Spannungsversorgungen testen: Wie der Messaufbau die Messung beeinflusst

Beim Entwurf einer Spannungsversorgung muss diese intensiv geprüft werden. Dafür sind Messungen an der Hardware unabdingbar. Natürlich können sich bei solchen Messungen Fehler einschleichen. In diesem Power-Tipp wollen wir uns den Einfluss der Verbindungsleitung zwischen der zu testenden Spannungsversorgung und der Last ansehen.

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Wenn schnell eine Platine im Labor angeschlossen wird, sieht der Aufbau häufig aus wie in Bild 1. Hier ist eine lange Verbindungsleitung zu sehen, die die zu testende Spannungsversorgung mit einer elektrischen Last (rechts im Bild) verbindet. Die beiden Leitungen liegen willkürlich auf dem Labortisch und umschließen eine relativ große Fläche.

Der Aufbau in Bild 2 ist viel „ordentlicher“ ausgeführt. Hier sind die beiden Verbindungsleitungen miteinander verdrillt, damit möglichst wenig Fläche im Stromkreis umschlossen wird. In der Theorie soll dies die parasitäre Induktivität der Verbindungsleitung zwischen zu testender Spannungsversorgung und Last verringern. Soviel zur Theorie. Welchen Einfluss hat aber der unterschiedliche Aufbau von Bild 1 und Bild 2 auf die Messungen wirklich in der Praxis?

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Hierfür schließen wir ein Evaluierungsboard (ADP2386), einen Abwärtswandler für einen Ausgangsstrom bis 6 A auf die beiden unterschiedlichen Arten an, wie in Bild 1 und Bild 2 gezeigt, und messen die Ausgangsspannung bei Lasttransienten. Damit wollen wir untersuchen, welchen Einfluss eine optimierte Lage der Verbindungsleitung wirklich hat.

Der ADP2386 wandelt im Beispiel die Versorgungsspannung von 5 V auf eine Ausgangsspannung von 3,3 V. Die Lasttransiente wird mit einer elektronischen Last erzeugt und schaltet von 10 mA auf 4 A innerhalb von ca. 30 µs. Die Verbindungsleitung ist in beiden Fällen 1 m lang.

Bild 3 zeigt den Spannungsüberschwinger der AC-gekoppelten Ausgangsspannung bei der Lasttransiente mit dem Messaufbau nach Bild 1. Der Spitzenwert liegt bei ca. 103 mV. Im Vergleich dazu ist in Bild 4 die Messung mit einer ‚ordentlich‘ verdrillten Verbindungsleitung aus Bild 2 zu sehen. Hier beträgt der Spannungsüberschwinger an der Ausgangsspannung nur ca. 96 mV. Das entspricht einer Veränderung von ca. 7 mV, die dem Einfluss der ordentlich angeordneten Leitung von ca. 7% bei diesem Lasttransienten-Test entspricht. Das Beispiel zeigt deutlich, dass ein durchdachter, sorgfältig gestalteter Messaufbau wesentlich genauere Ergebnisse liefert.

Neben der geometrischen Anordnung der Verbindungsleitung zwischen der zu testenden Spannungsversorgung und der Last ist die Länge des Kabels und die jeweilige Anschlussart, also Klipse wie in diesem Beispiel oder eine Lötverbindung, ebenfalls wichtig. Eine kürzere Leitung zeigt weniger parasitäre Induktivität und beeinflusst das Ergebnis eines Lasttransiententests weniger. Es sollte also immer eine möglichst kurze Anschlussleitung verwendet werden.

Fazit: Wir können also festhalten, dass ordentlich miteinander verdrillte Leitungen sehr wohl einen Einfluss auf Messergebnisse haben und somit der zusätzliche Aufwand für ein Verdrillen der Leitungen bei Messaufbauten gerechtfertigt ist.

Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 20/2019 (Download PDF)

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

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