Platinen mit hohen Strömen

[Strahleman]

Danke fred123 für die genau Erklärung. So lange bin ich noch nicht im ETechnich Geschäft, dass ich mich da so genau auskenne Wenn ich dich richtig verstehe tritt bei mir wegen den niedrigen Spannungen und der hohen Ströme ein relativer Fehler auf, der von der Spannung abhängt. Je größer diese, desto kleiner wird der Fehler. Richtig?
Wie kann man denn diesen Fehler berechnen? Mich würde es schon interessieren, wie falsch ich mit der Last am Ende messe und dieses dann dementsprechend im Ergebnis vermerken.

Dem Spannungsdrift versuche ich mit einem temperaturgeregeltem Lüfter entgegenzuwirken. Wird der Präzisionswiderstand warm, dreht der Lüfter schneller, bis er wieder auf eine entsprechende Temperatur gebracht wurde. Der Rest der Schaltung bleibt aber ungekühlt (ich wüsste auch nicht, was da warm werden soll, da durch den Rest kleine Spannungen und Ströme mit max 500mA fliessen).

[fred123]

Danke fred123 für die genau Erklärung. So lange bin ich noch nicht im ETechnich Geschäft, dass ich mich da so genau auskenne Wenn ich dich richtig verstehe tritt bei mir wegen den niedrigen Spannungen und der hohen Ströme ein relativer Fehler auf, der von der Spannung abhängt. Je größer diese, desto kleiner wird der Fehler. Richtig?

Mhmm... nicht ganz.

Hast du 600V/1A/600VA = 600Ohm oder 60V/10A/600VA= 6Ohm... machen 0.1 Ohm Übergangs-/Leitungswiderstand nicht viel aus.

Bei 6V/100A/600VA=0,06Ohm kommst du zu ganz anderen Verhältnissen.

Aber noch einmal zu deiner Grundidee:

Wenn du ein Netzteil an ein Board anschließt hast du dort meist fixe Bedingungen. Leitungswiderstände sind fix (relativ) Stecker auch, Corespannungen werden direkt auf dem Board in der Nähe der Proz. erzeugt. Alles ein überschaubares Umfeld, das vom Netzteil mehr oder weniger gut beherscht werden kann.

Wenn du dem Bord jetzt Messpunkte verpasst kannst du das Verhalten verschiedener Netzteile an diesem Board bewerten.

Diese Bewertung gilt für diese Board/Netzteil kombination.

Tauscht du die Boards an einem Netzteil wirst du messen, wie sich verschiedene Boards mit diesem Netzteil vertragen.

Bis hierhin wind wir uns wohl einig )

Jetzt zu deiner Schaltung:

Wenn du, so wie du das beschrieben hast, diese Schaltung 3 x aufbaust und mit 3 verschiedenen Netzteilen jeweils deine 3 Schaltungen testet, (9 mal Messen) wirst du wahrscheinlich 9 verschiedene Daten messen.

Wenn du Leiterbahnen mit Loetzin dicklötest und nicht mechanisch präzise baust kann/wird dir passieren:

Schaltung a) bringt andere Werte wie Schaltung b) oder c) weil deine Schaltungen nicht elektrisch gleich sind!!!

Bei einer "guten" elektronischen Last muss ich mit verschiedenen Geräte einer Serie,
die Messwerte auf dem X% Niveau wiederholen können. Da liegt das Problem.

Baust du nur 1 Teil lassen sich die externen Komponenten vergleichen!

Baust du 2 oder 3 und willst dort die Messergebnisse gegenüber stellen, musst du die Schaltungen eichen, kalibrieren können. Allein schon der Anschluß des Netzteils kann, wenn du normale Stecker nimmst, bei drei Messungen verschieden ausfallen. Mal hast du 50mOhm mal 300mOhm Übergangswiderstand. Da reicht einmal anfassen der Stecker (Hautfeuchtigkeit)

Wenn du also mechanisch/elektrisch die Schaltung NICHT auf dem 1% Niveau(Nennlast) gleich bekommst, die Messfehler deiner externen Komponenten (Messgerät,A/D-Wandler, Anschlusspunkte.....) kommen noch dazu, misst du Mist!

