MagnaLOAD Standard Control Modes and Introducing Shunt Regulator and Rheostat

Um Regelungsflexibilität für eine Vielzahl von DC-Quellen zu bieten, verfügen MagnaLOAD DC-elektronische Lasten über mehrere vom Benutzer wählbare Regelungsmodi:

• Spannungsmodus
• Strommodus
• Leistungsmodus
• Widerstandsmodus
• Shunt-Regler-Modus
• Rheostat (ARx Serie, WRx Serie)

Abhängig vom gewählten Regelungsmodus, den programmierten Sollwerten sowie der von der angeschlossenen DC-Quelle gelieferten Spannung und dem Strom wählt die MagnaLOAD automatisch den entsprechenden Regelungszustand: Konstantspannung, Konstantstrom, Konstantleistung oder Konstantwiderstand.

Grundsätzlich sollte die MagnaLOAD beim Anschluss an eine geregelte DC-Quelle nicht so konfiguriert werden, dass sie im gleichen Regelungszustand wie die DC-Quelle arbeitet, da dies zu Regelungsinstabilitäten zwischen den beiden Geräten führen kann. Wenn beispielsweise die DC-Quelle die Spannung regelt, sollte die MagnaLOAD auf einen beliebigen Regelungsmodus außer dem Spannungsmodus eingestellt werden.

Einfache MagnaLOAD-Anwendungen erfordern das Betreiben des Geräts in einem gewünschten Regelungszustand und das Abschalten durch einen Fehler, wenn ein eingestellter Wert überschritten wird. Für diese einfachen Anwendungen sollten Sollwerte, die nicht dem gewünschten Regelungszustand entsprechen, auf Maximum gesetzt werden, während die Auslösepunkte auf den gewünschten Wert eingestellt werden sollten, um das Gerät abzuschalten. Fortgeschrittene MagnaLOAD-Anwendungen erfordern Crossover-Sollwertgrenzen, um sicherzustellen, dass das Gerät nicht auslöst, und ermöglichen so eine weitergehende Validierung des Verhaltens der DC-Quelle. Für diese fortgeschrittenen Anwendungen sollten die verfügbaren Sollwerte auf die gewünschten Crossover-Punkte programmiert werden; Auslösepunkte können weiterhin als Sicherheitsgrenzen programmiert werden.

Spannungsregelungsmodus

Im Spannungsregelungsmodus wechselt die MagnaLOAD automatisch zwischen Spannungs- und Leistungsregelung, bevorzugt jedoch die Konstantspannungsregelung gegenüber allen anderen Zuständen. Abbildung 1 zeigt ein vereinfachtes Betriebsdiagramm des Spannungsmodus.

Der Spannungsregelungsmodus ist beliebt für Anwendungen, bei denen die DC-Quelle Konstantstrom oder Konstantleistung liefert, wie z. B.: DC-DC-Wandler und DC-Netzteile.

Stromregelungsmodus

Im Stromregelungsmodus wechselt die MagnaLOAD automatisch zwischen Strom- und Leistungsregelung, bevorzugt jedoch die Konstantstromregelung gegenüber allen anderen Zuständen. Abbildung 2 zeigt ein vereinfachtes Betriebsdiagramm des Spannungsmodus.

Im Strommodus lässt die MagnaLOAD die Eingangsspannung schwanken, während sie versucht, den Stromsollwert in einem Konstantstrom-Regelungszustand aufrechtzuerhalten. Die Stromregelung ist in der Regel die häufigste Anforderung an eine elektronische Last, und dementsprechend ist der Stromregelungsmodus der am häufigsten verwendete Modus für MagnaLOADs. Der Stromregelungsmodus wird am häufigsten in Anwendungen wie Batterie- oder Kondensatorentladung, DC-DC-Wandler-Tests und DC-Netzteil-Tests eingesetzt.

