Anwendungsbeispiele für den AF10 PWM-Generator

Der AF10 ist nicht einfach nur ein abgespeckter Funktionsgenerator. Die Anwendungsfälle der beiden Gerätekategorien unterscheiden sich signifikant. Was kann der AF10, was ein Funktionsgenerator nicht kann?

  • Niederohmiger Ausgang
  • Laststrom bis 1 A
  • Ausgangsspannung bis 24 V
  • Ausgangsleistung bis 24 W
  • PushPull/OpenDrain-Funktion
  • sehr einfaches, auf die PWM-Funktion reduziertes Bedienkonzept
  • Ansteuerung von bis zu 6 externen Gate-Treibern mit einstellbarem Timing, das ermöglicht das Ansteuern von fast beliebigen Endstufen
  • einfache, SPS-kompatible Schnittstellen zur Fernsteuerung

Der AF10 ist auch bei uns intern eines der gefragtesten Laborgeräte und wird für viele verschiedene Zwecke eingesetzt. Gelegentlich kann man sogar von „Missbrauch“ sprechen.

Hier ein paar Anwendungsbeispiele aus der Praxis.

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Auslegung des Regelkreises von DC/DC-Wandlern

Ein bewährter Praxisansatz zur Absicherung der Stabilitätsreserve von Schaltreglern ist es, deren Antwort auf einen Lastsprung oder einen Eingangsspannungssprung zu messen und zu bewerten.

Für Lastsprünge bietet sich die Open-Drain-Funktion des AF10 an. Damit kann, mit einem geeigneten Lastwiderstand, eine Zusatzlast zyklisch hinzugeschaltet werden.


Das Bild zeigt einen Lastsprung auf der 3,3 V-Spannungsschiene und dessen Auswirkungen auf alle anderen Spannungsschienen einer Baugruppe.

Um Eingangsspannungssprünge zu untersuchen, kann der AF10 in Reihe mit einem Labornetzteil geschaltet werden. So können im Push/Pull-Betrieb sehr steilflankige Sprünge bis zu 24 V realisiert werden.

Der Vorteil gegenüber dem einfacheren Ansatz mit einem Schalter ist u. a. die Reproduzierbarkeit, da kein Kontaktprellen auftritt.

Überspannungsschutz testen

Wir entwickeln Automobilelektronik, deren Verhalten gegenüber kurzen Eingangsspannungstransienten von bis zu 60 V und darüber getestet werden muss. Um schon im eigenen Labor die Funktion der entwickelten Schaltung zu testen, setzen wir meist den AF10 ein. Für den Test wird der AF10 in Reihe mit einem Labornetzteil geschaltet und generiert so kurze Überspannungen bis 24 V. Reichen die 24 V nicht aus oder wird mehr Leistung benötigt, nutzen wir das externe Halbbrückenmodul, mit dem Pulse mit einer Amplitude von bis zu 60 V erzeugt werden können.

Unterspannungsverhalten testen

Wie auch beim Überspannungstest, kann der AF10 auch für Unterspannungstests verwendet werden. Auch hier wird ein Labornetzgerät in Reihe geschaltet und durch entsprechende Konfiguration des AF10 der Spannungspegel und die Dauer der Unterspannung eingestellt.

Ausmessen von Induktivitäten

Ein RLC-Meter kann Induktivität und andere Parameter einer Spule ausmessen. Interessiert man sich aber für das Sättigungsverhalten und andere nichtlineare Effekte, kann ein Messen im Zeitbereich mit AF10 und Oszilloskop sehr aufschlussreich sein.

Im Beispiel wurde eine Induktivität direkt an den Ausgang des AF10 angeschlossen. Bei einer Frequenz von 15 Hz, mit einem Tastverhältnis von 0,1 % und einer Ausgangsspannung von 10 V wurde das nebenstehende Bild mit dem Oszilloskop aufgezeichnet.

Hieraus können folgende Eigenschaften der Induktivität ermittelt werden:

  1. Der Strom steigt bei 10 V zunächst mit ca. 40 mA pro 20 µs an.
    Die Induktivität beträgt also ca. 5 mH.
  2. Der Sättigungsstrom liegt ca. bei 100 mA.
  3. Durch Anlegen einer entsprechenden Tangente lässt sich die Induktivität für jeden Wert des Gleichstroms ermitteln.
    Im Beispiel bei 100 mA:
    200 mA/44 µs bei 10V => 2,2 mH

In diesem Zusammenhang sind noch viele weitere Messszenarien denkbar, z. B. zur Ermittlung der Remanenz.

