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Wie Sie unterschiedliche Spannungen einfach überwachen

| Autor / Redakteur: Frederik Dostal * / Kristin Rinortner

(Bild: Sabina Ehnert)

Moderne Elektronik benötigt viele unterschiedliche Spannungen für analoge und digitale Signale. Diese Spannungen müssen überwacht werden. In diesem Power-Tipp stellen wir eine digitale Steuerung für die Überwachung eines Spannungsversorgungssystems vor, das über eine grafische Benutzeroberfläche einfach zu bedienen ist.

Sogenannte „Supervisories“ sind kleine Bausteine, welche mit einer eigenen Spannungsreferenz eine Versorgungsspannung in einem elektronischen System überwachen können. Wenn die überwachte Spannung höher oder niedriger als ein eingestellter Wert liegt, wird ein Alarm gegeben und das System kann sich nach einem festgelegten Muster verhalten. Solche Bausteine werden seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt.

Moderne Elektronik erfordert häufig sehr viele unterschiedliche Spannungen: Einige Spannungen für analoge, weitere für digitale Schaltungen. Für eine zuverlässige Überwachung wären hier etliche Supervisory ICs notwendig. Bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Spannungen stellt sich auch die Frage, ob eine gewisse Ablaufsteuerung (sequencing), also ein geordnetes Ansteigen und Abfallen der einzelnen Spannungen, implementiert werden soll. Ein entsprechendes Überwachungssystem wird durchaus komplex und aufwändig.

Um das Überwachen von Spannungen zu vereinfachen, gibt es umfassende digitale Lösungen, welche mit einer einfach zu bedienenden grafischen Benutzeroberfläche (GUI) bedient werden können. LTpowerPlay ist ein Beispiel hierfür.

In Bild 1 ist ein Systemaufbau dargestellt, welcher zeigt, wie beliebige analoge DC/DC Wandler an das digitale Regelsystem angeschlossen werden können. Es gibt Überwachungsbausteine, wie den dargestellten LTC2977, die über einen PMBus angesteuert und programmiert werden können. Dies erfolgt über eine USB-Schnittstelle mit einem Computer oder auch im Feld von einem eventuell vorhandenen Mikrocontroller. Der Überwachungsbaustein funktioniert ebenfalls autark, ohne digitale Verbindung, solange er einmal eingestellt wurde.

Mögliche Funktionen sind das kontrollierte Ein- und Abschalten eines DC/DC Wandlers. Dadurch kann eine spezielle Ablaufsteuerung eingehalten werden. Die eingestellten Ausgangsspannungen der DC/DC Wandler können dynamisch verändert werden. Dies kann auch dazu verwendet werden, um die jeweils erzeugte Spannung genauer einzustellen. Hierfür wird die jeweilige Ausgangsspannung gemessen, danach wird über einen Anschluss am jeweiligen Feedback-Pin ein Strom eingeprägt, welcher die vom DC/DC Wandler erzeugte Spannung verändert. Bei Bedarf ist auch über einen zusätzlichen Shunt eine Strommessung möglich.

Bild 2 zeigt das kostenfreie Software-Tool LTpowerPlay. Es wird auf einem Computer installiert und kann mit einem USB-Interface direkt mit dem digitalen PMBus-Anschluss des LTC2977 oder mit einem anderen der vielen PSM(Power System Management)-Bausteine kommunizieren. Es stehen etliche DC/DC Wandler zur Verfügung, die einen eigenen PMBus-Anschluss besitzen. Diese können direkt mit dem PMBus verbunden werden und sind dann ebenfalls mit der Software steuerbar.

In Bild 2 ist die Darstellung von gemessenen Parametern in einem einfach zu bedienenden Armaturenbrett gezeigt.

Wenn es nötig ist, viele unterschiedliche Spannungen zu überwachen, kann es schnell komplex und unübersichtlich werden. Darum ist es wichtig, dass mithilfe einer Einstell- und Überwachungssoftware ein guter Überblick bewahrt wird. Sollte es an einer erzeugten Spannung einen Fehler geben, werden die letzten überwachten Werte in ein EEPROM gespeichert, sodass später ausgewertet werden kann, an welcher Stelle es Probleme gab. Dies ist bei Rückläufern aus dem Feld sehr hilfreich bei der Fehlersuche. Außerdem können Gerätefamilien durch diese Informationen verbessert werden.

Die digitale Steuerung und Überwachung eines Spannungsversorgungssystems ist bei unterschiedlichen Anwendungen sinnvoll und eröffnet viele Möglichkeiten, die mit reinen analogen Signalen nur sehr aufwändig generiert werden können.

* Frederik Dostal arbeitet im Technischen Management für Power Management in Industrieanwendungen bei Analog Devices in München.

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