Labor-Netzgeräte

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DC-Quellen mit flexibler Ausgangsstufe

Programmierbare Netzgeräte mit Autoranging

Programmierbare DC-Netzgeräte sind ein essentielles Instrument im Elektroniklabor, bei der Produktentwicklung und insbesondere auf Prüfständen. Zumeist sind Testszenarien unter verschiedenen Betriebszuständen erforderlich; DC-Netzgerät müssen deshalb sowohl einen großen Strom- als auch einen großen Spannungsbereich abdecken, um alle gewünschten Betriebszustände des zu prüfenden Gerätes darstellen zu können.

Konventionelle Netzgeräte haben eine rechteckige Ausgangskennlinie, d. h. die maximale Ausgangsspannung und der maximale Ausgangsstrom definieren automatisch die maximale Ausgangsleistung (Pmax = Imax x Umax). In der Praxis bedeutet dies, dass konventionelle DC-Netzteile auf eine beschränkte Strom/Spannungs-Bandbreite festgelegt sind. Zum Beispiel sind konventionelle DC-Netzteile für hohe Ausgangsströme in der Regel nur für verhältnismäßig geringe Spannungen geeignet.

 

Jeder Prüfling benötigt eine geeignete DC-Quelle

Für Prüfplätze und Laboreinrichtungen ergibt sich daraus die Notwendigkeit, eine größere Zahl geeigneter DC-Quelle bereitzuhalten, um die verschiedenen Betriebszustände (hoher Strom / hohe Spannung / hoher Strom + hohe Spannung) abbilden zu können. Als Alternative zu mehreren DC-Quellen könnte zwar auch eine einzige, großzügig dimensionierte Quelle eingerichtet werden, die alle notwendigen Spannungs- und Strombereiche abdeckt. Diese Quelle müsste dann jedoch für eine sehr hohe Leistung dimensioniert werden, was wiederum recht teuer ist.

Beispiel:
Zwei verschiedene 3-kW-Verbraucher mit unterschiedlichen Betriebsspannungen sind zu prüfen: für den ersten Prüfling ist 0-30 V / 0-100 A = 3 kW erforderlich. Der zweite Prüfling muss mit einer Spannung von 0-60 V und einem Strom von 0-50 A getestet werden. – Um beide Prüfläufe mit einem einzigen, konventionellen Netzgerät durchzuführen, müsste dieses dann 6 kW leisten: denn 60 V und 100 A sind die maximalen Strom-/Spannungswerte und müssen von der DC-Quelle geliefert werden:

  Prüfspannung Prüfstrom Pmax
Verbraucher 1 0….30V 0-100A 3 kW
Verbraucher 2 0….60V 0-50A 3 kW
Konventionelle DC-Quelle: Max. 60 V Max. 100 A 6 kW


D.h. obgleich die Prüflinge jeweils nur 3 kW Leistungsbedarf haben, muss das Netzteil mit 6 kW (über-)dimensioniert sein. Diese ungünstige Dimensionierung treibt die Kosten für das Netzteil in die Höhe.

Autoranging spart Kosten

Netzteile mit „Autoranging“ haben keine rechteckige Ausgangskennlinie, sondern einen erweiterten Strom- und Spannungsbereich. Die Bandbreite der Ausgangsspannung und des Ausgangsstromes bei mittlerer Leistung ermöglicht einen flexibleren Einsatz gegenüber konventionellen Geräten. Autoranging-Geräte decken somit viel mehr Anwendungen ab als herkömmliche Geräte. Deshalb werden weniger verschiedene Netzteile benötigt, um die Aufgaben zu erfüllen.

Ideal für Prüfstände

Das Autoranging-Konzept eignet sich zum Beispiel beim Einsatz an Verbrauchern wie Wafer-Heizungen oder an Niedervolt-Plasma-Anwendungen. Hier ist die Zündspannung bei vergleichsweise niedrigem Strombedarf zunächst relativ hoch, im weiteren Prozessverlauf wird die Haltespannung jedoch deutlich abgesenkt, der Strombedarf steigt dabei aber plötzlich und erheblich. Geräte mit flexibler Ausgangsstufe erfüllen diese Anforderung besonders effizient. Die Konfektionierung unterschiedlichster Energiespeicher wie Ultracaps, Blei-, NiMH- oder Lithium-Akkupacks ist ein anderes Einsatzbeispiel. Im Bereich Photovoltaik werden Autoranging-Netzteile für den Testbetrieb von Wechselrichtern eingesetzt. Denn die Autoranging DC-Quelle deckt den sehr weiten Strombereich ab, der erforderlichlich ist, um die Solarpanel zu simulieren.

Empfehlung: DC-Quellen mit Autoranging