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Verifikation, Design-in und Zulassung: Kenngrößen am Schaltnetzteil

Messungen am Schaltnetzteil gehören nicht zu den alltäglichen Tätigkeiten eines Entwicklungsingenieurs. Sie unterscheiden sich stark von Messungen digitaler Größen. Die hier beschriebenen Messmethoden erleichtern die Abstimmung von Leistungs- und Einsatzkriterien von Applikation und Stromversorgung.

Magic Power Bildquelle: © Bilder: Magic Power

Bild 1: Prüfspitze bei Ripple-Messung – falscher Anschluss

An Schaltnetzteilen kann man grundsätzlich auf der Primär- und auf der Sekundärseite messen. Die nun folgenden Abschnitte beschäftigen sich zunächst mit der Sekundärseite.

Ein Schaltnetzteil oder DC/DC-Wandler erzeugt aufgrund seines Aufbaus Restwelligkeiten im Frequenzbereich von 50 bis 300 kHz, abhängig von seiner primären Taktfrequenz. Bei AC/DC-Wandlern ist unter Umständen auch eine Überlagerung der 50-Hz-Netzfrequenz zu erkennen. Dies und die Felder um das Netzteil herum legen nahe, beim Messaufbau die Prüfspitze mit Kondensatoren abzuschließen. Oftmals sind die Messbedingungen auch im Datenblatt des Netzteils vorgegeben, zum Beispiel: „Abschluss der Prüfspitze (1:1) mitb 10-µF-Elektrolytkondensator parallel zu einem Folienkondensator; 20-MHz-Begrenzung Oszilloskop“.

Magic Power Bildquelle: © Bilder: Magic Power

Bild 2: Prüfspitze bei Ripple-Messung mit Kondensatoren – richtiger Anschluss

Welchen Einfluss der richtige Anschluss der Prüfspitze und der entsprechende Abschluss haben, zeigt der Vergleich der in Bild 1 und Bild 2 gezeigten Anschlüsse. Die Ergebnisse unterscheiden sich deutlich, wie die dazugehörigen Messungen in Bild 3 und Bild 4 zeigen.

Der Unterschied beträgt nahezu 100 Prozent. Es ist zu empfehlen, eine solche Kombination aus Elko und Folienkondensator auch auf der Kundenplatine zu installieren, um die Peaks entsprechend zu dämpfen. Die Lehre daraus: Ripple-Messung immer mit Kondensatoren an der Prüfspitze durchführen!

Lastwechsel und Sprungantwort

Für eine richtige Messung der Lastausregelung ist es wichtig, die Spannung direkt an den Klemmen des Netzteils abzugreifen. Bild 5 zeigt ein 12-V-100-W-Netzteil mit einem Sprung von 1,66 auf 8,33 A bei einer Frequenz von 500 Hz mit einem Stromanstieg von 2,5 A/µs. Je nachdem, ob die Spannung direkt an den Ausgangsklemmen oder am Ende eines im Beispiel 1000 mm langen Kabels an der Last gemessen wird, ergeben sich Unterschiede von >300 Prozent. Daraus folgt: Immer nah an den Ausgangsklemmen messen!