Ein starkes Gespann für schnelle Prüfsignale
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Ein starkes Gespann für schnelle Prüfsignale In zunehmendem Maße werden schnelle Prüfsignale zusammen mit ausreichender Leistung benötigt, sei es zur Simulation der Restwelligkeit in einem Bordnetz oder auch zur Simulation von Störimpulsen. Gleichzeitig ist eine hohe Einstellgenauigkeit zusammen mit einer exakten Reproduzierbarkeit der Prüfsignale erforderlich. Der neue Arbiträr-Funktionsgenerator TOE 7761 von Toellner lässt im Verbund mit dem Vierquadranten-Verstärker TOE 7610 kaum noch Wünsche offen. Sowohl in der Entwicklungsphase als auch im Prüffeld kommen mehr und mehr arbiträre Netzgeräte zum Einsatz, um elektrische Systeme in Bezug auf ihr Verhalten bei Unregelmäßigkeiten der Versorgungsspannung zu untersuchen. In einem Kraftfahrzeug beispielsweise müssen die einzelnen elektrischen und elektronischen Komponenten Spannungseinbrüche beim Start oder Spannungsspitzen beim Abschalten induktiver Verbraucher schadlos und ohne Fehlverhalten überstehen. Demzufolge müssen diese Komponenten auch mit veränderbaren Spannungsverläufen bei ausreichender Leistung getestet werden. Standard-Netzgeräte können mit ihren Eigenschaften größere Veränderungen der Ausgangsspannung im Millisekundenbereich ausführen. Schnellere Änderungen verbieten sich häufig aufgrund der Regeleigenschaften, der Glättungskondensatoren und der Leistungsfähigkeit der Entladeschaltungen für die Glättungskondensatoren, sofern diese überhaupt vorhanden sind. Impulse mit Flanken von wenigen Mikrosekunden lassen sich dagegen nur mit einem Funktionsgenerator nachbilden, der über einen Leistungsausgang oder einen nachgeschalteten Verstärker verfügt. Der Vierquadrantenverstärker TOE 7610 von Toellner steht in verschiedenen Spannungsversionen bis zu ± 60 V zur Verfügung und verarbeitet Leistungen als Quelle oder Senke bis 150 W. Die Leistungsbandbreite reicht von DC bis über 100kHz. Bei reduzierter Aussteuerung, z.B. mit einem Wechselsignal von einigen Volt um einen Gleichspannungspegel herum, lassen sich steigende oder fallende Flanken von 1 µs realisieren. Die Ansteuerung kann dabei mit dem neuen Arbiträr-Funktionsgenerator TOE 7761 erfolgen, der Schrittgeschwindigkeiten in einem TOELLNER Eelectronic Instrumente GmbH -1- weiten Bereich von 12,5 ns bis 100 s pro Abtastpunkt ermöglicht. Das entspricht einer maximalen Abtastrate von 80 MSamples/s. Ein Prüfsignal darf dabei bis zu 1 000 000 Abtastpunkte enthalten, so dass auch bei hohen Abtastraten ausreichend lange Prüfsequenzen erzeugt werden können. Mit einer Auflösung von 14 Bit je Abtastpunkt ist eine sehr genaue Nachbildung aller Signalformen möglich. Anwendungsbeispiel Schnelle Störimpulse entstehen in einem Bordnetz beim Schalten von Motoren und induktiven Lasten. Teilweise sind die Störspannungen deutlich größer als die Bordnetzspannung, so dass die in einem Bordnetz betriebenen Geräte auch negative Spannungsspitzen schadlos überstehen müssen. Häufig lässt sich die Störung durch ein abklingendes Sinussignal mit einer Frequenz im Bereich von 7761 mit 7610_Rev01.doc 11.04.2008 einigen kHz nachbilden, dem im Schaltzeitpunkt einige Nadelimpulse überlagert sind. Bild 1 zeigt einen typischen Spannungsverlauf in einem Bordnetz beim Schalten eines Verbrauchers. Der dargestellte Spannungsverlauf wurde mit dem Arbiträr-Funktionsgenerator nachgebildet und am Ausgang des nachgeschalteten Verstärkers an einer ohmschen Last aufgezeichnet. Die Nadelimpulse wurden als Rechteckimpulse mit einer Dauer von 1 µs modelliert. Bild 2 zeigt den ersten Spannungssprung bei Beginn der Störung in einer höheren Auflösung. In diesem Beispiel wird die Störung mit zwei Impulsen wechselnder Richtung eingeleitet, wobei an der Last eine Flankensteilheit von etwa 1 µs erreicht wird. Gegenüber einem Netzteil mit Senke ist die Flankensteilheit um mindestens den Faktor 100 größer. Insgesamt umfasst das komplette modellierte Signal etwa 20 000 Datenpunkte, die mit einer Abtastrate von 0,1 µs pro Punkt abgetastet werden. Damit ist schon eine sehr genaue Modellierung der Störgröße möglich. Fazit Ein Vierquadranten-Leistungsverstärker mit DC-Verstärkung erweitert die Prüfmöglichkeiten im Bereich schneller Störsignale mit Anstiegszeiten im Mikrosekundenbereich. Zusammen mit einem ArbiträrFunktionsgenerator als steuernde Quelle ergibt sich so ein flexibles Prüfsystem zur Erzeugung nahezu beliebiger Signalformen mit hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit. Eine große Speichertiefe erlaubt lange Prüfsequenzen oder bietet eine große Flexibilität für den schnellen Wechsel der Prüfsignale. Der Einsatz eines Vierquadrantenverstärkers zusammen mit einer arbiträren Signalquelle ist aber auch in anderen Bereichen als der Bordnetzsimulation interessant. Beispiele hierfür sind UltraschallAnwendungen oder der Einsatz als Gleich- und Wechselstromquelle für Elektromotoren. Bild 1: Störimpuls im 12V-Bordnetz Der Verstärker hat keine untere Grenzfrequenz und kann die Aufgaben einer Gleich- und Wechselstromquelle gleichermaßen übernehmen. Als Vierquadrantenverstärker bietet er den Quellen- und Senkenbetrieb für positive und negative Spannungen und ermöglicht damit gleich schnelle steigende und fallende Signalflanken im Mikrosekundenbereich. Speicher zu verwenden, um mehrere Prüfsignale bereitzuhalten, zwischen denen dann schnell umgeschaltet werden kann. Bild 2: Simulierte Störspitze bei einem Laststrom von 6A Die Möglichkeiten des ArbiträrFunktionsgenerators TOE 7761 sind dabei aber bei weitem noch nicht ausgeschöpft, denn es können auch wesentlich längere Signalfolgen im Arbeitsspeicher bereitgehalten werden. Außerdem ist es möglich, den Dauerlastfestigkeit bei exzellenten technischen Daten und eine Produktpalette mit verschiedenen Spannungsversionen erschließen der Verstärkerreihe TOE 7610 zusammen mit dem arbiträren Signalgenerator TOE 7761 ein breites Anwendungsfeld. Klaus Kolodziejczyk-Strunck Toellner Electronic Instrumente GmbH TOELLNER ELECTRONIC INSTRUMENTE GMBH Gahlenfeldstraße 31, 58313 Herdecke, Germany +49 (0) 23 30 - 97 91 91 • Fax +49 (0) 23 30 - 97 91 97 E-Mail: [email protected] • Web: www.toellner.de TOELLNER Eelectronic Instrumente GmbH -2- 7761 mit 7610_Rev01.doc 11.04.2008
