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2-2017

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Stromversorgung

Stromversorgung Messungen von Kenngrößen am Schaltnetzteil - gewusst wie Wichtige Messungen für Verifikation, Design-In und den Zulassungsprozess - verständlich erklärt - Lastwechsel und Sprungantwort Bild 1: Messung mit Prüfspitze und Masseleitung Messungen am Schaltnetzteil gehören nicht zu den alltäglichen Tätigkeiten eines Entwicklungsingenieurs. Sie unterscheiden sich teilweise grundlegend von Messungen digitaler Größen und führen zu teilweise unterschiedlichen Ergebnissen. Messungen auf der Sekundärseite - Restwelligkeit und Ripple Oftmals sind die Messbedingungen im Datenblatt des Netzteils vorgegeben z.B. „Abschluss der Prüfspitze (1:1) mit 10 µF Elektrolytkondensator parallel zu einem Folienkondensator; 20 MHz Begrenzung Oszilloskop“. Besonders wichtig ist aber auch zugleich der richtige Anschluss der Masse der Prüfspitze, denn er hat großen Einfluss auf das Messergebnis wie der folgende Vergleich von Bild 1 und 2 zeigt: Der Unterschied beträgt nahezu 100%. Es ist zu empfehlen eine solche Kombination aus Elko+Folienkondensator auch auf der Kundenplatine zu installieren um die Peaks entsprechend zu dämpfen. Für eine richtige Messung der Lastausregelung ist es wichtig, die Spannung direkt an den Klemmen des Netzteils abzugreifen. Die nachfolgende Messung zeigt ein 12 V/100 W Netzteil mit einem Sprung von 1,66 A 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% (Bild 3). - Überstrombegrenzung Nahezu jedes Schaltnetzteil hat eine elektronische Absicherung gegen Kurzschluss bzw. Überstrom auch OCP (over current potection) genannt. Typischerweise liegen die Abschaltströme im Bereich von etwa 120 - 130% des maximalen Ausgangsstromes. Verglichen mit einem Transforma- Autoren: Dipl. Ing Heidrun Seelen, Vertriebsleitung, MBA Frank Cubasch, Geschäftsführer bei Magic Power Technology Bild 2: Messung mit Prüfspitze und Massering 44 meditronic-journal 2/2017

Stromversorgung tor (weiche Abschaltkennlinie, U/I- Kennlinie) hält das Schaltnetzteil die Spannung konstant und schaltet erst bei Erreichen des OCP schlagartig ab. Hierdurch werden u.a. die angeschlossenen Komponenten und Leitungen besser geschützt, weil der maximale Strom durch den OCP setpoint gegeben ist. Die meisten Schaltnetzteile nutzen diese Fold- Back Kennlinie und laufen nach dem Abschalten selbstständig wieder an, sofern die Last unterhalb des OCP Limits reduziert wurde (Bild 4). Messungen auf der Primärseite - Eingangsleistung Messungen auf der Primärseite sind in aller Regel komplizierter durchzuführen. Neben der höheren Netzspannung per se, entstehen durch die Beschaltung mit einem Gleichrichter und nachfolgendem Siebkondensator nichtlineare Eingangsströme mit ungewöhnlichem Scheitelfaktor bezogen auf den Spannungsverlauf der Quelle (siehe Bild 5) . Dieser auch als Crest-Faktor bezeichnete Quotient aus Spitzenwert zu Effektivwert liegt bei Sinusspannungen und ohmscher Last bei 1,41 ( ). Der eingesetzte Siebelko übernimmt maßgeblich zwei Funktionen. Zum Einen ist er für die Glättung der Eingangsspannung für die nachgeschaltete PWM zuständig, zum Anderen ist er der Puffer bei Netzunterbrechungen. Die Ladespan- Bild 3: Lastwechsel am Netzteil (violett = Strom, gelb = Spannung direkt an den Klemmen, blau = Spannung am Ende der 1-m-Lastleitung) Bild 4: Überstromabschaltung (OCP) eines 24 V/115 W Netzteils (blau = Strom, gelb = Ausgangsspannung) PFC Klasse Produkte Limits der Oberwellen Geradzahlige Oberwellen Ungeradzahlige Oberwellen Bereich Eingangsleistung A Sonstiges Absolutwert Ja Ja 75 – 1000 W B Tragbare E-Werkzeuge Absolutwert Ja Ja 75 – 1000 W C Beleuchtung Leistungsbezogener Wert D PC & TV Leistungsbezogener Wert Tabelle 1: Limits und Gruppierung der IEC61000-3-2 2. OW Ja 75 – 1000 W nein Ja 75 – 600 W meditronic-journal 2/2017 45

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