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Spezifikationen Damit Stromversorgung und Testanwendung zueinander finden
Beim Einsatz einer Stromversorgung lohnt es, genauer hinzuschauen. Denn nicht alle Parameter wie beispielsweise Leistungshüllkurve oder Design-Topologie stehen in den Datenblättern.
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Viele Elektronikingenieure glauben, dass sie die Funktionsweise von Stromversorgungen gut verstehen, da dies relativ einfache DC-Geräte mit nur einer einzigen Funktion sind und nur die Ausgangsspannung steuern. Obwohl die Spezifikationen einer Stromversorgung die Funktionalität für die meisten Anwendungen ausreichend beschreibt, wäre eine umfassende Spezifikation jedes möglichen Geräteverhaltens oder eines anderen Instruments zu zeitaufwändig und zu kostspielig.
Im Zuge des Auswahlprozesses sollte die Spezifikation einer Stromversorgung immer genau betrachtet werden, allerdings gibt es noch andere interessante Charakteristika. Aus der Perspektive eines Anwenders ist besonders die Leistungshüllkurve einer Stromversorgung wichtig. Sie zeigt, ob die Stromversorgung die Leistung mit der erforderlichen Spannung und dem Strom für die entsprechende Anwendung liefern kann.
Für die Entwicklung, Charakterisierung und das Testen von Schaltungen, die kleine Signale generieren oder messen, ist die Auswahl der Design-Topologie der Stromversorgung sowie die Aufmerksamkeit des Gleichtaktstroms wichtig. Damit lässt sich sicherstellen, dass dieser nicht das Schaltungsverhalten beeinflusst.
Ebenso ist es für die Entwicklung eines Geräts mit mehreren potenzialfreien Schaltungen entscheidend, dass die Stromversorgung nicht die Potenzialfreiheit des Testobjekts gefährdet. Wenn eine Stromversorgung als genaue Spannungsquelle für den Test einer Schaltung über den gesamten Betriebsspannungsbereich oder als Kalibrierquelle genutzt wird, muss geprüft werden, ob die angegebene Genauigkeit der Stromversorgung auch am Eingang der zu prüfenden Schaltung zur Verfügung steht. Solche Anwendungen erfordern eine detaillierte Untersuchung der technischen Daten einer Stromversorgung.
Die Leistungshüllkurve betrachtet
Die wichtigste Entscheidung besteht darin sicherzustellen, dass eine ausreichende Leistung für die Versorgung des Testobjekts (DUT) zur Verfügung steht. Obwohl es ziemlich offensichtlich ist, sollte man sich im Klaren sein, dass verschiedene Arten von Stromversorgungen und Quellen unterschiedliche Leistungshüllkurven haben können. Beispielsweise gibt es Geräte mit einer rechteckigen Leistungshüllkurve. Diese können die Last bei jeder Spannung mit einem beliebigen Strom versorgen (Bild 1a). Dies ist sicher die vielseitigste Leistungshüllkurve.
Eine zweite Art von Stromversorgungen hat mehrere rechteckige Hüllkurven für mehrere Bereiche (beispielsweise zwei rechteckige Leistungshüllkurven, wie in Bild 1b). Der Vorteil dieser Leistungshüllkurve ist, dass ein Parameter auf Kosten des anderen Parameters höhere Werte erreichen kann. So ist zum Beispiel ein höherer Strom bei einer niedrigeren Spannung möglich.
Andere Stromversorgungen verfügen über eine hyperbolische Leistungshüllkurve (Bild 1c), die anstatt mehrerer Bereiche einen kontinuierlichen Übergang aufweist. Hier verhält sich ein Parameter umgekehrt proportional zum anderen. Sehr leistungsfähige Stromversorgungen arbeiten meist entweder mit mehreren Bereichen oder mit einer hyperbolischen Leistungshüllkurve.
Zu überlegen ist welche Art von Hüllkurve die jeweilige Anwendung benötigt, um sicherzustellen, dass die ausgewählte Stromversorgung die erforderlich Leistung mit den jeweiligen Spannungs- und Stromwerten für den Test auch zur Verfügung stellen kann.
Was Gegentakt- und Gleichtaktstörungen unterscheidet
Bei Schaltungen mit sehr kleinen Spannungen oder Strömen können Störungen von externen Quellen Probleme verursachen. Solch eine Schaltung kann ein ein Messumformer sein, der Millivolt- oder Mikroampere-Signale aufnimmt. Dabei ist die Stromversorgung selbst eine Störquelle und die Störungen lassen sich in zwei Kategorien aufteilen: Gegentakt- und Gleichtaktstörungen.
Gegentaktstörungen liegen parallel zu den Ausgangsanschlüssen der Stromversorgung an und werden von der internen Schaltung der Stromversorgung generiert. Gleichtaktstörungen sind Störungen mit Massebezug, die über die Netzleitung und Streukapazitäten über den Haupttransformator entstehen. Für empfindliche Anwendungen sind daher lineare Stromversorgungen normalerweise besser geeignet, da die Gegentaktstörungen am Ausgang deutlich geringer sind als bei getakteten Stromversorgungen. Dafür erreichen aber lineare Stromversorgungen einen niedrigeren Wirkungsgrad als Schaltnetzteile und sind meist sperriger und schwerer.
Schaltnetzteile bieten normalerweise mehr Ausgangsleistung bei kleinerer Baugröße. Eine lineare Stromversorgung erzeugt nur ein Fünftel bis ein Zehntel der Störungen (5 mVp-p gegenüber >50 mVp-p) eines Schaltnetzteils. Wenn Gegentaktstörungen ein Problem sind, dann sollte eine lineare Stromversorgung verwendet werden, wie beispielsweise die ein- oder vielkanalige Stromversorgung der Serie 2200 von Keithley.
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