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High Tech Toy
Bild 2: Blockschaltbild eines Hero-Präzisionsverstärkers.
Bild 3: Regelplatine mit den Hauptkomponenten (siehe Text).
Bild 4: Leistungsendstufe mit 432 parallelgeschalteten MOSFETs auf Kühlkörper montiert.
Zu den wesentlichen Merkmalen eines rein linear geregelten
Präzisions- Leistungsverstärkers zählen eine geringe Restwelligkeit,
ein optimales Signal-/Rauschverhältnis, der
echte 4-Quadrantenbetrieb als Quelle und Senke, präzise
Nulldurchgänge, hohe Bandbreite und beliebige arbiträre Funktionen.
Außerdem dürfen keine Schaltstörungen auftreten und der
Quellwiderstand des Ausgangs im U-Betrieb muss gegen null Ohm
gehen bzw. im I-Betrieb extrem hochohmig sein.
Anhand des Wirkschaltbildes (Bild 2) und der Bilder 3, 4 und 5
wird im Folgenden die Funktion eines Hero Präzisions-Leistungsverstärkers
erklärt.
Die Steuerspannung von einem Funktionsgenerator oder einer
PC-Karte gelangt über den Analogeingang (UIN) zur Regel- und
Steuerplatine, die für die unterschiedlichsten Applikationen anpassbar
ist. Hierzu ist eine Reihe von Steckplätzen vorgesehen.
Nach der Pegelanpassung mittels OpAmps erfolgt die galvanische
Trennung über Isolierverstärker von Analog Devices (3 in Bild 3).
Dann erfolgt die nötige Signalkonditionierung (zum Beispiel Umschaltung
U auf I oder Soll/Ist-Vergleich, 8 in Bild 3), abgestimmt
auf die geforderten Spezifikationen.
Nun wird das aufbereitete Steuersignal zum Sollwert und der
Leistungsendstufe (Bild 4) zugeführt. Mit dem zurückgeführten
Ausgangssignal (Istwert – Steckverbinder 7 in Bild 3) entsteht der
Regelkreis, der mit höchster Präzision abgeglichen wird, um auch
bei hoher Bandbreite L- und C-Lasten betreiben zu können. Die
Leistungsendstufe besteht aus einer Vielzahl von parallelgeschalteten
n- und p-Kanal Power-MOSFETs (beispielsweise von Hitachi,
das Bild 4 zeigt 144 der insgesamt 432 MOSFETs), die selektiert
und gepaart wurden. Der Ausgangsstrom gelangt über zwei Hochleistungsshunts
der Firma Isabellenhütte (in Bild 5 nur einer sichtbar)
zum Ausgang des Verstärkers. Die Shunts sind auf massivem
Kühlkörper montiert, um einer Temperaturdrift vorzubeugen.
Die über den Shunts erfasste Spannung steht galvanisch getrennt
(3 in Bild 3) über die Anzeigeverstärker (Operationsverstärker) an
den Ausgängen IMON, IPeakMON zur Verfügung, die Ausgangsspannung
wird an einem entsprechenden Teiler abgegriffen, mit
Differenzverstärkern (3 in Bild 3) entkoppelt und steht am Ausgang
UMON zur Verfügung.
Die Regelgröße des Verstärkers kann innerhalb von µs digital
zwischen Spannung und Strom (8 in Bild 3) umgeschaltet und
außerdem der Leistungsverstärker zwischen zwei Leistungsbereichen
umgeschaltet werden. Die Temperaturüberwachung der
Endstufe erfolgt mittels Sensoren, die über Anschlüsse (6 in Bild
3) mit der Regelplatine verbunden sind. Außerdem wird die Verlustleistung
kontinuierlich überwacht (Anschluss 5 in Bild 3).
Die Steuerung des Verstärkers erfolgt über die Frontplatte (angeschlossen
an Steckverbinder 4a in Bild 3) oder Remote (4b) von
einem Computer aus. Anzeigeinstrumente werden bei 1 in Bild 3
angeschlossen. (jj)
■
Kontakt: Rohrer GmbH, Philip-Reis Str. 13, 81479 München
Tel. 089/897 01 20
infoDIREKT www.all-electronics.de
588ei0312
Info-Kasten
alle Bilder: Rohrer
Wesentliche technische Daten der Hero-Serie
Regelgröße Ua/Ia umschaltbar
±50 V/±50 A bis ±150 A/200 ms
±25 V/±50 A bis ±150 A/200 ms
Frequenzbereich I-Betrieb 40 kHz (-3 dB)
Nullpunkt-Stabilität ±0,005 %/K vom Endwert
DC-Linearität ±0,01 % vom Messwert
AC-Stabilität-Aussteuerung 0,01 %/K bei unter 1 kHz
■ 2 analoge Monitore für Ia1-Skalierung 1 V = 10 A; Ia2-Skalierung
1 V = 50 A
■ Verlustleistung bei RT dauernd 900 W DC/AC-Betrieb
Spitzenverlustleistung 10 µs < 100 µs = 10 kW
■
Bild 5: Netzteil mit Gleichrichtern und Ladeelkos. Die zugehörigen Netztrafos
befinden sich zusammen mit 12 Umschaltrelais im Unterteil des Verstärkers.
www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 81