Serien- und Parallelbetrieb verstehen

Autor: Paul Denisowski, Messtechnikexperte

Im Folgenden wird erläutert, wie mehrere Netzgerätekanäle in Serie oder parallel geschaltet werden können, um eine höhere maximale Ausgangsspannung oder Stromstärke zu erzielen.

Viele DC-Tischnetzgeräte verfügen über mehrere Kanäle, die in den meisten Fällen unabhängig voneinander für die Stromversorgung einzelner Geräte oder Lasten verwendet werden. Oft ist es aber auch möglich, die Ausgänge mehrerer Netzgerätekanäle zu kombinieren, um eine höhere Ausgangsspannung oder Stromstärke zu erzielen als mit nur einem Kanal.

Die einzige Voraussetzung für eine solche Kombination von Kanälen ist, dass die Kanäle potentialfrei und galvanisch getrennt sind:

Potentialfrei: Die Kanäle sind nicht mit der gemeinsamen Gerätemasse verbunden
Galvanisch getrennt: Die Kanäle sind unabhängig voneinander, es fließt kein Strom zwischen ihnen

Es gibt zwei Möglichkeiten zur Kombination der Kanäle eines Netzgeräts. Werden die Kanäle in Serie geschaltet, werden höhere Spannungen möglich. Werden die Kanäle parallel geschaltet, werden höhere Stromstärken möglich.Diese Verbindungen werden in der Regel extern hergestellt, in manchen Fällen aber auch innerhalb des Netzgeräts selbst.

Serienbetrieb mit DC-Tischnetzgeräten

Bei der Serienschaltung werden Kanäle kombiniert, um höhere Spannungen zu erzeugen, als dies mit einem einzelnen Kanal möglich wäre. In diesem Beispiel sind vier Kanäle mit einer konfigurierten Ausgangsspannung von jeweils 25 V in Serie geschaltet. Es resultiert eine kombinierte Ausgangsspannung von 100 V.

Beachten Sie, dass die Kanäle nicht alle die gleiche Spannung haben müssen.

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Beachten Sie, dass die Kanäle nicht alle die gleiche Spannung haben müssen.

Bei der Serienschaltung von Kanälen zur Erzielung höherer Spannungen muss jedoch sichergestellt werden, dass die maximale Spannung gegen Masse bei keinem Kanal überschritten wird. Diese maximale Kanalspannung ist in der Regel höher als die maximale Ausgangsspannung, aber unterliegt dennoch einer Begrenzung.

Mit der Tracking-Funktion können Spannung und Strom auf allen ausgewählten Kanälen gleichzeitig variiert werden.

1. Dieser Netzgerätekanal kann beispielsweise bis zu 64 V auf einem einzelnen Kanal erzeugen, und die maximale Spannung gegen Masse beträgt 250 V. Wenn der Minuspol mit Masse verbunden und die maximale Ausgangsspannung eingestellt ist, ergibt sich für den Kanal eine Spannung gegen Masse von 64 V.

2. Wenn stattdessen eine Spannungsquelle mit 36 V in Serie an den Minuspol dieses Kanals angeschlossen ist, erreicht die Kanalspannung gegen Masse 100 V und liegt damit also immer noch unterhalb des 250-V-Grenzwerts.

3. Würde die in Serie geschaltete Eingangsspannung dieses Kanals auf 200 V erhöht, würde die Kanalspannung gegen Masse 264 V betragen und damit die maximale Spannung von 250 V überschreiten. Dies könnte Schäden verursachen oder eine gefährliche Situation entstehen lassen.

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Parallelbetrieb mit DC-Tischnetzgeräten

Der Parallelbetrieb wird zur Erzeugung höherer Ströme eingesetzt. In diesem Beispiel sind vier Kanäle auf 2 V eingestellt, aber jeder Kanal kann nur bis zu 10 A liefern. Die Parallelschaltung dieser Kanäle ergibt immer noch nur 2 V über der Last, aber die kombinierten Kanäle können nun bis zu 40 A durch die Last schicken.

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Für den Parallelbetrieb im Konstantspannungsmodus und den Serienbetrieb im Konstantstrommodus müssen bei der Konfiguration der Kanäle bestimmte Regeln beachtet werden, um Leistung, Spannung und Strom sinnvoll auf die Kanäle zu verteilen. Das R&S®NGA102und R&S®NGA102Netzgerät unterstützen die Kanalzusammenschaltung oder Channel Fusion. Mit der seriellen oder parallelen Kanalzusammenschaltung agiert das Gerät wie ein Einkanal-Netzgerät, bietet aber den doppelten Spannungs- bzw. Strombereich. Im Serienmodus werden die Ausgänge intern verbunden, während der Parallelmodus eine externe Verdrahtung erfordert.

Zusammenfassung

Für jeden Kanal eines Netzgeräts ist eine maximale Ausgangsspannung und ein maximaler Strom spezifiziert.
Um höhere Spannungen oder Ströme zu erhalten, können mehrere Netzgerätekanäle kombiniert werden.
- Durch Serienschaltung lässt sich die maximal erreichbare Ausgangsspannung erhöhen
- Durch Parallelschaltung lässt sich der maximale Ausgangsstrom erhöhen
Bei der Serienschaltung muss sichergestellt werden, dass die maximale Spannung gegen Masse jedes Kanals nicht überschritten wird.

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