Excuus dat ik je lastig
val met de
verplichte cookie toestemming.

Elektronica Meettechniek

Meting eenvoudige voeding

Laatste wijzigingen: 23 september 2013

Deze voorbeeld meting is bedoeld om aan te tonen dat de soort parameter (gemiddeld, RMS) bewust gekozen moet worden en afhankelijk is van het doel van de meting.


Schema

meetschema AC/DC voeding
Fig. 1: Meetschema eenvoudige AC/DC voeding.

De meting is verricht aan een eenvoudige voeding, bestaande uit een nettrafo, bruggelijkrichter, afvlakelco en belastingsweerstand. In figuur 1 staat het meetschema afgebeeld en de locaties waar gemeten is. De meting is verricht met een digitale oscilloscoop en om de stroom te meten is gebruik gemaakt van een stroomtang die een minimale extra geïntroduceerde impedantie heeft. Alle kanalen zijn DC gekoppeld. Voor alle scoop afbeeldingen in dit artikel geldt dat de centrale horizontale lijn is de nullijn.
Voor alle metingen gelden de volgende instellingen:

Van de spanning, stroom en vermogen wordt zowel de gemiddelde- als de RMS-waarde bepaald. De "c" in "cmean" en "crms" geeft aan dat de parameter over een geheel aantal perioden is bepaald.
Op de pagina Theorie en definities was al te zien dat RMS-vermogen per definitie een foutieve term is. Om dit nog eens met echte metingen aan te tonen is deze parameter meegenomen.


De metingen

In de diverse takken van de schakeling is de spanning en de stroom gemeten. Met deze gegevens valt van elk component het het gedissipeerde vermogen te berekenen.
meting AC ingang
Fig. 2: Meting AC ingang.

AC ingang

De eerste meting is verricht aan de wisselspanning ingang (fig. 2). UAC en IAC zijn gemeten. Te zien is dat zowel de gemiddelde spanning als stroom ongeveer nul bedraagt. Deze waarden zijn correct, maar geven geen indicatie van de aanwezige spanning en stroom die er loopt. De RMS-waarden van spanning en stroom geven wel een indicatie maar hier is niet het opgenomen vermogen uit te bepalen. De vermenigvuldiging van URMS (11,37 V) en IRMS (899 mA) verondersteld dat een vermogen van 10,22 W wordt opgenomen. Het werkelijk opgenomen vermogen is het gemiddelde vermogen en bedraagt 8,57 W.
De RMS-stroom is wel bruikbaar om de belasting van de trafo te controleren. De warmteontwikkeling in de koperweerstand van de transformatorwikkelingen heeft een direct verband met deze parameter.

Meting diode
Fig. 3: Meting diode.

Gelijkrichter

In figuur 3 is de spanning (Udiode) en stroom (Idiode) van één van de dioden uit de bruggelijkrichter te zien. Het gedissiperde vermogen van een enkele diode is 0,26 W. Aan gezien een gelijkrichterbrug uit 4 dioden bestaat zijn de gelijkricht verliezen vier maal zo hoog: 1,04 W. Hierbij wordt er vanuit gegaan dat de vier dioden identiek zijn.

meting DC ingang
Fig. 4: Meting DC ingang.

Na gelijkrichting

De meting van de stroom afkomstig van de gelijkrichter (IDC) en de spanning over de elco (Uelco) is afgebeeld in figuur 4.
De RMS-stroom is even groot als de IAC uit figuur 2. Dit is ook logisch. Er vloeit immers dezelfde stroom en de vorm van de stroom is hetzelfde (voor een RMS-berekening is het irrelevant of het signaal negatief wordt).
Wordt IDC vergeleken met de stroom door een enkele diode (Idiode) dan valt het volgende op: De diode geleid slechts de helft van een periode. De stroom zal dan ook de helft moeten zijn. De RMS waarde van IDC is echter een factor 1,42 hoger dan Idiode. Dit komt doordat de twee stroomvormen verschillend zijn. Kijkt men naar de gemiddelde stroom, dan is de diodestroom (Idiode = 302,9 mA) wel de helft van de stroom na gelijkrichting (IDC = 607,1 mA). Dit komt omdat de gemiddelde stroommeting de werkelijke elektronenstroom meet.

meting ELCO
Fig. 5: Meting ELCO.