Verstehst du? Nimm nur einmal die Leitungs- und Übergangswiderstände im Bereich 5V/50A=0,1 Ohm und lass einmal den Übergangswiderstand eines Steckers zwischen 50-200mOhm pendeln ) dann kannst du schon auf einem Blatt Papier den Ausage-Wert deiner Messung/die Messfehler ausrechnen.

Wie simulierst du die Last? Wohl Mosfets als Stromtore? In wieweit deine Mosfets voneinander abweichen weißt du auch nicht. Haben die gleiche Innenwiderstände, sind die im Temp-Drift gleich.....

Statisch ist das in die Hand zu bekommen. Du willst aber,(wenn ich das richtig verstanden habe) die dynamischen Regelungseigenschaften der Netzteile testen.

Was passiert wenn du von 1-50-20-30-5 Ampere schaltest. Misst du da die Netzteilregelung oder das Schaltverhalten der Mosfets/deiner Schaltungen?

Wie kann man denn diesen Fehler berechnen? Mich würde es schon interessieren, wie falsch ich mit der Last am Ende messe und dieses dann dementsprechend im Ergebnis vermerken.

Zu rechnen ist das einfach. Bauen ist das Problem Wie willst du mehrfach identische, gleiche Widerstände realisieren? Bei 5V/50A ist eine Leiterbahndickenschwankung um 5 % schon schlimm. 1 Schaltung kannst du so herstellen.

3x gleich bekommest du das nicht aufgebaut. Deine Übergangswiderstände deiner Komponenten schwanken. Du müsstest z.b. alle Stecker abschrauben und Lötaugen an die Kabel machen, die richtig verschrauben um auch nur annähernd gleich Anschlußqualitäten zu bekommen Ich kenne keine fexibele Verbindungstechnik die nicht um 50-100 mOhm schwankten kann. (Vielleicht bin ich da veraltet )

Da sehe ich die Probleme(

Dem Spannungsdrift versuche ich mit einem temperaturgeregeltem Lüfter entgegenzuwirken. Wird der Präzisionswiderstand warm, dreht der Lüfter schneller, bis er wieder auf eine entsprechende Temperatur gebracht wurde. Der Rest der Schaltung bleibt aber ungekühlt (ich wüsste auch nicht, was da warm werden soll, da durch den Rest kleine Spannungen und Ströme mit max 500mA fliessen).

Das versteh ich nicht? Du kühlst das Messshunt? Oder was? Wie kühlst du die Last? Die A/DWandler ...... für deine Werte????

Messgerätebau ist ganz schön tricky

Gruss der Fred

Ps. Versteh das bitte nicht falsch. Ich will dir deine Idee nicht kaputt machen. Ich versuche nur die Fehlermöglichkeiten zu beschreiben, die m.M.n in deine Messung eingehen können.

[Strahleman]

Ps. Versteh das bitte nicht falsch. Ich will dir deine Idee nicht kaputt machen. Ich versuche nur die Fehlermöglichkeiten zu beschreiben, die m.M.n in deine Messung eingehen können.

Um Gottes Willen, keinesfalls! Ich bin ja echt froh, dass du mir das so genau erklärst und auch sagst wo Messfehler auftreten werden. So weit habe ich z.B. garnicht gedacht, da ich annahm, dass man den Widerstand vernachlässigen kann, was aber anscheinend doch nciht der Fall ist. [/quote]

Aber mal ein konkretes Beispiel dazu, weil ich mir immernoch nicht vorstellen kann, dass der relative Fehler so groß wird: ich habe z.B. ein Netzteil mit 450W und lege dort sagen wir einmal 300W an um einen PC im normalen Betrieb zu simulieren. Nun messe ich die Spannung über den Zeitraum t und habe ein Diagramm, dass mir zeigt, wie stabil die Spannung ist. Wo schlägt sich der Fehler dann genau nieder? Wird die Spannung falsch ausgegeben oder liegen am Netzteil anstatt 200W eben nur 190W oder so an? Und in welcher Größenordnung sind diese Fehler? W/mW bzw. mV/uV?

