Ripple-Spezifikationen können nicht zuverlässig verglichen werden, es sei denn, die Messbedingungen sind vergleichbar. Ein Netzteil mit einer angegebenen Welligkeit von 50 mV Spitze-zu-Spitze (mVp-p) ist nicht zwangsläufig rauschärmer als eines mit 80 mVp-p. Unterschiede in der Oszilloskop-Bandbreite, den Tastkopfanschlüssen und den Lastbedingungen können das gemeldete Ergebnis verändern. Bevor zwei Netzteile verglichen werden, sollte geprüft werden, wie jeder Welligkeitswert gemessen wurde – nicht nur die Zahl, die im Datenblatt steht.
Was sagt eine Welligkeitsspezifikation tatsächlich aus?
Ausgangswelligkeit ist die unerwünschte AC-Spannungsschwankung, die auf dem DC-Ausgang eines Netzteils verbleibt. Hersteller geben sie üblicherweise in Millivolt Spitze-zu-Spitze (mVp-p) an, was der Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten gemessenen Spannung innerhalb der beobachteten Wellenform entspricht.
Beispielsweise zeigt eine Spezifikation von 100 mVp-p eine gemessene Spitze-zu-Spitze-Schwankung von 100 mV unter den angegebenen Testbedingungen an.
Die Zahl allein beschreibt jedoch nicht die vollständige Messung. Zwei Datenblätter können unterschiedliche Welligkeitswerte melden, einfach weil ihre Hersteller unterschiedliche Testmethoden verwendet haben.
Eine umfassendere Erklärung der Welligkeit selbst finden Sie in unserem Leitfaden zu Welligkeit und Rauschen von Netzteilen.
1. Warum die Oszilloskop-Bandbreite wichtig ist
Die Messbandbreite bestimmt, welche Frequenzkomponenten in den Welligkeitsmesswert einfließen.
Netzteilausgänge können sowohl relativ niederfrequente Welligkeit als auch hochfrequentes Schaltrauschen und Spitzen enthalten. Ein Oszilloskop mit größerer Messbandbreite kann mehr dieser hochfrequenten Komponenten erfassen.
Stellen Sie sich beispielsweise vor, dasselbe Netzteil mit zwei Oszilloskop-Einstellungen zu testen:
| Messeinstellung | Was das Oszilloskop erfasst |
|---|---|
| 20 MHz Bandbreite | Niederfrequente Welligkeits- und Rauschkomponenten innerhalb der begrenzten Bandbreite |
| 200 MHz Bandbreite | Ein breiterer Frequenzbereich, der potenziell zusätzliche Schaltspitzen einschließt |
Die 200-MHz-Messung kann einen höheren Spitze-zu-Spitze-Wert zeigen, weil sie Frequenzkomponenten einschließt, die die 20-MHz-Einstellung herausfiltert.
Das bedeutet nicht zwangsläufig, dass sich die tatsächliche Leistung des Netzteils verändert hat. Nur die Messbandbreite hat sich geändert.
Eine Bandbreitenbegrenzung von 20 MHz wird üblicherweise für Welligkeitsmessungen an Netzteilen verwendet, ist aber keine allgemeingültige Anforderung. Einige Anwendungen erfordern Breitbandmessungen zur Bewertung hochfrequenten Rauschens.
Beim Vergleich von Datenblättern sollten Angaben wie “Ripple and Noise: 100 mVp-p, 20 MHz bandwidth” gesucht werden.” Wenn ein anderer Hersteller 100 mVp-p bei einer anderen Bandbreite angibt, sind die beiden Werte nicht direkt gleichwertig.
2. Wie Tastkopfanschlüsse Welligkeitsmessungen beeinflussen
Selbst bei gleichen Oszilloskop-Einstellungen kann die Art und Weise, wie der Tastkopf an das Netzteil angeschlossen wird, den Messwert erheblich beeinflussen.
Ein Standard-Oszilloskop-Tastkopf enthält oft eine lange Masseleitung. Diese Leitung erzeugt eine größere Messschleife, die elektromagnetische Störungen aufnehmen kann, insbesondere in der Umgebung von Schaltnetzteilen.
Infolgedessen kann das Oszilloskop zusätzliche Spitzen anzeigen, die teilweise durch den Messaufbau und nicht durch den Netzteilausgang selbst verursacht werden.
Für zuverlässigere Messungen verwenden Ingenieure häufig:
- Kurze Masseverbindungen zur Reduzierung unerwünschter Rauscheinkopplung.
- Tip-and-Barrel-Tastkopfmessung zur Minimierung der Schleife zwischen Tastkopfspitze und Masse.
