Elektronische Last: Wie Sie eine Spannungsversorgung evaluieren

Beim Testen des Anlaufverhaltens einer Spannungsversorgung beeinflusst die Art der elektronischen Last das gemessene Verhalten. Unser Power-Tipp beschreibt, was Sie dazu wissen müssen.

Eine elektronische Last (Stromsenke) steht in vielen Elektroniklaboren bereit und ist für das Evaluieren einer Spannungsversorgung sehr nützlich und vor allem bequem. Unterschiedliche Lastfälle können schnell eingestellt werden und eine Spannungsversorgung kann so in einem breiten Anwendungsbereich getestet werden. Mit höherwertigen Geräten lassen sich sogar Transienten zwischen unterschiedlichen einstellbaren Lasten umschalten.

Wenn elektronische Lasten verwendet werden, sollte man sich jedoch darüber bewusst sein, welchen Einflüssen diese unterliegen. Diese Fragestellung ist fast schon philosophisch.

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Beim Evaluieren einer Spannungsversorgung soll der spätere Lastfall im System getestet werden. Das Lastverhalten in einem System lässt sich häufig jedoch nicht so exakt vorhersehen und üblicherweise schlecht nachbilden.

Einige Lasten in der tatsächlichen Anwendung haben einen hohen kapazitiven Anteil, andere sind eher resistiv. Zusätzlich sind mache Lasten spannungsgesteuert, schalten sich also ab einer gewissen Spannung erst ein.

Somit wird bei der Evaluierung einer Spannungsversorgung auf vereinfachte Zustände zurückgegriffen. Getestet wird bei maximalem Ausgangsstrom sowie während einer Teillast.

Das Anlauf-Verhalten der Spannungsversorgung, also das Ansteigen der Ausgangsspannung, ist üblicherweise Teil der Evaluierung. Bild 1 zeigt den Spannungsanstieg eines LT8640-Evaluierungsboards.

Die Eingangsspannung beträgt 12 V, die Ausgangsspannung soll auf 5 V ansteigen. Der LT8640 ist mit einer Soft-Start-Funktion ausgestattet und begrenzt die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangskondensatoren des Evaluierungsboards geladen werden.

Auch die Last muss während des Anlaufens mit der jeweiligen Spannung versorgt werden. Besonders bei sehr niedrigen Ausgangsspannungen sind ein stufenweises Begrenzen der Ausgangsspannung und dadurch auch der Eingangsleistung der Spannungsversorgung zu erkennen.

Dieser Anlauf gilt als sehr sauber, da bereits ab einer Ausgangsspannung von 100 mV eine Linearität des Spannungsanstieges zu erkennen ist.

Wird nun als Last bei der Evaluierung der Spannungsversorgung eine elektronische Last verwendet, kann das Verhalten durchaus anders aussehen. Bild 2 zeigt die Ausgangsspannung des LT8640 mit einer elektronischen Last, eingestellt auf einen festen Strom.

Die Elektronische Last versucht konstant einen Strom von ca. 1 A zu ziehen. Dadurch wird der Widerstand in der elektronischen Last bei geringen Spannungen sehr niedrig. Die Regelschleife und der Soft-Start-Mechanismus im Schaltregler reagieren auf dieses Verhalten.

Unterhalb einer gewissen Spannung, die von der Bauart der elektronischen Last abhängig ist, ist die Regelung nicht aktiv. Erst bei höheren Spannungen (häufig ab 0,5 V) arbeitet die elektronische Last wie erwartet. Bei Spannungen unter 0,5 V zeigen sich Stufen. Dieses entspricht dem Einschalten der Spannungsversorgung ohne Last am Ausgang.

Bild 3 zeigt ebenfalls das Anlauf-Verhalten des LT8640, diesmal ist die elektronische Last jedoch auf einen festen Widerstand eingestellt. Es ist zu erkennen, dass das Verhalten unterhalb von 0,5 V dem Verhalten aus Bild 2 (elektronische Last, eingestellt auf einen festen Strom) entspricht.

Unterhalb von 0,5 V ist die elektronische Last also noch nicht aktiv. Dann ist jedoch zu erkennen, dass mit fest eingestelltem Widerstand oberhalb von 0,5 V weiterhin Spannungsstufen auftreten, was in Bild 2 nicht zu erkennen ist.

Fazit: Die gerade diskutierten Verhaltensweisen sind abhängig von der zu testenden Spannungsversorgung und besonders von der verwendeten elektronischen Last. Die relevante Aussage ist, dass besonders beim Testen des Anlaufverhaltens einer Spannungsversorgung die Art der Last einen Einfluss auf das gemessene Verhalten hat.

Während einer Evaluierung sollte neben einer elektronischen Last auch zur Sicherheit eine passive lineare Last wie ein Widerstand oder auch des fertige System überprüft werden. Ebenfalls bietet es sich an, bei der Dokumentation der Evaluierung anzugeben, welche Last für die jeweiligen Messungen verwendet wurde.

* Frederik Dostal arbeitet als Field Application Engineer für Power Management bei Analog Devices in München.

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