Die Entwicklung der Netzgeräteserie PS 3000 im Wandel der Zeit

Der Entwicklungsingenieur sitzt am Labortisch und möchte seine elektronische Schaltung mit Spannung und Strom versorgen. Was er nicht möchte ist, dass seine Elektronik durch Überspannung oder Strom zerstört wird. Sein Ziel ist folglich, die Schaltung nicht nur mit Strom zu versorgen, sondern sie auch zu schützen und zu überwachen. Während er mit der sensiblen Schaltung arbeitet, möchte er außerdem die Werte für Strom und Spannung immer gut im Blick behalten. Dies sind nur zwei Beispiele für die gestiegenen Anforderungen bei Stromversorgungen. Der Leistungselektronik-Hersteller EA Elektro-Automatik entwickelt und fertigt seit 40 Jahren Netzgeräte der Serie PS 3000, die stetig weiterentwickelt wurden. Die neuesten Laborstromversorgungen der Serie PS 3000 C sind ausgestattet mit Mikrocontrollern, zahlreichen Schutzeinstellungen und Schnittstellen sowie einem farbigen 5,2-Zoll-TFT-Display. Dadurch besitzen die Geräte umfangreiche Ausstattungsmerkmale, die sich je nach Anwendungswunsch zusätzlich durch Firmware Updates erweitern lassen.

Die erste Generation

Als die Serie PS 3000 im Jahr 1978 erstmals auf den Markt kam, entsprach sie genau den Anforderungen, die der Elektroniker im Labor, der Student an der Universität oder der ambitionierte Hobbyelektroniker zu Hause an ein Netzgerät gestellt hatten: Zum einen eine Stromversorgung bei der die Spannungsregelung von 0 V bis zur maximalen Ausgangsspannung eingestellt werden kann, zum anderen eine Strombegrenzung, die sich in drei Stufen umschalten lässt. Damit konnten die Geräte sowohl eine elektronische Schaltung als auch ein Amateurfunkgerät versorgen. Außer der analogen Anzeige für Spannung und Strom enthielt die erste Generation dieser Serie keine weiteren Funktionen. Die Labornetzgeräte wurden in Leistungsklassen mit 90, 150 und 300 W unterteilt und in zwei Spannungsklassen mit 0 bis 15 V und 0 bis 30 V angeboten. Damals reichte dies für die meisten Anwendungen aus. Doch schon nach wenigen Jahren trugen viele Anwender den Wunsch an das Unternehmen heran, eine Stromregelung zu integrieren, die stufenlos von 0 A bis zum maximalen Strom einstellbar ist. Dies sollte helfen, die Anwendungen besser gegen Überstrom zu schützen. Daraufhin arbeiteten die Ingenieure eine einstellbare Stromregelung und ein Doppelpotentiometer für eine Grob- und Feineinstellung der Spannung in die Serie ein. Auf diese Weise ließ sich die Ausgangsspannung feiner justieren. Das äußere Design blieb darüber hinaus unverändert. Der weitere Fortschritt fand im Inneren statt. Ein integrierter Thermoschalter schützte die Geräte künftig vor Überhitzung. So wurde diese Geräteserie bis Mitte der Neunziger gebaut und erfolgreich vermarktet.

Im Laufe der Jahre hat EA Elektro-Automatik seine Entwicklungsabteilung erweitert

Die Power Supplies der neuesten Serie PS3000 C sind mit Mikrocontrollern ausgestattet und verfügen über digitale Schnittstellen, sodass sie auch in automatisierten, industriellen Anwendungen eingesetzt werden können. EA Elektro-Automatik

