Bild 1: Bei dem Keithley 2231A-30-3 handelt es sich um ein Dreikanal-Netzgerät, dass für technische und wissenschaftliche Labore ausgelegt ist. (Bild: Tektronix)
Gleichstromquellen für die Versorgung von zu prüfenden Schaltungen sind ein unverzichtbares Werkzeug auf dem Arbeitsplatz jedes Ingenieurs. Die Anforderungen einiger Anwendungen entwickeln sich weiter und verlangen immer häufiger nach spezifischen Merkmalen für Benchtop- und Stromversorgungssysteme, selbst für Benutzer, die bisher keine besondere Präzision und Stabilität des Bausteins benötigten.
Ganz gleich, ob es um die Entwicklung von Stromrichtern für Elektrofahrzeuge, Power-Management-Einheiten für intelligente IoT-Bausteine oder Batterieladegeräten für tragbare Geräte geht, die erforderliche Leistung sowie die Spannungs- und Strombereiche sind nur der Beginn einer langen Liste von Anforderungen für die Auswahl des perfekten Gleichstromnetzteils.
Jenseits von Forschung und Entwicklung kommen in der Produktion zu den oben genannten Bereichen noch weitere Anforderungen hinzu: die Möglichkeit, parallele und serielle Master-Slave-Konfigurationen einzustellen, und die offensichtliche Möglichkeit, das Gerät in ein Rack einzubauen.
Das erste Stichwort ist „programmierbar"; es geht darum, Spannungspegel für ganz bestimmte Zeiten einzustellen und dann kontrolliert auf einen anderen Pegel zu wechseln oder auf diesem zu verweilen. Dies ist entscheidend für die Simulation eines bestimmten realen Verhaltens einer Leiterplatte. Ferner müssen Prüflabors in der Halbleiterproduktion, die sich speziell mit der Qualifizierung und Zuverlässigkeitsprüfung von Bausteinen befassen, womöglich in langen und komplexen Tests präzise Sourcing-Sequenzen programmieren und eine Abschaltung der Pegel beim Auftreten von Fehlerbedingungen sicherstellen.
Da die Möglichkeiten des Anwenders, das Frontpanel zu editieren, aus Sicht der praktischen Nutzbarkeit nur eine partielle Antwort auf diesen Bedarf sind, kann dies zu schmerzhaften und zeitraubenden Erfahrungen mit hoher Fehleranfälligkeit führen.
Entwickler sollten daher besser Geräte suchen, bei denen eine ausgefeilte und regelmäßig gewartete Softwareanwendung die Steuerung des Geräts über gängige Standard-E/A-Schnittstellen übernehmen kann und flexibel genug für die Programmierung der Sequenzen ist.
Mit der Kickstart-Power-Supply-Anwendung können Anwender beispielsweise auf schnelle Weise praktische Lasttestsequenzen für alle unabhängigen Ausgänge eines Mehrkanal-Netzteils erstellen.
Eine weitere wichtige Anforderung ist heute die Batteriesimulation: Stromversorgungen sollten nicht nur die Schaltung wie eine Batterie versorgen, sondern auch genau nachbilden, wie sich die Batterie selbst mit der Zeit entladen würde. Dank dieser grundlegenden Funktion kann ein Entwickler feststellen, wie lange sein Produkt funktionieren wird und wie es sich verhält, wenn sich der Ladezustand der Batterie und damit der Innenwiderstand der Quelle über die Zeit ändert. Bei der Simulation des Batteriezustands vom vollständig geladenen bis zum vollständig entladenen Zustand benötigen Entwickler heute oft eine programmierbare Stromversorgungseinheit.
Hersteller von Gleichstromversorgungen müssen sicherstellen, dass diese Funktionalität im Einklang mit den Präzisionsfähigkeiten und der übersichtlichen grafischen Informationsanzeige des Geräts steht.
Der Benutzer muss die Möglichkeit haben, Sequenzen der Leerlaufspannung an der Quelle und des relativen äquivalenten Serienwiderstands an der Last für verschiedene Ladezustände vorzugeben. Anwender erwarten hierbei eine einfache Bedienung mit nur wenigen Klicks auf dem Eingabefeld.
In der Produktion spielt diese Anforderung wohl keine so große Rolle wie in Forschung und Entwicklung, dafür gibt es andere Anforderungen an die DC-Stromversorgung für die Simulation realer Bedingungen und den effektiven Test mehrerer Einheiten durch Entwickler automatisierter Testgeräte.
In solchen Fällen müssen DC-Stromversorgungen zur Überprüfung des Stromverbrauchs oder zur Analyse die Lastströme mit höchster Empfindlichkeit präzise messen. Dies führt zu weiterer Komplexität neben den bereits erwähnten Merkmalen des variablen programmierbaren Ausgangswiderstands und der schnellen Reaktion auf transiente Lastströme. Zwar bieten mehrere Anbieter in ihren Netzteilen die Möglichkeit der Fernerkennung von Messleitungen an, nicht alle aber unterstützen die für die Anwendungen erforderliche Rücklesegenauigkeit eines eingebauten Digitalvoltmeters.
Im Zusammenhang mit den transienten Lastströmen heißt es meist, dass die Stromversorgung eine schnelle Reaktion aufweisen muss. Das Netzteil muss nämlich Ausgangseigenschaften wie bei einer realen Batterie aufweisen, es muss also auch dann eine stabile Ausgangsspannung liefern, wenn ein schneller Zustandsübergang im Lastkreis stattfindet.
Der Batteriesimulator Keithley 2306-LAN von Tektronix ist beispielhaft für ein Stromversorgungsgerät, dessen Ausgangskanal sich so programmieren lässt, dass es die Ausgangsreaktion einer Batterie mit schneller Erholung auf die tatsächlich programmierte Spannung simuliert.
Die Anzahl der Ausgangskanäle, Ausgangsspannung, -strom und -leistung und die damit verbundene Auflösung und Genauigkeit (Restwelligkeit und Rauschen) sind heute mehr denn je gepaart mit zusätzlichen Features und erweiterten Programmierbarkeitsanforderungen. Nanoampere-Auflösung bei der Strommessung, einfache Sequenzeinstellung bei verschiedenen unabhängigen Kanälen, analoge und digitale Ein/Ausgänge und andere Anforderungen bestimmen den technischen Entscheidungsprozess.
Wichtig ist heute, dass die Anbieter flexibel auf die Notwendigkeit reagieren können, die Hardware anzupassen und neue Testbedingungen zu unterstützen, ohne dabei die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Geräte zu beeinträchtigen. Die Auswahl von Anbietern, die zusätzliche Anforderungen über wertorientierte Software-Upgrades diskutieren und regelmäßig überprüfen und implementieren können, ist daher von entscheidender Bedeutung. Dabei sind Nutzbarkeit und schnelle Testimplementierung die wichtigsten zentralen Anforderungen. (prm)
Technisches Marketing bei Tektronix
