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Grundlagen Welligkeitsmessungen an Schaltregler-Stromversorgungen

Autor Kristin Rinortner

Messungen an Stromversorgungen sind eine Kunst für sich. Der Beitrag zeigt, was man alles falsch machen kann bzw. worauf man für eine exakte Welligkeitsmessung achten sollte.

Welligkeitsmessungen an Schaltregler-Stromversorgungen
Welligkeitsmessungen an Schaltregler-Stromversorgungen
(Quelle: Redaktion Elektronikpraxis)
Messungen an Stromversorgungen sind eine Kunst für sich. Bild 1 zeigt ein Beispiel, bei dem ein frischgebackener Ingenieur mal eben schnell ein Oszilloskop angeschlossen und so ziemlich alles falsch gemacht hat.
Bild 1: Unsachgemäße Welligkeitsmessungen führen zu schlechten Ergebnissen Bild 1: Unsachgemäße Welligkeitsmessungen führen zu schlechten Ergebnissen

Sein erster Fehler bestand darin, einen Tastkopf mit einer langen Masseleitung zu verwenden. Der nächste Fehler war, dass er die aus Tastkopf und Masseleitung gebildete Schleife ausgerechnet in der Nähe des Leistungstransformators und der Schaltelemente positioniert hat. Und schließlich hat er noch eine zusätzliche Induktivität zwischen dem Tastkopf und dem Ausgangskondensator wirksam werden lassen.

Das Problem ist, dass dadurch hochfrequente Störungen eingekoppelt werden, die in dem stark welligen Signaldiagramm zu erkennen sind. Innerhalb der Stromversorgung entstehen zahlreiche schnelle Großsignalspannungen und -ströme, die sehr leicht in den Tastkopf eingekoppelt werden können.

Dies kann durch Magnetfeldkopplung vom Leistungstransformator, durch Einkopplung elektrischer Felder von den Schaltknotenpunkten und durch Gleichtaktströme, die aufgrund der Kapazität zwischen den Transformatorwicklungen entstehen, bewirkt werden.

Die Welligkeitsmessung lässt sich mithilfe einer sachgerechteren Messtechnik wesentlich verbessern. Erstens wird die Welligkeit üblicherweise mit einer Bandbreitenbegrenzung angegeben, um die Einstreuung hochfrequenter Störungen auszuschließen, die in Wirklichkeit nicht vorhanden sind. Das für die Messung verwendete Oszilloskop sollte deshalb auf die entsprechende Bandbreitenbegrenzung eingestellt sein.

Bild 2: Vier simple Änderungen verbessern die Messung dramatisch Bild 2: Vier simple Änderungen verbessern die Messung dramatisch

Zweitens lässt sich die Antennenwirkung aufgrund der langen Massezuleitung eliminieren, indem die Prüfspitze des Tastkopfes abgenommen und eine Tastspitze wie in Bild 2 gebildet wird.

Dabei wird ein kurzes Stück Draht um den Masseanschluss des Tastkopfes gewickelt und zum Herstellen der Masseverbindung zur Stromversorgung verwendet. Dies bietet den zusätzlichen Vorteil, dass sich die Länge der Prüfspitze verringert, die der hohen elektromagnetischen Strahlung nahe der Stromversorgung ausgesetzt ist, so dass sich die Einstreuung von Störsignalen weiter verringert.

Schließlich entstehen in isolierten Stromversorgungen erhebliche Gleichtaktströme, die in der Massezuleitung des Tastkopfes fließen können. Dadurch kommt es zwischen dem Masseanschluss der Stromversorgung und dem des Oszilloskops zu einem Spannungsabfall, der sich als Welligkeit bemerkbar macht. Um dem entgegenzuwirken, sollte man bei der Entwicklung der Stromversorgung besondere Aufmerksamkeit auf die Gleichtaktfilterung verwenden.

Von Robert Kollman, Texas Instruments.

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