Labornetzgeräte: Unterschied zwischen den Versionen
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* Höhere Messgenauigkeit der Istwerte als bei einfachen Geräten | * Höhere Messgenauigkeit der Istwerte als bei einfachen Geräten |
Version vom 18. März 2016, 07:44 Uhr
Funktionen
Einfache Labornetzteile
- Getrennte Anzeige von Soll- und Ist-Werten
- Höhere Messgenauigkeit der Istwerte als bei einfachen Geräten
- Einstellbare Grenzwerte für Strom, Spannung, Leistung
- Alarm/Abschaltung bei Überschreitung von einstellbaren Schwellwerten
- Programmierbare Spannungs-/Stromverläufe
- Master-Slave-Funktion für Reihen-/Parallelschaltung von mehreren Geräten
- Analoge Schnittstelle für Soll- und Istwerte
- PC-Schnittstelle
Wichtige Eigenschaften
Lineare Netzgeräte vs. Schaltnetzgeräte
Es gibt bei Labornetzgeräten sowohl linear geregelte als auch Schaltnetzteile.
Lineare Netzgeräte haben den Vorteil, dass die Regelung üblicherweise schneller und genauer ist. Die Ausgangskapazität ist bei linearen Netzgeräten relativ klein, dadurch kann die Strombegrenzung sehr schnell ansprechen.
Schaltnetzgeräte haben dagegen einen besseren Wirkungsgrad, erzeugen also weniger Abwärme und sind kleiner und leichter als lineare Netzgeräte gleicher Leistung. Deshalb sind vor allem Labornetzgeräte mit hoher Leistung bevorzugt als Schaltnetzteil aufgebaut.
Wenn bei Schaltnetzgeräten eine sehr kleine Ausgangs-Spannung eingestellt wird, wird diese oft nicht sauber ausgeregelt. Meistens brauchen solche Geräte eine bestimmte Mindestspannung am Ausgang.
Weiterhin besteht bei Schaltnetzteilen die Gefahr, dass am Ausgang Störungen sichtbar sind, die durch die interne PWM erzeugt werden.
Weiterhin gibt es auch Geräte, bei denen ein Schaltnetzteil und eine lineare Regelung kombiniert sind. Dadurch werden die Vorteile von beiden Verfahren kombiniert, es ergeben sich dadurch aber auch einige Probleme:
- Bei schnellen Laständerungen kann es passieren, dass das Schaltnetzteil nicht schnell genug nachregelt. Dadurch ändert sich das Regelverhalten und die Ausgangsspannung bzw. Strom sind dann nicht mehr so stabil wie bei einem richtigen linear geregelten Netzgerät.
- Bei schnellen periodischen Laständerungen kann es zusätzlich passieren, dass die Verlustleistung im Linearregler sehr viel höher wird als im Betrieb mit konstanter Ausgangsleistung. Da die lineare Endstufe meistens nicht dafür dimensioniert ist, kann es hier thermische Probleme geben.
Verlustleistung und Kühlung
Das ist vor allem bei linear geregelten Geräten ein sehr wichtiges Kapitel, da eine gute Kühlung relativ viel Geld kostet und die Gerätehersteller hier gerne sparen. Folgende Punkte sollten hier beachtet werden:
Passive Kühlung oder Kühlung mit Lüfter
Geräte mit passiver Kühlung erzeugen keine Geräusche, was ein großer Vorteil ist. Passive Kühlung ist aber nur bei Geräten mit relativ geringer Leistung üblich. Bei Lüfter-gekühlen Geräten sollte darauf geachtet werden, dass der Lüfter relativ ruhig läuft.
Außenliegender Kühlkörper
Bei passiv gekühlten Geräten kann der Kühler ziemlich warm werden. Wenn der Kühler außen am Gehäuse montiert ist, besteht die Gefahr, dass man ihn versehentlich berührt und sich verbrennt oder dass wärmeempfindliche Gegenstände (z.B. kunststoff-isolierte Leitungen) bei Berührung beschädigt werden. Deshalb sollte man Geräte bevorzugen, bei denen der Kühler innerhalb des Gehäuses montiert ist.
Lüftungsschlitze
Bei Geräten, die Lüftungsschlitze auf der Oberseite haben, besteht die Gefahr, dass Gegenstände reinfallen können, wodurch das Gerät beschädigt werden kann. Weiterhin kann es passieren, dass der Luftstrom durch die Schlitze behindert wird, wenn man etwas auf dem Gerät ablegt oder mehrere Geräte aufeinander stapelt. Je nach dem, wo das Gerät aufgestellt werden soll, können deshalb seitliche Lüftungsschlitze vorteilhaft sein. Allerdings sind seitliche Lüftungsöffnungen meistens mit einem aktiven Lüfter kombiniert.