Im Laufe der Jahre hat EA Elektro-Automatik seine eigene Entwicklungsabteilung nach und nach vergrößert und die Forschung intensiviert. Infolgedessen wurde die Serie PS 3000 A 1996 überarbeitet und an die modernen Produktions- und Prüftechniken angepasst. Waren beim Vorgängermodell die Bauteile teilweise diskret verbaut und mussten verdrahtet werden, wurde beim Redesign die komplette Elektronik auf einer Leiterplatte untergebracht. Dadurch konnte der Verdrahtungsaufwand minimiert, die Fertigung inklusive Wellenlötung automatisiert sowie der Prüfaufwand verringert werden. Außerdem wurden die Kühlkörper – die bislang außen am Gehäuse befestigt waren und aufgrund ihrer scharfen Kanten und der Hitzeentwicklung eine Verletzungsgefahr darstellten – ins Geräteinnere verlegt und mit einem temperaturgeregelten Lüfter gekühlt. Auf diese Weise konnte das Gewicht reduziert und das Gehäuse verkleinert werden. Zur Bedienung gehörten jeweils zwei Potentiometer für Spannung und Strom – je eines für die Grob- und die Feineinstellung. Als Zustandsanzeige dienten LEDs, die den Regelmodus und Fehlerzustände anzeigten. Ein Relais schaltete die Sekundärwicklung des Transformators in zwei Bereiche um, damit die Verlustleistung an den Endtransistoren bei kleineren Ausgangsspannungen verringert werden konnte. Mit dem Ergebnis, dass die Wärmeentwicklung an den Transistoren sowie Kühlkörpern reduziert werden konnte. Darüber hinaus wurde der Wirkungsgrad im Teillastbereich optimiert. Die Leistungsdaten blieben gegenüber den alten Modellen unverändert.

Neuentwicklung mit hoher Leistungsdichte

Dies änderte sich im Jahr 2005 mit der Einführung der Modelle PS 3000 B, die von Grund auf neu entwickelt und erweitert wurden. Zu den längsgeregelten Geräten gesellten sich nun auch getaktete Modelle mit einer deutlich höheren Leistungsdichte. Von nun an konnten Leistungen bis 650 W, Ströme bis 40 A und Spannungen bis 150 V erzielt werden. Für einen weltweiten Einsatz war zudem eine Versorgung mit 110 V_AC Eingang möglich. 7-Segmentanzeigen, an denen sich auf Knopfdruck vorab der eingestellte Strom ablesen ließ, ersetzten die analogen Messinstrumente für Spannung und Strom. Ein einstellbarer Überspannungsschutz (OVP) schützte im Fehlerfall die angeschlossenen Verbraucher. Eine wichtige Neuerung war ferner die analoge Schnittstelle, über die das Gerät gesteuert und ausgelesen werden konnte. Darüber hinaus zeichnete die Geräte ein übersichtliches Design sowie erweiterte technische Leistungsdaten aus. Zu diesem Zeitpunkt umfasste die Serie zehn Modelle.

Next-Level: flexible Ausgangsstufe

Im Vergleich zum Vorgängermodell PS 3032-20B (gestrichelte Fläche) besitzen die neuen Geräte PS 3040-40 C eine flexible, leistungsgeregelte Ausgangsstufe. Damit sind sowohl hohe Spannungen als auch hohe Ströme entlang einer Leistungshyperbel möglich: Das Netzgerät PS 3040-40 C ist in der Lage, einen Verbraucher mit 40 V aber auch mit 40 A zu versorgen, bis zu einer maximalen Ausgangsleistung von 640 W. EA Elektro-Automatik

Ende 2017 hat das Unternehmen die Entwicklung mit neun neuen Modellen abgeschlossen: Heute umfasst die Serie PS 3000 C drei Leistungsklassen von 160, 320 und 640 W mit Ausgangsspannungen von 0 bis 40 V, 0 bis 80 V und 0 bis 200 V. Dabei liefern die Geräte Ströme zwischen 0 bis 2 A und 0 bis 40 A. Erstmals besitzen sie eine flexible, leistungsgeregelte Ausgangsstufe mit der sowohl hohe Spannungen als auch hohe Ströme entlang einer Leistungshyperbel zur Verfügung stehen. Jetzt kann ein Netzgerät einen Verbraucher mit 40 V aber auch mit 40 A versorgen, bis zu einer maximalen Ausgangsleistung von 640 W. So kann ein zu ladendes 24-V-Batteriepack ab einer Spannung von 16 V über die volle Leistung des Netzgerätes verfügen und im Vergleich mit einer konventionellen Stromversorgung schneller geladen werden. Darüber hinaus lassen sich die Tischgeräte nun auch in industrielle Anwendungen einbinden.