Ich weiss auch, dass die Messergebnisse keinesfalls mit denen, die in den Laboren der Hersteller gemessen werden, zu 100% übereinstimmen. Mir geht es zum Großteil darum. bei den Netzteilen die echte Leistung zu messen, den Wirkungsgrad zu bestimmen und die Spannungsschwankungen zu erfassen. Letztes wird aber erst durch das Hinzufügen eines Simulators, der verschiedene Auslatungsmodi abspielt wirklich interessant (ist bereits in Planung). Können denn hier die gemessenen Werte als Richtwerte genommen werden?
Zu der Sache mit der dicken Leiterbahn: ich habe nun noch etwas Kupfer bei uns im Werkkeller gefunden, was ich wahrscheinlich zurechtsägen und dann auf die Leiterbahn rauflöten werde.
Und natürlich, eine gekaufte elektronische Last wäre natürlich das non plus ultra dafür, aber mal eben ein paar tausend Taler auf den Tresen knallen kann ich als Student leider nicht

Baust du nur 1 Teil lassen sich die externen Komponenten vergleichen!

Also es ist ja so, dass die Leistungsschienen der Last den Spannungsleitungen der Netzteile fest zugeteilt werden. Es ist nicht so, dass mal 12V an einer Schiene liegen und beim nächsten Netzteil 3.3V. Daher habe ich gedacht, dass die Ergebnisse vergleichbar sind, da ja bei jeder Messung der gleiche relative Fehler eingerechnet wird.

Das versteh ich nicht? Du kühlst das Messshunt? Oder was? Wie kühlst du die Last? Die A/DWandler ...... für deine Werte????

Achso, ich habe nun nur die Platine gemeint. Die MOSFETs und Leistungswiderstände selbst sitzen auf zwei Alu-Kühler, der mit je zwei 120mm Lüftern aktiv gekühlt wird. zusätzlich ist das Gehäuse von innen so getrennt, dass die Platinen und die Schaltelektronik von den Kühlern getrennt sind. Sozusagen zwei versch. Temperaturzonen. Außerdem sind beide Kühler nochmals in einer eigenen Zone untergebracht um effektiver gekühlt zu werden.

[fred123]

Muss jetzt weg. Sag ich heute am Abend was zu

Tschüss der fred

[fred123]

Ich fang einmal hinten an

.. ich habe nun nur die Platine gemeint. Die MOSFETs und Leistungswiderstände selbst sitzen auf zwei Alu-Kühler, der mit je zwei 120mm Lüftern aktiv gekühlt wird. zusätzlich ist das Gehäuse von innen so getrennt, dass die Platinen und die Schaltelektronik von den Kühlern getrennt sind. Sozusagen zwei versch. Temperaturzonen. Außerdem sind beide Kühler nochmals in einer eigenen Zone untergebracht um effektiver gekühlt zu werden.

Warum das? Damit schaffst du höchstens einen gleitenden Arbeitspunkt X °C über Aussentemperatur, also keinen festen Punkt!

Ich würde HEIZEN Den Arbeitspunkt der Schaltung auf ca.=>40°C legen. Damit bekommest du sicher in Mitteleuropa im Rahmen deiner Schalthysteresis gleiche Werte. Du heizt mit Fremdstrom die Kiste vor, prüfst an den kritischen Punkten die Temperatur, regelst den Heizstrom gegebenenfalls zurück und wenn der nahe 0 ist, startest du die Lüfter um Verlustwärme ab zu führen.
Ein Lüfter im Gerät (Umluft) sollte immer laufen um den Temp-Ausgleich zwischen den einzelnen Komponenten sicher zu stellen. Gut wäre auch. alle Bauteile auf den gleichen Kühler zu schrauben.

Wo genau der Arbeitspunkt liegen muss hängt von deinen Kühlkörpern und deinem Bauteilen ab.
Mit so einer Lösung hast du den Temp-Drift der Bauteile ziemlich gut erschlagen

Aber mal ein konkretes Beispiel dazu, weil ich mir immernoch nicht vorstellen kann, dass der relative Fehler so groß wird: ich habe z.B. ein Netzteil mit 450W und lege dort sagen wir einmal 300W an um einen PC im normalen Betrieb zu simulieren. Nun messe ich die Spannung über den Zeitraum t und habe ein Diagramm, dass mir zeigt, wie stabil die Spannung ist. Wo schlägt sich der Fehler dann genau nieder? Wird die Spannung falsch ausgegeben oder liegen am Netzteil anstatt 200W eben nur 190W oder so an? Und in welcher Größenordnung sind diese Fehler? W/mW bzw. mV/uV?