Highspeed-Kamera-Ersatz

Um die sehr schnelle periodische Bewegung eines Membranventils zu visualisieren, kann man eine teure High-Speed-Kamera kaufen. Der andere, kreativere Weg ist es, aus AF10 und Leistungs-LED ein Stroboskop aufzubauen und, durch passendes Einstellen von Frequenz und Tastverhältnis, dem Öffnen und Schließen des Ventils in Zeitlupe zuzuschauen.

Mit den richtigen Einstellungen der Digitalkamera (Belichtungszeit) lässt sich das auch filmen.

Das Video wurde mit einer handelsüblichen Digitalkamera aufgenommen. Es ist das Geräusch des Ventils zu hören, das sich innerhalb der Videodauer mehrere  1000 Male öffnet und schließt. Durch das Anblitzen mit dem Stroboskop mit der passenden Frequenz lässt sich ein einzelner Öffnungs-Schließ-Zyklus in Zeitlupe betrachten.

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Labornetzteil zu wenig?

Gelegentlich reichen die zwei Labornetzteile am Arbeitsplatz nicht aus. Man benötigt noch eine Hilfsspannung von z. B. 5 V.
Der AF10 hilft hier schnell und einfach aus, wenn er nicht gerade für etwas anderes benötigt wird.

Bei einem Tastverhältnis von 100 % kann der AF10 sehr einfach als zusätzliche Spannungsquelle mit bis zu 1 A Strombelastbarkeit dienen.

Timing-Optimierung von Halbbrücken und Vollbrücken

Die Extension-Buchse des AF10 ermöglicht es, externe Leistungsstufen wie Halbbrücken und Vollbrücken anzusteuern. Auch das Ansteuerschema einer Phase shiftet Fullbridge für Flusswandler ist umgesetzt.

Hat man die Leistungsstufe samt Gate-Treibern bereits umgesetzt, ist es mit dem AF10 sehr einfach, das Schalttiming zu optimieren. Hier können die Auswirkungen von z. B. zusätzlicher Deadtime sehr einfach und effektiv ermittelt und bewertet werden.

Erprobungen / Dauerläufe

Die wichtigste Anwendung des AF10 bei unseren Kunden ist sicherlich der Bereich Erprobung/Dauerlauf. Der PWM-Generator eignet sich zur Erprobung sämtlicher Elektroniken mit PWM-Schnittstelle, welche gerade im Automobilbau immer noch weit verbreitet ist. In Kombination mit dem programmierbaren Rampengenerator lassen sich beliebige PWM-Verläufe realisieren, die dann monatelang wiederholt werden können.

Für Steuergeräte mit hochohmigem Pullup/OpenDrain-Eingang eignet sich der AF10 besonders gut, wenn er mit der optional erhältlichen 8-Kanal-PWM-Erweiterung eingesetzt wird. Diese bietet auf der Rückseite des Gerätes 8 OpenDrain-Ausgänge an, mit denen 8 DUTs (DUT: device under test) gleichzeitig angesteuert werden können.

Aber auch DC-Motoren und andere Aktoren, die mit PWM angesteuert werden, lassen sich direkt mit dem AF10 erproben. Reicht die interne Halbbrücke mit dem 1-A-Ausgang nicht aus, können mit den optional erhältlichen externen Leistungsmodulen auch größere Aktoren betrieben werden.

Mit der demnächst erhältlichen H-Brücke lassen sich dann z. B. auch Motoren vorwärts und rückwärts drehen (Tastverhältnis von -100 % bis +100 %), was für eine Verschleißerprobung sehr hilfreich sein kann.

Dem Einsatz für mit PWM angesteuerten Geräten sind keine Grenzen gesetzt. Hier eine spekulative Liste von möglichen DUTs:

  • Pumpen
  • Lüfter
  • elektrische Steller
  • Elektromagnete
  • Magnetventile
  • Solenoide
  • DC-Motoren