Die Geräte der Serie PS 3000 C gewährleisten saubere Ausgangsspannungen und -ströme mit geringen Restwelligkeiten und Störungen. Der Ausgangsrippel eines PS3040-40C beträgt bei Nennleistung des Gerätes 2,30 mV(effektiv) und 16,8 mV(Spitze-Spitze). EA Elektro-Automatik

Durch den Weitbereichseingang von 100 bis 240 V Netzspannung sind die Stromversorgungen weltweit einsetzbar, ohne dass durch ein Derating die Ausgangsleistung verringert werden muss. Die Geräte der Serie PS 3000 C gewährleisten saubere Ausgangsspannungen und -ströme mit geringen Restwelligkeiten und Störungen. Erreicht wird dies durch ein abgeschirmtes Gehäusekonzept und verschiedene Filter. Besonders nützlich ist dies, wenn die Netzgeräte als Versorgung für empfindliche elektronische Schaltungen dienen.

Mikrocontroller für neue Features

Dadurch, dass die Geräte inzwischen mit Mikrocontrollern ausgestattet sind, ergeben sich neue Features: Zum Schutz des Verbrauchers lassen sich OVP, OCP und OPP einstellen, um Spannung, Strom und Leistung zu überwachen und bei Bedarf den Ausgang abzuschalten. Zusätzlich kann dazu eine Warnung oder ein Alarm generiert werden. Das Bedienteil und auch die optionalen Schnittstellen sind zum DC-Ausgang galvanisch getrennt. Deshalb lassen sich die Geräte sicher und flexibel in vielen Applikationen einsetzen, ohne dass Probleme bei Potentialverschiebungen auftreten. Über einen Plug & Play-Slot können die Geräte um verschiedene Schnittstellen erweitert werden, sodass sie sich mittels unterschiedlicher Systeme steuern und auslesen lassen. Dafür sorgen eine Analogschnittstelle sowie digitale Schnittstellen wie USB und Ethernet, die sich über SCPI und Modbus steuern lassen.

Darüber hinaus sind die Geräte anwenderfreundlich aufgebaut: Die Tischgehäuse haben einen Tragegriff, der sich aufklappen und schräg stellen lässt, damit die Anzeigen gut lesbar sind. Ein hochauflösendes farbiges 5,2-Zoll-LC-Display zeigt gleichzeitig alle Soll- und Istwerte sowie Statusmeldungen übersichtlich an. Die Geräte lassen sich über sechs Tasten und zwei Drehknöpfe direkt am Arbeitsplatz bedienen. Für einen weltweiten Einsatz ist das Menü in den Sprachen deutsch, englisch, chinesisch und russisch verfügbar.

Der Vergleich eines Testaufbaus aus den 80er Jahren mit einem heutigen Messaufbau demonstriert den anwenderfreundlicheren Aufbau sowie die leichtere Bedienbarkeit der neuen PS3000 C-Tischgeräte: Das hochauflösende 5,2-Zoll-LC-Farbdisplay zeigt alle Soll- und Istwerte sowie Statusmeldungen übersichtlich an. Die Geräte lassen sich über sechs Tasten und zwei Drehknöpfe direkt am Arbeitsplatz bedienen. EA Elektro-Automatik

Dank der digitalen Konnektivität ist mit dem PS 3000 C – bei einem guten Preis-Leistungsverhältnis – heute ein automatisierter industrieller Einsatz möglich.

(ah)