Einen DC-DC-Wandler für Fahrzeugmodule flexibel testen

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Keysight Technologies Deutschland GmbH

Die Simulation einer passiven Last

Bei einem Start-Stopp-System werden passive Lasten genutzt, um angeschlossene elektronische Lasten zu simulieren. Einige DC-DC-Wandler besitzen mehrere Ein- und Ausgänge, um an die jeweiligen Verbraucher unterschiedliche Lastpegel liefern zu können. Daher ist eine Matrix-/Umschalterlösung gefragt, die in der Lage ist diese Lasten zu handhaben und auch die Flexibilität aufbringt diese Lasten an unterschiedliche Ausgänge zu schalten. Gleichzeitig muss das Messsystem auch entsprechend genau messen.

Aus diesem Grund bietet Keysight verschiedene Multiplexer- und Schalter-Karten, welche die Anforderungen aus dem Automobilbereich wie Strommessung, Rückschlag-Sicherung, Pull-up- und Pull-Down-Lasten, Brückenlasten, und Lasten im Multiplex-Betrieb erfüllen. Die Karte U7178A für acht Kanäle eignet sich dann, wenn Lasten bis 40 A zu schalten sind. Die Karte hat eine Überstromsicherung, für den Fall, dass bei der ECU eine Fehlfunktion auftritt. Für geringere Standby, Leckströme oder Leistungen sind die 16-Kanal-Multiplexer N9377A vorzuziehen.

Der Wirkleistungsfaktor wird nach der Formel berechnet und bezieht sich auf den Eingang und Ausgang des jeweils zu untersuchenden Moduls. Die Leistung berechnet sich aus dem Produkt von Spannung und Strom, wobei für die Wirkleistung diese beiden Größen gleichphasig sein müssen.

Was beim messen des Strom zu beachten ist

Bei Gleichspannungsverhältnissen und im eingeschwungenen Zustand, wenn zum Moment der Messung nicht geschalten wird, lassen sich Spannung und Strom mit einem Digitalmultimeter messen. Beim messen des Stroms ist zu beachten: die Messwerte können von mA bis einigen 100 A reichen.

Sollen große Stromstärken ermittelt werden, kommen Stromzangen zum Einsatz. Diese müssen entmagnetisiert und auf Null geeicht werden. Auch Shunt-Widerstände sind möglich. Allerdings sind Shunt-Widerstände und das Bestimmen der Widerstände nicht einfach. Für Wirkleistungs und Wirkungsgrad empfiehlt sich der Leistungsanalysator PA2201A.

Eine weitere Möglichkeit sind die Lastkarten U7178A und N9377A. Das Modell U7178A bietet acht Kanäle, einen Stromwandler mit einem Übersetzungsverhältnis von 2000:1 und einen Präzisionswiderstand von 100 Ohm für differenzielle Messungen. Das Modul N9377A verfügt über einen Messwiderstand von 50 mOhm. Der differenzielle Spannungsunterscheid zwischen den beiden Widerstandsseiten kann dann mit einem PXI-Multimetermodul M9182A über die Matrixkarten E8792A oder E8782A gemessen werden. Über die Matrixkarten können die Messeingänge des Digitalmultimeters auf die Lastkarten mit ihren Messwiderständen geschaltet werden.

Die Ausgangsspannung im stabilen Zustand messen

Die Ausgangsstabilität des DC-DC-Wandlers muss auf Funktion überprüft werden. Das dynamische, im Messsystem enthaltene, Netzgerät ist programmiert, um nacheinander unterschiedliche Spannungseinbrüche und unterschiedliche Spannungspegel zu simulieren, wobei am Ausgang des DC-DC-Wandlers die jeweiligen Ausgangsspannungen im stabilisierten Zustand gemessen werden. Der Wirkungsfaktor wird im Rechner berechnet. Für den Verlauf der Ausgangsspannung wird ein Digitalisierer benötigt, um den Spannungsverlauf während der aktiven Phase des DC-DC-Wandlers, seines Einschwingverhaltens und den Wechsel zum inaktiven Modus aufzunehmen und unter den unterschiedlichen Eingangsspannungspegeln aufzunehmen. Damit lassen sich die Anstiegsraten und Abfallraten in V/s verifizieren. Hat der DC-DC-Wandler mehrere Ausgänge, so sind mehrere Digitalisierer notwendig. Bild 3 zeigt schematisch einen Ausgang des DC-DC-Wandlers.

Der Digitalisierer M9217A hat zwei voneinander isolierte Eingänge, um mit einer Abtastrate von 20 MSa/s simultane Spannungen zu messen. Es sind keine Eingangsabschwächer nötig. Für DC-DC-Wandler mit mehreren Ausgängen können weitere Module eingesetzt werden, die mit einem externen PXI-Trigger verbunden sind. Der Digitalisierer unterstützt PXI- und PXIe-Systeme.

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