Sichere Fehlersuche bei eingebetteten Netzteilen

Eingebettete Netzteile kombinieren die Komponenten von herkömmlichen Netzteilen mit mehreren Sensoren, Verarbeitungs- und Steuerlogik sowie digitalen Kommunikationsschnittstellen. Bei Prüfmitteln sind zur Fehlersuche galvanisch getrennte Eingangskanäle erforderlich, um gefährliche Spannungen zu messen. Zusätzliche digitale Kanäle unterstützen die Analyse von digitalen Signalen, während die Fähigkeiten zum Triggern und Dekodieren wesentlich für eine zeitkorrelierte Überwachung von seriellen, protokollbasierten Kommunikationsschnittstellen sind.

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Ihre Anforderung

Den Betrieb eines eingebetteten AC/DC-Netzteils evaluieren, das aus zwei programmierbaren Wandlern aufgebaut ist. Die Eingangs- und Ausgangssignale zeitkorreliert mit der protokollbasierten Programmierung und Steuerschnittstelle überwachen, während das Netzteil eingeschaltet ist.

Messtechnische Lösung

Das tragbare, digitale Oszilloskop R&S®Scope Rider vereint die Vorteile eines isolierten Handheld-Oszilloskops mit der Funktionalität, die man sonst nur von modernen Laboroszilloskopen kennt.

Jeder galvanisch getrennte Eingangskanal verfügt über bis zu 500 MHz Bandbreite, sodass Messungen in Umgebungen bis zu CAT IV 600 V/CAT III 1000 V möglich sind.

R&S®Scope Rider zeichnet sich aufgrund der acht digitalen Kanäle (MSO) und zahlreichen Optionen zur Protokolltriggerung und -dekodierung (z. B. I2C oder UART) auch durch seine Fähigkeiten zur Logik- und Protokollanalyse aus.

Mit der hohen Abtastrate von max. 5 Gsample/s können Sie Signaldetails wie schnelle Übergänge mit hoher Auflösung analysieren. Die schnelle Aktualisierungsrate von 50.000 Wellenformen/s erfasst rasch seltene Signalereignisse. Die Bedienung geschieht über einen kapazitiven Touchscreen, der die intuitive Verwendung des Geräts unterstützt.

Applikation

Eingebettete Netzteile

Der Bedarf an effizienteren Netzteilen wächst ständig. Er wird durch Mobilfunkapplikationen, bei denen es auf die Akkulaufzeit ankommt, und Hochleistungsanwendungen der Industrie oder durch Applikationen zur Datenspeicherung angetrieben, bei denen wechselnde Leistungsanforderungen schnell umgesetzt werden müssen oder eine hohe Zuverlässigkeit sichergestellt werden muss.

Zu eingebetteten Netzteilen gehören herkömmliche AC/DC- oder DC/DC-Wandler sowie Komponenten zur digitalen Überwachung, Verarbeitung und Kommunikation. Das Hauptsystem kann mit dem eingebetteten Netzteil kommunizieren, um Parameter zu setzen und anzupassen oder um kritische Größen wie Temperatur oder Überlast zu überwachen.

Der PMBus ist die gängige Kommunikationsschnittstelle für eingebettete Netzteile und basiert auf der Bitübertragungsschicht einer Zweidraht-I2C-Kommunikationsschnittstelle.

Evaluierung eines eingebetteten AC/DC-Netzteils

Im folgenden Beispiel werden zwei 500 W AC/DC-Hochleistungs-Wandlermodule zu einem Netzteil vereint. Beide Module verfügen über unabhängige, digitale Steuersysteme mit dem PMBus-Protokoll als Kommunikationsschnittstelle, das auf dem Standard-I2C-Bus basiert. Da beide Module eine eigene I2C-Adresse besitzen, lassen sich dedizierte PMBus-Befehle an jedes einzelne Modul senden. Damit kann man die Wandlermodule aus der Ferne konfigurieren einschließlich Eingangs- und Ausgangsspannungen, Stromaufteilung oder maximaler Ausgangsleistung. Eine detaillierte Überwachung des gesamten Netzteils ist ebenso möglich.

In einem ersten Evaluierungsschritt wird das Einschaltverhalten des Netzteils analysiert. Das Netzteil wird über den I2C-Datenwert 80 h eingeschaltet. Zur Evaluierung müssen der Wandlereingang mit 230 V AC, zwei Ausgänge mit +5,0 V und +12,0 V sowie das Power-Good-Signal zeitkorreliert mit dem I2C-Programmierbefehl überwacht werden

Messaufbau mit R&S®Scope Rider

Für die angegebenen Messungen werden die Eingangskanäle des R&S®Scope Rider an die Eingänge und Ausgänge des Netzteils und an das Power-Good-Signal angeschlossen. Die galvanisch getrennten Kanäle des R&S®Scope Rider sind wichtig, um den Benutzer vor der gefährlichen Netzspannung zu schützen, wenn an der Primärseite des AC/DC-Wandlers gemessen wird. Zwei digitale Kanäle der Option MSO des R&S®Scope Rider werden an die I2C-Takt- und Datensignale (I2C_SCL und I2C_SDA) angeschlossen und konfiguriert.

Die Dekodierung des I2C-Protokolls wird anschließend für die beiden digitalen Kanäle eingerichtet

Bei der eigentlichen Messung wird das Trigger-Ereignis "Start" für die I2C-Nachricht gewählt. Ausgerüstet mit einem Trigger-Modus "Single", antwortet R&S®Scope Rider auf den vom Benutzer ausgelösten I2C-Befehl und erfasst die Anlaufsequenz des Netzteils, wie die Screenshots unten zeigen.

Die Screenshots zeigen die Rampe von zwei Ausgangsspannungen und das Power-Good-Signal, das die Betriebsbereitschaft des Netzteils signalisiert. Weitere Größen, beispielsweise die Zeitverzögerung der einzelnen Ausgangsrampen relativ zum I2C-Befehl, lassen sich mit den Cursorn oder mit automatisierten Messungen nachvollziehen.

Fazit

Das tragbare, digitale Oszilloskop R&S®Scope Rider zeichnet sich durch überlegene Performance bei höchsten Sicherheitsstandards aus, die mit Funktionalitäten eines Laborgeräts wie MSO und Optionen zur Triggerung und Dekodierung von Protokollen kombiniert werden.

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