Dimensionierung der Kühlkörper und Leistungstransistoren
Bei vielen billigen Netzgeräten ist die Kühlung zu knapp dimensioniert. Das kann man relativ einfach testen, indem man den Ausgangsspannung und Strom jeweils auf Maximalwerte einstellt und dann den Ausgang kurzschließt.
In diesem Zustand sollte das Gerät längere Zeit (einige Stunden) betrieben werden, bis alles thermisch eingeschwungen ist. Dann muss bei allen Leistungsbauteilen die Temperatur gemessen werden, am einfachsten geht das mit einer Wärmebildkamera. Es sollten nach Möglichkeit keine Temperaturen oberhalb von 100°C auftreten. Wärme-empfindliche Bauteile (z.B. Elkos) sollten nicht wärmer als 70°C sein.
Besonders kritisch sind hier:
- Netztrafo
- Gleichrichter
- Leistungstransistoren und Kühlkörper
Stabilität und Genauigkeit
Wichtige Eigenschaften bei Labornetzgeräten ist die Stabilität und die Genauigkeit.
Stabilität
Damit wird angegeben, wie konstant ein eingestellter Wert über einen längeren Zeitraum gehalten wird. Hier ist wichtig, dass das Gerät einen kleinen Temperaturkoeffizient hat, so dass die Ausgangsspannung auch bei Temperaturschwankungen möglichst stabil bleibt.
Genauigkeit
Hier muss unterschieden werden zwischen der Anzeigegenauigkeit und der Einstellgenauigkeit.
Die Genauigkeit der Anzeige gibt an, wie genau die angezeigte Ausgangsspannung oder Strom mit der tatsächlichen Spannung übereinstimmt (siehe dazu auch Artikel Auflösung und Genauigkeit).
Die Einstellgenauigkeit gibt an, wie genau ein bestimmter Sollwert eingestellt werden kann und wie gut die tatsächlichen Werte mit den Sollwerten übereinstimmen. Bei Geräten mit digitaler Sollwertvorgabe muss hier die kleinste Schrittweite beachtet werden.
Weitere Funktionen
Schnittstelle
Einige Labornetzgeräte bieten eine Schnittstelle zum PC, damit können sie als per Software steuerbares Netzgerät verwendet werden. Will man das Netzgerät per Mikrocontroller steuern, so sind Typen mit RS232 Anschluß den Typen mit USB vorzuziehen.
Beleuchtung
Folgende Display-Arten sind bei Labornetzgeräten üblich:
- Analoginstrument (unbeleuchtet oder beleuchtet)
- LCD 7-Segment Anzeige (unbeleuchtet oder beleuchtet)
- LCD Punktmatrix-Anzeige (in der Regel beleuchtet)
- LED 7-Segment Anzeige (selbstleuchtend)
- OLED-Anzeigen (selbstleuchtend)
- VFD-Anzeigen (selbstleuchtend)
Anzeigen mit Beleuchtung bzw. selbstleuchtende Anzeigen sind wesentlich besser ablesbar als unbeleuchtete LCD-Anzeigen. Da Labornetzgeräte immer am Netz betrieben werden, ist der Stromverbrauch der Beleuchtung nicht relevant.
Unbeleuchtete LCD-Anzeigen sind bei schlechter Beleuchtung oder ungünstigem Blickwinkel manchmal schlecht ablesbar, bei 7-Segment LED-Anzeigen ist die Ablesbarkeit wesentlich besser.
Mit 7-Segment Anzeigen lassen sich allerdings nur Ziffern und einige wenige Buchstaben darstellen. Für Geräte mit komplexen Einstellungen und Menu-Führung werden deshalb häufig Punkt-Matrix LCD-Anzeigen verwendet.
Mit VFD-Anzeigen [1], die ebenfalls sehr gut ablesbar sind, könnnen auch komplexe Menüs dargestellt werden. Diese haben einen sehr weiten Blickwinkel und sehr scharfe und klare Zeichen. Allerdings sind diese Anzeigen relativ teuer, weshalb sie vor allem in eher teueren Geräten eingesetzt werden.
Vergleichstabelle Labornetzgeräte
In den folgende Tabellen werden wichtige technischen Daten einiger aktueller Labornetzgeräte zusammengestellt. Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen, werden die Geräte eingeteilt in einfache Geräte und Geräte mit Zusatzfunktionen
Die Einteilung geschieht aufgrund der Funktionen, die die Geräte bieten. Das ist also keine Aussage über die Qualität der Geräte.
Einfache lineare Labornetzgeräte
Hier werden Geräte aufgelistet, welche neben den Grundfunktionen (Strom- und Spannungseinstellung, Anzeige der Istwerte) keine weiteren Funktionen besitzen.
