Welches Labornetzgerät passt? Vom Betriebspunkt zum passenden Modell

Stellen Sie sich einen Entwicklungsplatz vor, an dem heute eine Baugruppe mit 24 V und 35 A geprüft wird, morgen eine zweite mit 48 V und 20 A und später eine dritte mit 72 V und 15 A. Welches Labornetzgerät würden Sie dafür auswählen? Wer nur die höchste Spannung und den höchsten Strom in die Suche einträgt, landet schnell bei einem größeren Gerät, als diese drei Aufgaben verlangen.

Für die Auswahl lohnt sich deshalb ein Blick auf die einzelnen Betriebspunkte: Welche Spannung und welcher Strom werden tatsächlich gleichzeitig benötigt? An diesem bewusst hypothetischen Prüfplatz lässt sich zeigen, wie aus dieser Frage eine sinnvolle Vorauswahl wird. Die Werte sind frei gewählt; sie beschreiben weder Messungen noch ein Kundenprojekt.

Drei Betriebspunkte statt zweier Maximalwerte

Die drei Baugruppen werden nacheinander versorgt. Ihre benötigte Gleichstromleistung lässt sich jeweils mit P = U × I berechnen:

Die höchste Spannung beträgt 72 V, der höchste Strom 35 A. Würde das Netzgerät beide Werte zugleich bereitstellen, müsste es 2.520 W liefern. Diesen Eckpunkt verlangt jedoch keine der drei Prüfungen. Die größte tatsächlich benötigte Ausgangsleistung liegt bei 1.080 W.

Hier lohnt sich der Vergleich mit einem Autoranging-Netzgerät. Es verbindet einen weiten Spannungs- und Strombereich mit einer zusätzlichen Leistungsgrenze. Ein Beispiel aus dem Laborance-Sortiment ist das DP85-40-1500HA von DSC-Electronics Germany: Es bietet 0–85 V und 0–40 A bei maximal 1,5 kW. Alle drei Betriebspunkte liegen innerhalb dieser Nennwertgrenzen. Damit kommt es für den Prüfplatz in die engere Auswahl; Lastverhalten und Ausstattung sehen wir uns anschließend an.

Die Leistungsgrenze bleibt dabei maßgeblich. Bei 72 V ergeben 1.500 W geteilt durch 72 V eine rechnerische Stromobergrenze von rund 20,83 A. Bei 40 A liegt die entsprechende Spannungsgrenze bei 37,5 V. Die Kombination aus 85 V und 40 A ist mit 1,5 kW also nicht möglich. Wie eine solche Ausgangskennlinie entsteht, erläutert auch Keysight anhand von Autoranging-Netzgeräten.

Diese Betrachtung hilft auch bei anderen Aufgaben: Halten Sie die zusammengehörigen Spannungs- und Stromwerte für Nennbetrieb, Bereichsgrenzen und unterschiedliche Belastungen fest. Sollen mehrere Baugruppen gleichzeitig versorgt werden, gehören die Zahl unabhängig regelbarer Ausgänge und deren elektrische Beziehung zueinander ebenfalls in die Auswahl.

Was geschieht beim Einschalten und unter Last?

Mit den Betriebspunkten ist der Leistungsbedarf beschrieben, aber noch nicht der ganze Prüfablauf. Vielleicht muss die Quelle beim Start eine Eingangskapazität laden oder kurzzeitig einen höheren Strom liefern als im späteren Betrieb. Ob diese Belastung wenige Sekunden dauert, regelmäßig wiederkehrt oder über Stunden anliegt, kann für die Eignung entscheidend sein. Dauer und Wiederholung gehören deshalb ebenso zur Anforderung wie die vorgesehenen Umgebungs- und Kühlbedingungen. Eine pauschale Leistungsreserve beantwortet diese Fragen nicht.

Auch das Zusammenspiel von Spannungs- und Stromregelung verdient Aufmerksamkeit. Im Konstantspannungsbetrieb, kurz CV, hält das Netzgerät die eingestellte Spannung; den fließenden Strom bestimmt die Last innerhalb des gesetzten Limits. Benötigt sie mehr Strom, als das Limit zulässt, geht ein entsprechend ausgelegtes Netzgerät in den Konstantstrombetrieb CC über und senkt die Spannung ab. Bei einer Stromprüfung kann genau das gewünscht sein. Soll dagegen eine Baugruppe mit unveränderter Spannung anlaufen, muss geprüft werden, ob der vorgesehene Startvorgang mit dem gewählten Stromlimit funktioniert.

