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Stromversorgung

Spezifizieren von Gleichspannungs-Netzteilen

12. Juni 2014, 14:18 Uhr | Bill Martin, Ametek

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Die Änderungsgeschwindigkeit

Als nächste Spezifikation gilt es die Änderungsgeschwindigkeit bzw. die Anstiegs- und Abfallzeit der DC-Ausgangsspannung zu berücksichtigen. Zur Verbesserung der Welligkeits- und Rauscheigenschaften sind die Ausgänge vieler programmierbarer Gleichspannungs-Netzteile mit großen Kondensatoren bestückt. Da diese viel Energie speichern, wird die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung vorwiegend durch die Lade- und Entladezeiten dieses Filters und den vom Prüfling aufgenommenen Strom bestimmt. Die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung ist weitgehend unabhängig vom angeschlossenen Prüfling.

Die Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangs-Gleichspannung der meisten AMETEK-Netzteile ist für die meisten Anwendungen ausreichend hoch. Zu achten ist jedoch auf die Abfallzeit des DC-Ausgangs. Sie wird nicht nur vom internen LCR-Filternetzwerk am DC-Ausgang des programmierbaren Netzteils bestimmt, sondern hängt außerdem vom angeschlossenen Prüfling ab. Wenn der Prüfling verglichen mit dem Nenn-Ausgangsstrom des Netzteils einen relativ geringen Strom aufnimmt, kann es mehrere Sekunden dauern, bis die in den Ausgangs-Kondensatoren gespeicherte Energie über den angeschlossenen Prüfling abgeflossen ist. Sobald der Prüfling aber mindestens 60 % des Nenn-Ausgangsstroms des Prüflings zieht, fließt die gespeicherte Energie praktisch verzögerungsfrei ab, sodass die Abfallzeit der Ausgangsspannung der niedrigste Wert ist. Ungeachtet dessen ist die Abfallzeit der DC-Ausgangsspannung in den meisten Fällen zwei- bis dreimal länger als die Anstiegszeit.

Verbessern lässt sich die Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung unter anderem durch ein programmierbares Netzteil mit größerem Ausgangsspannungsbereich. Wenn der Prüfling beispielsweise für Automotive-Anwendungen bestimmt ist und ein für Spannungen bis 30 V DC ausgelegtes Netzteil eigentlich ausreichen würde, sollte stattdessen ein 60-V-Netzteil gewählt werden, von dem jedoch nur der Bereich bis 30 V DC genutzt wird. Der Ausgangs-Kondensator des 60-V-Netzteils wird nämlich wesentlich kleiner sein als der des programmierbaren Netzteils für 30 V. Der Grund hierfür ist, dass man bei beiden Netzteilen die gleiche Zeit bis zum Anstieg auf die volle Ausgangsspannung erreichen möchte. Die in V/ms gemessene Anstiegsgeschwindigkeit ist beim 60-V-Netzteil somit doppelt so hoch.

Soll die Abfallzeit verkürzt werden, empfiehlt sich der Anschluss einer Vorlast parallel zum Prüfling bzw. zum DC-Ausgang des Netzteils. Dabei ist darauf zu achten, dass Vorlast und Prüfling zusammen mindestens 65 % des Nennstroms des programmierbaren Netzteils aufnehmen. Diese Vorgehensweise verlangt dem Netzteil naturgemäß mehr Leistung ab, da es eine höhere Spannung bereitstellen muss, um denselben Ausgangsstrom zu liefern.

Eine typische Ausgangsstrom-Änderungsgeschwindigkeit ist 45 A/ms. Ametek Programmable Power stellt einige DC-Stromversorgungen (Serie SFA) für Festkörper-Laser her. Diese Stromquellen bringen es auf Änderungsgeschwindigkeiten bis zu 400 A/ms.

Höhere Änderungsgeschwindigkeiten sind möglich, wenn eine elektronische Last mit dem Netzteil in Reihe geschaltet und als Strommodulator genutzt wird. Mit dieser Kombination lassen sich Strom-Änderungsraten bis zu 6.000 A/ms erzielen.

Die Lastausregelung

Eine weitere wichtige Spezifikation programmierbarer Netzteile ist die Lastausregelung. In Prozent gibt sie die Abweichung der Ausgangsspannung von ihrem Sollwert an, die durch eine Änderung der Stromaufnahme des Prüflings verursacht wird. Dieser Wert sollte normalerweise sehr klein sein und weniger als 0,01 % der Soll-Ausgangsspannung betragen.

Netzausregelung

Mit der Netzausregelung wird die prozentuale Änderung der DC-Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstroms als Funktion der eingangsseitigen Wechselspannung angegeben. Wichtig ist diese Spezifikation überall dort, wo die Netzspannung nicht stabil ist.

Stabilität

Die meist in ppm (Parts per Million) angegebene Stabilität ist ein Maß für die Langzeit-Drift der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstroms. Zu den typischen Anwendungen gehören Magnetantriebe, in denen das im Konstantstrom-Modus betriebene programmierbare Netzteil als Stromquelle fungiert. Der Anwender muss sich hier darauf verlassen können, dass der magnetische Fluss während des gesamten Tests konstant bleibt.