Geht so nicht!
Bei deinem Beispiel misst du immer richtig! Mit einem gleichmässigen Messfehler! Du hast immer eine Fehlmessung von n%

Wenn du das Netzteil jetzt absteckst und wieder ansteckst, kannst du die Werte nur per Zufall wiederholen. Ein nicht festsitzender Stecker bringt alls durcheinander
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Stell die Frage einmal anders:

Nimm einmal an, du hast 2 mal das gleiche Gerät gebaut.

Stromkreis: Stromquelle Plus, Leitung, Stecker, .... Buchse,Leiterbahn, Shunt,Leiterbahn,Mosfet,Leiterbahn,Buchse,.... Stecker, Leitung, Stromquelle Minus

Weise jetzt jedem Element in der o.a.Aufzählung einen bestimmten Widerstand zu. Zusammengezählt ist das dan der Gesammtwiderstand des Stromkreises. Ok?

Versuch 1, Gerät1: 12V/0,5A/6VA=Rges. 24 Ohm Hier kannst du vergessen ob Stecker/Buchse 50 oder 100mOhm, die Leiterbahn 30 oder 60 mOhm haben.

Wenn du 5% Genauigkeit haben willst, kannst du 1.2Ohm wechselnde Übergangs-/Leitungswiderstände verkraften.

Versuch 2,Gerät 1: Die gleiche Schaltung 12V/50A/600VA=Rges. 0,24Ohm. In diesem Fall machen wechselnde Übergangs-/Leitungswiderstände 50-150mOhm fast 25-50% des Gesamtwiderstandes aus.

Widerhole die Messungen mit Gerät 2. Die Messergebnisse müssten sich wiederholen wenn du das gleiche Lastprogramm fährst. Werden sie nicht!

Rechne das mal bei 5V/1-30A. Das wir dann noch schlimmer.

Dein Netzteil regelt, gleicht aus.... aber was?
Schankt die Spannung weil das Netzteil bilig ist oder weill deine Stromsenke/Anschlüsse/.... die Werte verändert.

Oder im Langzeitversuch: Kommen die Schwankungen vom Netzteil oder von den Temp-Schwankungen die die Heizung mit Nachtabsenkung macht/Fenster auf Fenster zu im Winter......., ist das Zittern um 21.oo Netzteilfehler oder der LKW vor dem Haus?.......

Das Problem jetzt verstanden?

Und stelle weiter einmal sicher, das zwei Geräte die du baust, die gleichen Messwerte bringen, bzw. das ein Anderer deine Ergebnisse nachvollziehen kann, wenn es sich ein gleiches Gerät baut und das selbe Netzteil testet.

Du bekommst Messwerte, aber weißt nicht, wie die Werte von deiner Schaltung beeinflusst werden. Und, erste Regel beim Messen:

Die Messung darf den Messgegenstand nur kalkulierbar (am besten gar nicht) beeinflussen!!

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Bei der 50A Variante reicht es schon, das du die Stecker ab und ansteckst, sich die Luftfeuchtigkeit ändert die Temperatur um 10 °C driftet und deine Ergebnisse fliegen aus dem Fenster

Als Faustregel: Messen darf max 1% das zu messende beienflussen. Dazu kommen auch noch alle Messfehler aller an der Messung beteiligten Komponenten.
Also Fehler deiner Stromsenke, plus Fehler der Messgeräte, plus Fehler der Steuerung für die Last, plus Temperaturdrift..........

Das gilt für draussen im Feld. Labor/Schreibtisch sollte genauer sein.

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Das was du vor hast, gibt dir m.M.n. Schätzwerte/Näherungswerte eines Netzteils. Du kannst sagen: Von den 3 Netzteilen hier auf dem Tisch scheint Netzteil 2 für mich geeignet.

Kannst aber nicht öffendlich oder in einer Hausarbeit schreiben: Netzteil 1 ist besser als Netzteil 2 oder 3, weil du es nicht mehr nachvollziehen/ beweisen kannst und es kein anderer nachprüfen kann.

