnetzen zugenommen. Insbesondere können ungeradzahlige Oberwellen aus Schaltnetzteilen in das Versorgungsnetz zurückgelangen. Da dies zu einer Erwärmung in Leitungen und Transformatoren des Versorgungsnetzes führt, muss der Oberwellen-Anteil reduziert werden.
Ein Schritt in diese Richtung ist das Prüfen von Netzen im Hinblick auf die Erfüllung von IEC-Normen wie IEC 61000-3-2 Klasse A, B, C und D, IEC 61000-3-2 AMD14 Klasse C und D sowie der amerikanischen Militärnorm MIL-STD-1399. Dabei handelt es sich um Vorschriften zur Sicherstellung der Leistungsqualität von nichtlinearen Lasten. Während sich die Norm IEC 61000-3-2 eher allgemein auf die Konformität von Stromnetzen bezieht, richtet sich die Norm MIL-1399 an elektrische Bordnetzsysteme im Militärbereich.
Die Norm IEC 61000-3-2 beschränkt die in das öffentliche Versorgungsnetz injizierten Oberwellen. Sie gilt für alle elektrischen und elektronischen Geräte mit einem Eingangsstrom bis zu 16 A pro Phase, die an das öffentliche Niederspannungsnetz angeschlossen werden (Wechselspannung 230 V einphasig oder 415 V dreiphasig). Die Norm ist weiter unterteilt in Klasse A (symmetrische dreiphasige Geräte), Klasse B (tragbare Geräte), Klasse C (Beleuchtungsausrüstung und Dimmer) und Klasse D (Geräte mit besonderen Stromsignalanforderungen).
Mit der DPOPWR-Software können Entwickler ihre Geräte vor der Zertifizierung schnell im Hinblick auf Konformität mit den Standards prüfen. Dieser Vorgang ist normalerweise zeitaufwendig und kostenintensiv. So wird nicht nur der Debugging- und Entwicklungsprozess vereinfacht, sondern auch die Marktreife beschleunigt.
Wichtig ist dabei auch die Dokumentation, die oft eine mühsame, aber notwendige Aufgabe im Design- und Entwicklungsprozess ist. Hierzu ist die DPOPWR-Software mit einem Berichterstellungs-Tool zur einfachen Dokumentation von Messergebnissen ausgestattet, das auch die benutzerdefinierte Anpassung von Berichten und Layout ermöglicht.
Herausforderung: Wechsel zu digital geregelten Netzteilen
In konventionellen Netzteilen werden analoge ICs mit festgelegter Funktion als Regelungselemente verwendet. Die neuen intelligenten Netzteile hingegen sind mit Mikrocontrollern (MCU) oder einem Digital Signal Controller (DSC) ausgestattet und deshalb völlig flexibel programmierbar. Hier die damit realisierbaren Funktionen:
- Digitales Ein-/Ausschalten für geringe Standby-Stromaufnahme
- Ablaufsteuerung der Stromversorgung und Hot-Swap-Controller
- Programmierbares Soft-Start-Profil
- Verlaufsprotokollierung und Fehlermanagement für Netzteile
- Ausgangsspannungs-Margining
- Stromrückregelung
- Anpassung der Regelungsreferenz
- Steuerung und Anpassung des Kompensationsnetzwerks
- Vollständig digitale Steuerung des Stromregelkreises
- Kommunikation für Statusüberwachung und -kontrolle
Die elektrischen Parameter all dieser Funktionen sind mit den neuen Scopes der 5000-Serie ebenfalls analysierbar, denn die Mixed-Signal-Betriebsart dieser Oszilloskope erlaubt auch, neben der Aufzeichnung der Spannungen in vier analogen Kanälen, das Beobachten der Spannungspegel in 16 digitalen Kanälen mit einer zeitlichen Auflösung bis herab zu 60,6 ps.
Der Autor:
Jobangebote+ passend zum Thema
| Dave Ireland |
|---|
| ist Technical Marketing Manager EMEA bei Tektronix und verantwortlich für die Produkt-linien Oszilloskope, Logikanalysatoren, Signal-quellen und Spektrumanalysatoren. Er hat mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Messtech-nik und arbeitet seit über 25 Jahren bei Tek-tronix in diesen Fachbereichen. |
- Netzteil-Analyse mit dem Scope
- Charakterisierung des Netzteils: Welche Messungen sind wichtig?
- Die Ausgangsanalyse, Vorab-Konfirmitätsprüfung und digital geregelte Netzteile
Lesen Sie mehr zum Thema
