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Die Vermessung der Welt der Netzteile

Leistungsanalyse mit dem MSO5000

6. Juli 2021, 8:00 Uhr | Von Boris Adlung

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Messung am Umschalttransistor

Für den dann folgenden Test werden die Tastköpfe an dem MOSFET angeschlossen. Dieser Test dient dazu, den Schaltvorgang zu vermessen. Der Differenztastkopf wird dabei am MOSFET mit dem positiven Anschluss am Drain und mit dem negativen Anschluss an der Source angeschlossen. Die Stromzange wird nach der Source angeschlossen. Der MOSFET schaltet mittels einer pulsweitenmodulierten Steuerspannung während der Pulsweite ein und sonst aus. Die PWM-Schaltung ist am Gain angeschlossen. Während der MOSFET leitet, ist die gemessene Spannung zwischen Drain und Source nahezu 0 V. Das heißt, hier steigt der Stromfluss, der mit der Stromzange gemessen wird, an und lädt die Primärspule des Transformators auf. Zeitgleich fließt bei der Sekundärspule kein Strom, da hier zur Gleichrichtung eine Diode geschaltet ist, die den Strom sperrt. Wenn der MOSFET sperrt, entsteht zwischen Drain und Source eine sehr hohe Spannung, die ebenfalls mit dem Differenztastkopf gemessen wird, und es fließt kein Strom mehr. Die Spannung wird am Transformator umgepolt und auf der Sekundärspule fließt Strom durch die Diode.

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Schaltfrequenz, Verlustleistung und der Widerstand zwischen Drain und Source werden während des Schaltvorgangs mit der UPA-PC-Software gemessen. Strom und Spannung werden dargestellt und mittels der Spannung die On/Off-Zeiten ausgemessen (Bild 5).

Mit denselben Tastkopfanschlüssen kann mit der UPA-PC-Software ein weiterer Test durchgeführt werden. Mit einer einfachen Tabelle lässt sich die SOAR (Safe Operating Area) des MOSFETs integrieren. Darüber wird überprüft, ob der MOSFET in der Schaltung im sicheren Arbeitsbereich arbeitet, sodass es während des Betriebs zu keiner Beschädigung oder Zerstörung des Bausteins kommt. Hierfür werden von Kanal 1 (Spannung) und Kanal 2 (Strom) des Oszilloskops ein x-y-Diagramm dargestellt, das mit der individuell erstellten SOAR-Maske hinterlegt ist. Sobald diese nicht eingehalten wird, werden die Bereiche sowohl im x-t- also auch im x-y Diagramm rot markiert.

Für den nächsten Test wird ausschließlich der positive Anschluss des Differenztastkopfes vom Drain zum Gain des MOSFETs umgesetzt. Mit diesem Test wird jetzt die Modulationsanalyse des PWM-Signals in Verbindung mit dem Stromverhalten während der An/aus-Phase des PWM vermessen. Hierbei wird die genaue positive und negative Pulsweite sowie die Einschalt- und Ausschaltdauer in % berechnet und angegeben. Außerdem werden die Frequenz des PWM-Signals sowie die Umrechnung der Periode angezeigt.

Das Oszilloskop MSO5000 bietet auch die Möglichkeit, mit den integrierten AWG-Generatorausgängen die Bodeplot-Funktion bis 25 MHz zu nutzen. Mit dem Bodeplot kann ein Testsignal mit der zu testenden Bandbreite auf den Transformator gegeben werden, um den Frequenzbereich der zu übertragenen Frequenz genauer zu analysieren. Hierfür wird das Stimulationssignal sowohl an Kanal 1 des Oszilloskops als auch an den Transformator angeschlossen. An Kanal 2 des Oszilloskops wird das Ausgangssignal des Transformators vermessen. Mit diesen beiden Kurven kann sowohl die Verstärkung als auch das Phasenverhalten über den Frequenzbereich vermessen und dargestellt werden (Bild 6).

Messung am Netzteilausgang

Der letzte Test bezieht sich auf die DC-Ausgangsspannung am Schaltnetzteil. Die Spannung wird nach dem Transformator wieder mit einer Dioden-Schaltung gleichgerichtet und mit Elkos geglättet. Die restliche Welligkeit kann mit dem normalen Spannungstastkopf im Tastverhältnis 10:1 am DC-Ausgang gemessen werden. Die Welligkeit sowie die Frequenzdarstellung des Ausgangssignals kann sowohl direkt am Oszilloskop MSO5000 mit der Powerapplikation oder mit der PC-Software UPA vermessen werden.

Der Autor

Boris Adlung

ist Vertriebsingenieur bei Rigol Technologies. Er arbeitet seit mehr als 15 Jahren in der Hochfrequenztechnik, unter anderem als HF-Applikations-ingenieur bei Keithley, als Ingenieur für technische Systemqualifikation bei Siemens und als Vertriebs- und Projektingenieur für Radartechnik bei Schleifring. Er studierte Nachrichten- und Kommunikationstechnik an der FHTW Berlin.