- Ordnungsgemäß abgeschlossene Koaxialverbindungen für geeignete rauscharme Hochfrequenzmessungen.
Auch der Messort ist wichtig. Ein Messwert, der direkt an einem Ausgangskondensator abgenommen wird, kann sich von einem unterscheiden, der an einem entfernten Steckverbinder abgenommen wird, da die dazwischenliegende Verkabelung und die PCB-Leiterbahnen zusätzliche Effekte einführen.
Daher sollten zwei Welligkeitsmessungen idealerweise vergleichbare Tastkopfmethoden und Messorte verwenden.
3. Warum Lastbedingungen die Welligkeitsergebnisse verändern
Die Ausgangswelligkeit kann je nach Stromaufnahme des angeschlossenen Geräts variieren.
Ein Netzteil, das bei Volllast getestet wird, kann eine andere Welligkeitswellenform erzeugen als dasselbe Gerät bei halber Last oder nahezu ohne Last.
Beispielsweise könnte ein 12-V-/3-A-Netzteil unter den folgenden Bedingungen getestet werden:
| Lastbedingung | Ausgangsstrom |
|---|---|
| Keine Last | Ungefähr 0 A |
| Halbe Last | 1,5A |
| Volllast | 3 A |
Diese Bedingungen erzeugen nicht zwangsläufig identische Welligkeitsmessungen.
Einige Schaltregler ändern bei leichten Lasten ihre Betriebsmodi, um die Effizienz zu verbessern. Andere zeigen unterschiedliche Welligkeitseigenschaften, wenn der Ausgangsstrom zunimmt.
Folglich sollte eine bei Volllast gemessene Welligkeitsspezifikation nicht automatisch als gleichwertig mit einer bei halber Last gemessenen behandelt werden.
Bei der Prüfung eines Datenblatts sollte kontrolliert werden, ob sich der Welligkeitswert auf Nennlast, einen bestimmten Ausgangsstrom oder einen definierten Bereich von Betriebsbedingungen bezieht.
Für zusätzlichen Kontext dazu, wie elektrische Belastung das Verhalten von Netzteilen beeinflusst, siehe Lastregelung bei Netzteilen.
Wie man Ripple-Spezifikationen fair vergleicht
Bei der Bewertung zweier Stromversorgungen verwenden Sie die folgende Checkliste:
- Bandbreite: Wurden beide Ripple-Werte mit derselben Bandbreitengrenze gemessen?
- Sondenmethode: Wurden ähnliche Sondenanschlüsse und Erdungstechniken verwendet?
- Messort: Wurden die Messwerte an vergleichbaren Ausgangspunkten entnommen?
- Lastbedingung: Wurden die Stromversorgungen bei vergleichbaren Prozentsätzen der Nennlast betrieben?
- Messdefinition: Beschreiben beide Spezifikationen Spitze-zu-Spitze-Ripple und -Rauschen unter denselben angegebenen Bedingungen?
Beispielsweise lässt sich durch den Vergleich von 50 mVp-p, gemessen bei 20 MHz und Volllast, mit 80 mVp-p, gemessen bei 200 MHz und halber Last, nicht feststellen, welche Stromversorgung unter identischen Bedingungen einen niedrigeren Ripple aufweist.
Wenn die Testbedingungen fehlen, fordern Sie die Messdetails an, bevor Sie Schlussfolgerungen ziehen.
Ist die Ripple-Spezifikation dasselbe wie die Ausgangsspannungstoleranz?
Nein. Ripple beschreibt AC-Schwankungen, die der DC-Ausgangsspannung überlagert sind, während die Ausgangsspannungstoleranz die zulässige Abweichung von der nominalen DC-Spannung unter festgelegten Bedingungen beschreibt.
Eine Stromversorgung kann eine akzeptable nominale Ausgangsspannung aufrechterhalten und dennoch einen messbaren Ripple aufweisen.
Unser Artikel über Ausgangsspannungstoleranz erläutert, wie diese zulässigen DC-Spannungsschwankungen zu interpretieren sind.
Fazit
Eine Ripple-Spezifikation ist nur dann aussagekräftig, wenn ihre Messbedingungen verstanden werden. Die Bandbreite bestimmt, welche Frequenzkomponenten erfasst werden, Sondenanschlüsse beeinflussen die Messgenauigkeit, und Lastbedingungen beeinflussen das Verhalten der Stromversorgung.
Um die Ripple-Performance fair zu vergleichen, vergleichen Sie Werte, die unter gleichwertigen Bedingungen gemessen wurden—nicht einfach die niedrigste mVp-p-Zahl in einem Datenblatt.