ELCO

Figuur 5 laat de spanning over (Uelco) en stroom naar (Ielco) de ELCO zien. Deze condensator wordt opgeladen op het moment van de spanningsmaxima en geeft zijn lading weer af als de trafospanning te laag is geworden. Als de ELCO niet lekt zullen er dus evenveel elektronen richting de ELCO vloeien om deze op te laden als er elektronen wegvloeien tijdens het ontladen. De gemiddelde stroom zal dus 0 A bedragen, precies (-4,4 mA is een offset fout) wat gemeten is.
De RMS-stroom (661,3 mA) heeft altijd betrekking op de dissipatie in ohmse weerstanden, dus ook de ESR van de ELCO. Met de RMS-stroom kan het verliesvermogen in de ELCO berekend worden als de parasitaire ohmse weerstand bekend is. De ESR van de gebruikte ELCO is 22 mΩ. De dissipatie bedraagt hier dan: 0,6612 / 0,022 = 9,6 mW. Het verliesvermogen was dusdanig klein dat deze niet goed gemeten kon worden (-10 mW).
De oscilloscoop heeft ook het RMS-vermogen berekend: (7,92 W). Deze grote waarde voor een component dat niet merkbaar warm wordt geeft al aan dat een RMS-vermogen een onzinnig getal is.

Meting belastingsweerstand
Fig. 6: Meting belastingsweerstand.

Belasting

In laatste scoopafbeelding (figuur 6) is de gemeten aan de belastingsweerstand (ongeveer 20 Ω). De vorm van de spanning (Uelco) en de stroom (IRb) zijn redelijk vlak. Hierdoor is het verschil tussen de gemiddelde- en RMS-waarden gering.
Omdat de gemiddelde stroom naar de ELCO nul is, zal de belastingsstroom even groot moeten zijn als de stroom vanaf de gelijkrichter (IAC). Dit komt overeen met de metingen.
De RMS-belastingsstroom komt niet overeen met de RMS-stroom na gelijkrichting, ook niet als de RMS-elco-stroom in de berekening betrokken wordt. Gebruik bij gelijkspanningstoepassingen dan ook altijd een instrument dat de gemiddelde waarde meet.


Optellen gemeten vermogens

Het vermogen geleverd door de transformator moet even groot zijn als het vermogen gedissipeerd in de belastingsweerstand plus alle verliezen. De componenten waar energie verloren gaat zijn de dioden en condensator. De verliezen in de trafo tellen bij deze controle niet mee, omdat de eerste meting achter de trafo is verricht.

Ter controle: PRb + Pelco + 4 * Pdiode = Ptotaal, en deze moet gelijk zijn aan het gemeten AC-vermogen (PAC.
Voor de gemiddelde waarden: 7,26 W +  -0,01 W + 4 * 0,26 W = 8,29 W, (gemeten 8,57 W)
Voor het RMS-vermogen: 7,33 W +  7,92 W + 4 * 0,55 W = 17,45 W, (gemeten 12,56 W)

Deze berekeningen laten zien dat er enorme fouten ontstaan bij het optellen van berekende RMS-vermogens. Het vermogen is altijd een gemiddelde waarde. De optelling van de gemiddelde vermogens komt aardig overeen met het gemeten totaal vermogen. De geconstateerde afwijking is toe te schrijven aan fluctuaties van de netspanning.

Schakel Javascript in als je wilt reageren.

Reageren op artikelen is tijdelijk niet mogelijk

X

Inloggen

Naam:
Wachtwoord: