Ratgeber
Im Gegensatz zu einfachen Festspannungs-Netzteilen und Netzteilen, die nur eine Spannungsregelung zulassen, bieten Labornetzgeräte (auch Labornetzteile genannt) zusätzlich die Möglichkeit, eine Strombegrenzung einzustellen. Zur Einstellung von Strom und Spannung sowie zur Anzeige dieser beiden Werte mit angeschlossenem Verbraucher verfügen Labornetzteile über analoge oder digitale Volt- und Amperemeter. Die Geräte bestehen aus einem Transformator, der die Netzspannung auf einen niedrigeren Wert reduziert, einem Gleichrichter samt Glättung und einer Regelschaltung.
Spannungen und Ströme können pro Ausgang getrennt voneinander und von Null oder zumindest annähernd Null bis zu den jeweiligen Maximalwerten eingestellt werden. Im Allgemeinen sitzen frontseitig 4-mm-Anschlussbuchsen, an denen die Last angeschlossen wird. Labornetzgeräte haben in aller Regel kurzschlussfeste Ausgänge, wobei nicht alle Ausführungen zwingend dauerkurzschlussfest sind. Meist sind die Ausgänge schaltbar, so dass zum Ein- und Ausschalten der angeschlossenen Verbraucher nicht jedes Mal erst die Anschlussleitungen abgezogen oder eingesteckt werden müssen.
Vom elektrischen Aufbau her unterscheidet man zunächst linear geregelte Labornetzgeräte und Schaltnetzgeräte. Daneben gibt es Varianten, die diese beiden Techniken miteinander kombinieren. Der Vorteil linear geregelter Labornetzgeräte ist eine sehr saubere, störungsarme Ausgangsspannung sowie eine meist präzisere Regelung. Ihr Platzbedarf ist durch den grösseren Transformator allerdings höher, auch das Gewicht nimmt bei leistungsstärkeren Ausführungen deutlich zu. Zudem ist ihr Wirkungsgrad schlechter als bei Schaltnetzgeräten, wodurch ein höherer Aufwand zur Abfuhr der entstehenden Verlustleistung entsteht. Labornetzgeräte mit Schaltnetzteilen sind verhältnismässig kompakt und leicht. Durch die getaktete Regelung besitzen sie einen hohen Wirkungsgrad und generieren entsprechend weniger Verluste und Abwärme. Nachteilig kann sein, dass – gerade bei sehr kleinen Spannungen – keine so gute Ausregelung wie bei linearen Labornetzgeräten erfolgt und zudem der Ausgangsspannung Störsignale aus der internen PWM-Regelung aufgelagert sein können.
Aufwändige Schaltungskonzepte kombinieren eine klassische, lineare Regelung mit vorgeschalteten Schaltreglern, um die Effizienz zu steigern und dennoch gute Regeleigenschaften und eine möglichst störungsarme Ausgangsspannung zu erreichen. Derartig aufgebaute Labornetzteile sind mit hoher Leistung verfügbar und meist mit weiteren Zusatzfunktionen ausgestattet.
Labornetzgeräte sind sowohl mit einem Ausgang als auch in mehrkanaligen Ausführungen erhältlich. Einfache Geräte besitzen analoge Anzeigeinstrumente für Spannung und Strom und Potentiometer zur Spannungs- und Stromeinstellung. Labornetzgeräte der Mittelklasse sind in der Regel mit digitalen Ampere- und Voltmetern ausgestattet; diese gestatten eine höhere Auflösung und Ablesegenauigkeit. Ebenso kommen hier fast immer zusätzliche Potis zur Feineinstellung von Strom und Spannung zum Einsatz. Sogenannte Sense-Eingänge erlauben eine Spannungsmessung durch zusätzliche Leitungen direkt am Verbraucher und ermöglichen somit die vollständige Kompensation von Spannungsabfällen in den Anschlussleitungen.
Komplett digitale Labornetzgeräte ermöglichen die Eingabe der erforderlichen Spannungen und Ströme über ein Tastenfeld und ein entsprechendes Display. Zusatzfunktionen in Form von Leistungsbegrenzung in Watt, elektronische Sicherungsfunktion, Tracking-Funktion und die Möglichkeit, bestimmte Messgerätekonfigurationen abzuspeichern, sind oft vorhanden. Ebenso verfügen solche Labornetzgeräte meist über Schnittstellen, die eine Fernsteuerung und das Auslesen von Messwerten zulassen.
Labornetzgeräte mit Arbiträr-Funktion sind – ähnlich wie ein Funktionsgenerator – in der Lage, verschiedene programmierbare Signalformen für Spannung und Strom auszugeben und zeitliche Abläufe zu realisieren. Diese Signalformen können wahlweise am Gerät programmiert werden oder über eine entsprechende Software, falls eine Schnittstelle vorhanden ist. Möglich ist somit eine Fernsteuerung der Arbiträr-Funktion über ein Testsystem.
