Was ist Programmierbares Netzteil?
Ein programmierbares Netzteil ist ein Netzgerät, dessen Ausgangsspannung beliebig variiert werden kann.
Auch bei gewöhnlichen Stromversorgungen können Ausgangsspannung und -strom manuell eingestellt werden. Programmierbare Netzteile zeichnen sich jedoch dadurch aus, dass die Ausgangsspannung, der Strom und die Frequenz durch Befehle des Steuergeräts frei eingestellt werden können.
Verwendungszwecke programmierbarer Netzteile
Programmierbare Stromversorgungen werden für die Prüfung der Eigenschaften von Halbleiterbauelementen und anderen elektronischen Geräten verwendet. Sie eignen sich zur automatischen Datenerfassung oder zur Untersuchung der Reaktion eines Messobjekts durch schrittweise Änderung der Stromversorgungsbedingungen.
Insbesondere für Anwendungen zur Messung der Spannungs-Strom-Eigenschaften von Halbleitern gibt es spezielle Messgeräte, bei denen ein hochpräzises programmierbares Netzteil und ein Spannungs-Strom-Messgerät im selben Gehäuse untergebracht sind und von einem Steuergerät gesteuert werden. In jüngerer Zeit wurden Produkte eingeführt, die ein programmierbares Netzteil mit großer Kapazität und ein Messgerät kombinieren, um die Bewertung von Leistungshalbleitern zu ermöglichen.
Weitere Anwendungsbereiche für programmierbare Netzteile erstrecken sich von Haushaltsgeräten bis hin zur Luft- und Raumfahrt, Militärindustrie, Stromerzeugung/erneuerbare Energien usw.
Grundsätze programmierbarer Netzteile
Grundsätzlich handelt es sich bei einem programmierbaren Netzteil um eine Art von geregeltem Netzteil, bei dem eine Referenzspannung durch einen D/A-Wandler eingestellt und die entsprechende Spannung oder der entsprechende Strom ausgegeben wird. Bei Anschluss an ein Steuergerät kann die Ausgangsspannung/der Ausgangsstrom variiert werden, indem das Steuergerät die Daten im D/A-Wandler umschreibt.
Arten von programmierbaren Netzteilen
Die folgenden Arten von Stromversorgungen können je nach Konfiguration des Stromversorgungskreises klassifiziert werden.
1. DC-Stromversorgungen vom Typ Dropper
DC-Stromversorgungen, auch bekannt als lineare oder serielle Stromversorgungen, zeichnen sich durch ein geringes Ausgangsspannungsrauschen aus. Sie werden vor allem bei Messungen eingesetzt, bei denen das Rauschen so gering wie möglich gehalten werden muss, z. B. bei winzigen Signalen. Allerdings ist ihr Wirkungsgrad bei der Leistungsumwandlung im Allgemeinen gering und sie erzeugen viel Wärme, so dass Maßnahmen zur Wärmeableitung erforderlich sind. Die Ausgangsspannung wird mit einer Referenzspannung verglichen und rückgekoppelt, um sicherzustellen, dass die Spannung immer konstant ist.
2. Gleichstrom-Schaltnetzteil
Im Vergleich zum Dropper-System ist das schaltende Gleichstromnetzteil effizienter und ist heute der Haupttyp für die Stromversorgung. Es ist zwar etwas lauter, erzeugt aber weniger Wärme und kann eine große Stromkapazität erzeugen, so dass es auch in Prüfgeräten eingesetzt wird, die einen hohen Strombedarf haben, z. B. für Hybridfahrzeuge. Wie bei der Dropper-Methode wird die Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung verglichen und durch eine Rückkopplungsregelung sichergestellt, dass die Spannung stets konstant ist.
3. Hochspannungsnetzteile
Der Ausgangsspannungsbereich gängiger programmierbarer Netzteile liegt im Zehner-Volt-Bereich, aber es gibt auch Netzteile, die auf Hochspannung spezialisiert sind. Programmierbare Hochspannungs-Netzteile, die Gleichspannungen von Tausenden bis Zehntausenden von Volt erzeugen können, werden z. B. in folgenden Anwendungen eingesetzt.
- Photomultiplier-Röhren
- Massenspektrometern
- Steuerung von Elektronenstrahlen
- Aufladen von Fotoleitertrommeln in Fotokopierern, usw.
Sie werden jedoch nur selten allein verwendet und sind oft in Systeme als Teil der Ausrüstung integriert.
4. Bipolare Stromversorgungen
Diese Art von Stromversorgungsgerät kann nicht nur Gleichstrom, sondern auch Wechselstrom ausgeben und hat sowohl eine Senken- als auch eine Quellenfunktion. Als Schaltungskonfiguration ist sie eine Art Leistungsverstärker und kann sowohl als elektronische Last als auch als Stromquelle verwendet werden.
Als Leistungsverstärkerschaltung kann er Wechselstrom bei relativ hohen Frequenzen ausgeben und in Kombination mit einem Controller oder Signalgenerator komplexe Testwellenformen erzeugen. Er wird auch verwendet, um die Eigenschaften von Schwankungen der Versorgungsspannung in verschiedenen elektronischen Geräten zu messen und den Antrieb von piezoelektrischen Elementen zu testen.
5. Spannungs-/Stromgeneratoren für die Kalibrierung
Zu den Programmierbaren Netzteilen gehören auch Spannungs-/Stromgeneratoren, die als Referenzsignale für die Kalibrierung/Überprüfung von Digitalmultimetern, die Spannung und Strom messen, sowie von verschiedenen Geräten in Fertigungsstraßen verwendet werden. Im Gegensatz zu normalen Stromversorgungen erfordern sie eine hohe Präzision bei den Ausgangsspannungs- und -stromwerten, aber nicht so sehr bei der ausgabefähigen Leistung. Sie können z. B. in Kombination mit einer Steuerung zur automatischen Erfassung von Kalibrierungsdaten eingesetzt werden.