Fragen Sie daher neben den Nennwerten auch nach dem dynamischen Verhalten: Wie schnell erholt sich der Ausgang nach einem Lastwechsel, und wie reagiert er auf einen neuen Sollwert? Das sind zwei verschiedene Kenngrößen. Welche davon für Ihren Aufbau wichtig ist, ergibt sich aus dem Prüfablauf.

Welche Genauigkeit braucht die Prüfung?

Eine fein aufgelöste Anzeige ist beim Einstellen angenehm. Ob die angezeigte oder eingestellte Spannung die Anforderungen erfüllt, lässt sich daraus allein noch nicht ableiten. Einstellauflösung, Einstellgenauigkeit und Anzeigegenauigkeit beschreiben verschiedene Eigenschaften. Bei Prozentangaben kommt hinzu, worauf sie sich beziehen: Derselbe Zahlenwert bedeutet bezogen auf den Messwert etwas anderes als bezogen auf den vollen Messbereich.

Ausgangspunkt sollte die zulässige Abweichung Ihrer Prüfung sein. Daraus ergeben sich die Anforderungen an Genauigkeit und Stabilität der Quelle und gegebenenfalls an zusätzliche Messtechnik. Beim Vergleich der Restwelligkeit zählen Einheiten und Messbedingungen mit: RMS- und Spitze-Spitze-Angaben lassen sich ohne Kenntnis des Signalverlaufs nicht einfach ineinander umrechnen. Eine ausführlichere Einordnung bietet Tektronix in seinen Erläuterungen zu Netzgerätespezifikationen.

Die Ausstattung muss zum Arbeitsplatz passen

Steht die elektrische Vorauswahl, lässt sich die Bedienung und Einbindung in den Prüfplatz klären. Zwei Geräte mit ähnlicher Leistung können hier deutlich unterschiedliche Schwerpunkte haben. Das DP60-20P-S stellt 0–60 V und 0–20 A bei 1,2 kW bereit. Serienmäßig besitzt es RS232 und RS485 mit Modbus RTU sowie eine Interlock-Schleife. LAN und analoge I/O sind als Optionen erhältlich; das Analogpaket ersetzt RS232. Fernmessung und Master/Slave-Parallelbetrieb gehören bei diesem konkreten Modell nicht zur Ausstattung.

Das DP85-40-1500HA bietet dagegen RS232 mit SCPI, RS485 mit Modbus RTU, im Gerät gespeicherte Prüfabläufe und Fernmessung zur Kompensation von Leitungsverlusten bis 2 V. Sein externer Programmtrigger steuert den Ablauf und ist kein Sicherheitsinterlock. Für die geplante Automatisierung lohnt sich also der genaue Blick auf Funktionen und Protokolle: Ein Steckverbinder allein sagt weder aus, wie die Steuerung kommuniziert, noch welche Schutzfunktion vorhanden ist.

Bei hohen Strömen gehört außerdem der Weg vom Ausgang bis zum Prüfling zur Betrachtung. An Leitungen und Kontakten fällt Spannung ab. Fernmessung erfasst die Spannung an der Last und kann solche Verluste innerhalb der vorgesehenen Kompensationsgrenze ausgleichen. Sie ersetzt jedoch weder ausreichend strombelastbare Leitungen noch passend ausgeführte Anschlüsse.

Kann der Prüfling Energie zurückspeisen, kommt eine weitere Anforderung hinzu: Die Auslegung muss Rückstrom, Rückspannung und gespeicherte Energie berücksichtigen. Ein vorhandener Rückstromschutz macht aus einer Quelle keine beliebig einsetzbare elektronische Last und belegt auch keine regenerative Energieaufnahme.

Mit einer klaren Anforderung gezielt vergleichen

Eine Betriebspunkttabelle wie im Beispiel, ergänzt um Belastungsdauer, Einschaltverhalten und zulässige Abweichungen, schafft oft schon eine gute Grundlage für die technische Vorauswahl. Hinzu kommen die benötigten Ausgänge und Schnittstellen, der verfügbare Platz und der Netzanschluss. Geplante Erweiterungen sollten möglichst konkret sein, damit sich beurteilen lässt, welche Reserven und Funktionen später einen Nutzen haben.

Im Laborance-Katalog für DC-Labornetzgeräte können Sie die Auswahl nach Ausgangsbereich und Ausstattung eingrenzen. Für das ausgewählte Modell werden anschließend die technischen Daten und die zugehörige Betriebsanleitung maßgeblich. Wenn Sie Ihre Betriebspunkte und den Prüfablauf mit uns besprechen möchten, schreiben Sie an service@dsc-electronics.de. Wir unterstützen Sie bei der Auswahl des Modells und der benötigten Ausstattung.