Hersteller | Bezeichnung | Preis [EUR] | Spannung [V] | Strom [A] | Kanäle |
---|---|---|---|---|---|
Agilent | E3616A | 620 | 35 | 1.7 | 1 |
Hameg | HM8040-3(Benötigt HM8001) | 280 | 20 + 20 + 5 | 0.5 + 0.5 + 1 | 3 |
Peaktech | 6080 | 50 | 15 | 3 | 1 |
McVoice | WNT0-15-2000 | 38 | 15 | 2 | 1 |
Statron | 2223.1 | 150 | 30 | 2.5 | 1 |
Statron | 2250.0 | 225 | 40 | 5 | 1 |
Statron | 2229.2 | 260 | 40 + 40 | 2.5 + 2.5 | 2 |
Statron | 2229.5 | 340 | 32 + 32 + 5 | 3 + 3 + 3 | 3 |
Statron | 2225.6 | 310 | 30 + 30 | 5 + 5 | 2 |
Voltcraft | PS-1302 D | 95 | 30 | 2 | 1 |
Voltcraft | VLP 1303pro | 180 | 30 + 6 | 3 + 2 | 2 |
Voltcraft | VSP 2403 | 345 | 40 + 40 + 6 | 3 + 3 + 1.5 | 3 |
Einfache Schaltnetzgeräte
Hersteller | Bezeichnung | Preis [EUR] | Spannung [V] | Strom [A] | Kanäle |
---|---|---|---|---|---|
Delta Elektronika | ES 030-5 | 624 | 30 | 5 | 1 |
Quatpower | LN-3003 | 40 | 30 | 3 | 1 |
Netzgeräte mit Zusatzfunktionen
Diese Geräte haben mindestens folgende Funktionen:
- abschaltbare Ausgänge
- Anzeige der Sollwerte für Strom und Spannung
Hersteller | Bezeichnung | Preis [EUR] | Spannung [V] | Strom [A] | Kanäle | linear/getaktet |
---|---|---|---|---|---|---|
Agilent | U8001A | 290 | 30 | 3 | 1 | linear |
Agilent | E3616A | 620 | 35 | 1.7 | 1 | linear |
Agilent | E3643A | 690 | 35 / 60 (umschaltbar) | 1.4 / 0.8 | 1 | linear |
Agilent | E3632A | 990 | 15 / 30 (umschaltbar) | 7 / 4 | 1 | linear |
BK Precision | BK 1786 | 490 | 32 | 3 | 1 | linear |
BK Precision | BK 1788 | 615 | 32 | 6 | 1 | linear |
BK Precision | BK 9130 | 685 | 30 + 30 + 5 | 3 + 3 + 3 | 3 | linear |
EA Elektro-Automatik | PSI 6032-03 | 425 | 32 | 3 | 1 | linear |
EA Elektro-Automatik | EA-PS 2042-06B | 235 | 42 | 6 | 1 | getaktet |
EA Elektro-Automatik | EA-PS 2342-06B | 580 | 42 + 42 + 6 | 6 + 6 + 4 | 3 | getaktet |
EA Elektro-Automatik | EA-PS 3032-05B | 355 | 32 | 5 | 1 | linear |
EA Elektro-Automatik | EA-PS 8032-10 DT | 940 | 32 | 10 | 1 | getaktet |
ELV | PPS 5330 | 120 | 30 | 3 | 1 | linear |
ELV | SPS 5630 | 200 | 30 | 6 (max. 75W) | 1 | getaktet |
Hameg | HM7042-5 | 685 | 32 + 32 + 5,5 | 2 + 2 + 5 | 3 | linear |
Hameg | HMP2020 | 1190 | 32 + 32 | 10 + 5 | 2 | getaktet + linear |
Hameg | HMP2030 | 1500 | 32 + 32 + 32 | 5 + 5 + 5 | 3 | getaktet + linear |
Rigol | DP832 **) | 362 | 30 + 30 + 5 | 3 + 3 + 3 | 3 | linear |
Voltcraft | VLP 1405pro | 1190 | 40 + 6 | 5 + 2 | 2 | linear |
PeakTech | 1885 | 270 | 40 | 5 | 1 | getaktet |
Voltcraft | VLP 2403pro | 320 | 40 + 40 + 6 | 3 + 3 + 2 | 3 | linear |
Voltcraft | VSP 2410 | 470 | 40 + 40 + 6 | 10 + 10 + 1.5 | 3 | getaktet |
TTI | EX355R | 330 | 35 | 5 | 1 | Mixed-mode (getaktet + linear) |
TTI | EX354RD | 480 | 35 + 35 | 4 + 4 | 2 | Mixed-mode (getaktet + linear) |
TTI | EX354RT | 540 | 35 + 35 + (1,5-5) | 4 + 4 + 5 | 3 | Mixed-mode (getaktet + linear) |
**) Das Rigol DP832(A) schaltet die Ausgänge nicht physisch/galvanisch ab. Die Power-MOSFETs der Ausgangsstufe werden lediglich auf Soll-NULL gesetzt. Dies kann bei Drift auch durchaus ungleich 0,00 Volt bedeuten!