Zunächst sollten Sie überlegen, ob ein Labornetzteil mit einem Ausgang ausreichend ist, oder des Öfteren verschiedene Spannungen benötigt werden. Labornetzgeräte mit mehreren Ausgängen erlauben nicht nur den Anschluss von Baugruppen, die verschiedene Betriebsspannungen erfordern, sondern bieten auch die Möglichkeit, einzelne Ausgänge zur Spannungs- oder Stromerhöhung zusammenzuschalten. Dabei ist vorteilhaft, dass die Einstellung von Spannung und Strom oftmals gemeinsam geschehen kann, wenn eine sogenannte Tracking-Funktion vorhanden ist, die eine Verknüpfung der Einzelkanäle erlaubt.
Digitale, programmierbare Labornetzteile mit Schnittstelle sind am universellsten einsetzbar und lassen sich auch für automatisierte Testabläufe nutzen. Integrierte Schutzfunktionen bewahren angeschlossene Verbraucher vor Schäden, wenn bestimmte, vordefinierte Grenzwerte überschritten werden.
Die Gehäusebauform kann ein Kriterium sein, wenn die Platzverhältnisse am Einsatzort eine Rolle spielen. Ebenso ist wichtig zu wissen, ob mehrere Geräte gestapelt werden dürfen.
Unser Praxistipp: sicherer Umgang mit Labornetzteilen
Die Netzteile sind mit Spannungsausgängen verfügbar, die für den Menschen gefährliche Berührungsspannungen liefern können. Auch eine Reihenschaltung der einzelnen Ausgänge mehrkanaliger Labornetzgeräte kann zu gefährlich hohen Spannungen führen. Nur entsprechend ausgebildete Personen dürfen die Geräte bedienen. Die einschlägigen Sicherheitsvorschriften sind zu beachten und die Isolation der Anschlussleitungen muss für die entsprechende Spannung ausgelegt sein.
Worin liegt der Unterschied zwischen einem einstellbaren Netzgerät und einem Labornetzgerät?
Einfache, einstellbare Netzgeräte bieten nur die Möglichkeit, die Ausgangsspannung in einem bestimmten Bereich zu variieren. Eine Strombegrenzung wie bei Labornetzgeräten ist nicht möglich, auch ist ihre Spannungsstabilität eher begrenzt.
Kann man an mehrkanaligen Labornetzgeräten mehrere Ausgänge in Reihe oder parallel schalten, um die Spannung oder den Strom zu erhöhen?
Das ist in aller Regel möglich. Beachten Sie dazu die entsprechenden Hinweise in der Bedienungsanleitung.
Achten Sie auf ausreichende Leistungswerte. Viele Labornetzgeräte stellen nicht den maximalen Strom bei jeder Ausgangsspannung bereit; oftmals erfolgt ein Derating, wenn eine bestimmte Spannung überschritten wird. Es lohnt ein Blick ins Datenblatt, um später unliebsame Überraschungen zu vermeiden.
Mehrkanalige Labornetzgeräte sind wirtschaftlich meist günstiger in der Anschaffung als der Kauf mehrerer einzelner Netzgeräte. Sie benötigen weniger Platz und erlauben eine zentrale Bedienung und gegebenenfalls Steuerung. Wenn hochwertige und teure Baugruppen oder Systeme betrieben werden sollen, empfiehlt sich ein Labornetzgerät mit Überspannungsschutz (OVP). Eine Sicherungsfunktion (Fuse Linking) ist ebenfalls empfehlenswert.
Eine passive Kühlung, beziehungsweise eine leise, temperaturgeregelte aktive Lüfterkühlung sorgt für ein ruhiges Arbeitsumfeld und erleichtert konzentriertes Arbeiten.
Soll das Labornetzgerät in ein Testsystem eingebunden werden, dann ist auf das Vorhandensein oder die Nachrüstbarkeit der erforderlichen Schnittstellen zu achten. Zusätzliche, rückwärtige Anschlussbuchsen und eine Montagemöglichkeit für 19“-Racks vermeiden Kabelwirrwarr und ermöglichen eine platzsparende Unterbringung.
Bestehen hohe Anforderungen an eine störungsarme Ausgangsspannung und präzise Regeleigenschaften, bieten sich linear geregelte Labornetzgeräte im Besonderen an. Auch hochwertige Ausführungen mit elektronischen Vorreglern und nachgeschalteten Linearreglern generieren sehr saubere Spannungen mit niedrigen Restwelligkeiten bei hohem Wirkungsgrad.