Und die kennst die gute alte Regel in der Wissenschaft. Traue nie den Werten eines Anderen, noch weniger deinen eigenen Miss nach!

Gruesse der Fred

[fraja]

Hallo zusammen,

sorry das ich mich einmische, aber ist der Strom, der durch Platine, Shunt, ... und Stecker fließt nicht überall gleich?! Wenn man also die Spannung und den Strom über die Zeit t aufzeichnet, hat man doch alle Messwerte, die man braucht (Temperaturdrift des Shunts mal nicht eingerechnet). Um alle anderen Seiteneffekte wie Temperaturdrift, Übergangswiderstand usw. auszuschließen, sollte es reichen den Spannungsabfall am Shunt durch eine Regelung (mit µC oder ähnliches) konstant zu halten. Und dann bestimmt nur noch die Genauigkeit des Shunts und die der Meßgeräte das Ergebnis!

Gruß

Frank

[fred123]

Hallo zusammen,

sorry das ich mich einmische, aber ist der Strom, der durch Platine, Shunt, ... und Stecker fließt nicht überall gleich?! Wenn man also die Spannung und den Strom über die Zeit t aufzeichnet, hat man doch alle Messwerte, die man braucht (Temperaturdrift des Shunts mal nicht eingerechnet). Um alle anderen Seiteneffekte wie Temperaturdrift, Übergangswiderstand usw. auszuschließen, sollte es reichen den Spannungsabfall am Shunt durch eine Regelung (mit µC oder ähnliches) konstant zu halten. Und dann bestimmt nur noch die Genauigkeit des Shunts und die der Meßgeräte das Ergebnis!

Gruß

Frank

Ja! Für eine Messung trifft das zu. Nur Wiederholen kannst du sie nicht und erst recht nicht 2 Messungen von 2 Netzgeräten vergleichen.

Gruss der fred

[fraja]

Ähhhm, versteh ich nicht. Warum sollte das nur für eine Messung zutreffen. Wenn die Last so eingestellt ist, das ein definierter konstanter Strom fließt, warum sollte sich das Netzteil bei einer zweiten Messung anderes verhalten? Oder steh ich gerade irgendwie auf der Leitung?

Gruß,

Frank

[Strahleman]

Geht so nicht!
Bei deinem Beispiel misst du immer richtig! Mit einem gleichmässigen Messfehler! Du hast immer eine Fehlmessung von n%

Wenn du das Netzteil jetzt absteckst und wieder ansteckst, kannst du die Werte nur per Zufall wiederholen. Ein nicht festsitzender Stecker bringt alls durcheinander

Aber das müssten doch dann auch die Netzteilhersteller haben, die ihre Netzteile testen, da sie für ihre Tests auch normale Molex-Stecker verwenden und keine speziellen Stecker.
Ich habe bisher leider auch immernoch keinen Schimmer wie groß dieser Messfehler in % sein wird, den ich mit meinem Messgerät zwangsweise mitmesse. Sind es minimale Abweichungen oder doch gewaltige (umdie 1V)?

@fraja: Genau das habe ich auch gedacht. Wenn ich ein Messgerät habe und an das verschiedene Netzteile immer gleich anschliesse, wird doch überall der Messfehler mitgemessen und gleicht sich somit wieder aus. Dachte ich zumindest
Ich glaube, es verhält sich anders, da minimale Abweichungen der Kontakte, Temperaturabweichungen etc. mit in die Messung einfliessen. Aber seien wir doch mal ehrlich - die Netzteile werden doch so auch "normal" in einem PC ohne Laborbedingungen eingebaut und verwendet, warum sollte man dann Netzteile unter Laborbedingungen testen, wenn Labor und Arbeitszimmer zwei komplett unterschiedliche Werte bringen?

[fraja]

Hi,

fred123 hat schon recht, das sich die Meßbedingungen bei jeder Messung ändern (Temperatur, Übergangswiderstände ..uvm). Aber genau diese Widerstandsschwankungen sollten sich doch mit dem MOSFET durch eine Regelung korrigieren lassen.
@Strahlemann: Sollen die Meßwerte automatisch erfasst werden, oder willst Du mit einem Multimeter messen?

Gruß,

Frank