R&S®Essentials | Grundlagen von Netzgeräten

Derating-Kurven verstehen

Autor: Paul Denisowski, Messtechnikexperte

Im Folgenden finden Sie eine Erläuterung, was die Derating-Kurve eines Netzgeräts ist und wie man sie interpretiert.

Tischnetzgeräte sind durch drei wichtige Spezifikationen charakterisiert: die maximale Ausgangsspannung (in Volt), den maximalen Ausgangsstrom (in Ampere) und die maximale Ausgangsleistung (in Watt).Diese Werte werden normalerweise sowohl bei Einkanal- als auch Mehrkanal-Netzgeräten für einen einzelnen Kanal angegeben.

Zum Betrieb eines Tischnetzgeräts stellt der Benutzer normalerweise zwei Werte ein – die gewünschte Ausgangsspannung und die Ausgangsstrombegrenzung, also den maximalen Strom, den das Netzgerät liefern darf. Die Ausgangsstrombegrenzung wird in der Regel aus Sicherheitsgründen und/oder zum Schutz des Prüflings konfiguriert. Die Ausgangsleistung ist das Produkt der eingestellten Ausgangsspannung und des von der Last aufgenommenen Stroms (P = V * I).

Wozu dienen Derating-Kurven?

Wenn sowohl die Spannung als auch der Strom variabel sind, kann eine bestimmte Ausgangsleistung aus mathematischer Sicht auf mehr als eine Weise hergestellt werden. So kann eine Leistung von beispielsweise 40 W mit 40 V und 1 A, 20 V und 2 A oder auch 100 V und 0,4 A erzeugt werden.

In der Praxis können Netzgeräte jedoch keine beliebig hohen Spannungen und Ströme produzieren. Oft ist der maximale Strom der begrenzende Faktor. Ein 40-W-Netzgerät zu entwickeln, das bei 40 V einen Strom von 1 A liefert, ist zum Beispiel nicht weiter schwierig. Soll dagegen ein Strom von 40 A bei 1 V erzeugt werden, ist der technische Aufwand deutlich höher.

Zudem stehen möglicherweise nur bestimmte Kombinationen von Spannung und Strom zur Verfügung, um eine maximale Ausgangsleistung von 40 W zu erreichen.

Da die Spannung und der Strom eine große Zahl von benutzerdefinierten Werten annehmen können, wäre es schwierig, sämtliche möglichen Kombinationen als Tabelle darzustellen. Daher werden diese Daten in der Regel grafisch dargestellt.

Was ist eine Derating-Kurve?

Derating-Kurvenstellen die von einem Netzgerät unterstützten Spannungs- und Stromkombinationen in Diagrammform dar. Unten sehen Sie ein Beispiel einer typischen Derating-Kurve für ein 160-W-Netzgerät.

Jede Kombination von Spannung und Strom, die auf oder unter diese Kurve fällt (in den farbigen Bereich), wird vom Netzgerät unterstützt. Sie finden die Derating-Kurve in der Regel in den Spezifikationen des Netzgeräts, im Handbuch oder auf der Website des Herstellers. Es empfiehlt sich, vor der Inbetriebnahme eines Netzgeräts die Derating-Kurve zu prüfen, damit sichergestellt ist, dass die gewünschten Kombinationen von Spannung, Strom und Leistung unterstützt werden.

Wie interpretiert man eine Derating-Kurve?

Unten finden Sie ein Beispiel für eine klassische Derating-Kurve. Dieses Netzgerät verfügt über eine maximale Leistung von 160 W, einen maximalen Strom von 10 A und eine maximale Spannung von 30 V. Es ist zu beachten, dass bei den meisten Netzgeräten die maximale Ausgangsleistung nicht gleich dem Produkt von maximaler Spannung und maximalem Strom ist.

Eine klassische Derating-Kurve umfasst normalerweise einen hyperbelförmigen Abschnitt. Hierbei handelt es sich um dieMaximalleistungskurve. Wie der Name andeutet, ergeben alle Punkte – d. h. Kombinationen von Spannung und Strom – auf diesem Kurvenabschnitt die maximale Ausgangsleistung, in diesem Fall 160 W.

Obwohl viele Netzgeräte „klassische“ Derating-Kurven ähnlich der obigen aufweisen, sind auch andere Derating-Kurvenformen möglich. Im folgenden Beispiel hat das Netzgerät eine maximale Ausgangsleistung von 40 W und anstelle einer Kurve sehen wir eine Maximalleistungslinie.

Wie zuvor wird die maximale Ausgangsleistung erreicht, wenn die Kombination von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom auf diese Linie fällt, wie in den Beispielen gezeigt.

Autoranging: FlexPower

Elementare Netzgeräte arbeiten oft nur in einem einzigen Bereich. Solche Einbereichsnetzgeräteliefern die maximale Leistung Pmax nur bei der maximalen Nennspannung Vmax und dem maximalen Nennstrom Imax. Das linke Diagramm in der Abbildung unten zeigt die Ausgangscharakteristik eines Einbereichsnetzgeräts. Mehrbereichsnetzgeräte haben einen größeren Ausgangsspannungs- und -strombereich. Das mittlere Diagramm zeigt ein Netzgerät mit zwei Bereichen. Diese Netzgeräte erzeugen bei gleicher maximaler Leistung eine viel höhere Vmax bzw. Imax als ein Einbereichsnetzgerät. Die Leistung Pmax lässt sich jeweils mit zwei unterschiedlichen Werten für Spannung und Strom realisieren. Autorange-Netzgeräte besitzen eine unendliche Anzahl von Bereichen. Die Autorange-Netzgeräte von Rohde & Schwarz verwenden die FlexPower-Technologie (siehe rechtes Diagramm in der Abbildung auf der nächsten Seite).

Die Rohde & Schwarz FlexPower-Funktion ermöglicht es, eine breite Palette von Produktfamilien mit einem einzigen Netzgerät zu testen. Dies erhöht die Flexibilität erheblich, spart Platz und vereinfacht den Messaufbau. FlexPower-Netzgeräte eignen sich auch hervorragend, wenn eine hohe Spannung und ein hoher Strom benötigt werden, aber keine hohe Ausgangsleistung. Die Verwendung eines Einbereichsnetzgeräts hierfür wäre wesentlich kostspieliger als der Rückgriff auf ein FlexPower-Netzgerät.

Maximale Leistung eines DC-Netzgeräts in einem Spannungs-Strom-Diagramm

Zusammenfassung

  • Die wichtigsten Spezifikationen für DC-Tischnetzgeräte betreffen die maximale Spannung, den maximalen Strom und die maximale Leistung.
  • Die maximale Ausgangsleistung ist in der Regel geringer als das Produkt von maximaler Spannung und maximalem Strom.
  • Mit Hilfe von Derating-Kurven lässt sich grafisch darstellen, welche Spannungs- und Stromkombinationen möglich sind. Die erlaubten Kombinationen liegen auf oder unterhalb dieser Linie.
  • Viele Derating-Kurven umfassen auch eine Maximalleistungskurve (oder -linie), auf der sich diejenigen Kombinationen von Spannung und Strom befinden, bei denen maximale Ausgangsleistung erreicht wird.
  • Mit Hilfe der Derating-Kurve lässt sich prüfen, ob ein Netzgerät die Anforderungen an Spannung, Strom und Leistung erfüllen kann.

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