Leistungsregelungsmodus

Im Leistungsregelungsmodus wechselt die MagnaLOAD automatisch zwischen Strom- und Leistungsregelung, bevorzugt jedoch die Konstantleistungsregelung gegenüber allen anderen Zuständen. Abbildung 3 zeigt ein vereinfachtes Betriebsdiagramm des Spannungsmodus.

Im Leistungsmodus lässt die MagnaLOAD die Eingangsspannung und den Strom schwanken, während sie versucht, den Leistungssollwert in einem Konstantleistungs-Regelungszustand aufrechtzuerhalten. Der Leistungsregelungsmodus ist beliebt für Testanwendungen, bei denen die DC-Quelle einen breiten Vollleistungs-Betriebsbereich hat, wie z. B.: Auto-Ranging-DC-Netzteile oder Brennstoffzellen.

Widerstandsregelungsmodus

Im Widerstandsregelungsmodus bevorzugt die MagnaLOAD den Konstantwiderstand-Regelungszustand gegenüber allen anderen Regelungszuständen. Abbildung 4 zeigt ein vereinfachtes Betriebsdiagramm des Spannungsmodus.

Mit einer Programmierauflösung von bis zu 16 Bit ermöglicht der Widerstandsregelungsmodus die präzise Programmierung eines gewünschten Widerstandswerts als Sollwert. Die MagnaLOAD arbeitet in Konstantwiderstandsregelung innerhalb der in Abbildung 4 grau dargestellten Sollwertgrenzen. Wenn die angeschlossene DC-Quelle den DC-Bus an eine der begrenzenden Sollwertgrenzen treibt, wechselt die MagnaLOAD automatisch in den entsprechenden Regelungszustand. Der Widerstandsregelungsmodus wird am häufigsten in Anwendungen eingesetzt, die andernfalls nur einen passiven Widerstand verwenden würden.

Shunt-Regler-Regelungsmodus

Der Shunt-Regler-Modus ist ein neuer Regelungsmodus, den Magna-Power für seine MagnaLOAD-Produktlinie entwickelt hat und der schnell zu einer der unverzichtbarsten Funktionen geworden ist. Im Shunt-Regler-Modus beginnt die MagnaLOAD erst dann mit der Leistungsverarbeitung, wenn die programmierte Spannungsschwelle überschritten wird. Der Benutzer stellt die gewünschte Spannungsschwelle und den gewünschten Ableitstrom ein. Sobald die MagnaLOAD aktiviert ist, bleibt sie im Leerlauf und überwacht die DC-Busspannung. Wenn die DC-Spannung über die programmierte Spannungsschwelle steigt, schaltet sich die MagnaLOAD innerhalb von 1 ms auf die programmierte Stromeinstellung ein, um Energie vom DC-Bus abzuführen. In diesem Modus verhält sich die MagnaLOAD ähnlich wie ein Schutzgerät und stellt sicher, dass der DC-Bus die programmierte Spannungsschwelle nicht überschreitet. Der Shunt-Regler-Modus ist besonders nützlich in Anwendungen mit bürstenlosen DC-Antrieben, die beim Bremsen einen Anstieg der Busspannung verursachen können. Abbildung 5 zeigt ein vereinfachtes Betriebsdiagramm für den Shunt-Regler-Modus.

Der Shunt-Regler-Modus verfügt über eine integrierte Hysterese, um Schwingungen und schnelles Ein- und Ausschalten zu verhindern. Die Spannungsschwelle, bei der die MagnaLOAD im Shunt-Regler-Modus eingreift, ist der programmierte Spannungssollwert plus 1% der Vollbereichs-Spannungsnennleistung des Geräts. Wenn beispielsweise eine ARx6.75-1000-14 (6,75 kW, 0-1000 Vdc, 0-14 Adc) MagnaLOAD auf 500 Vdc im Shunt-Regler-Modus programmiert wurde, würde die MagnaLOAD bei der wie folgt berechneten Spannungsschwelle beginnen, Energie abzuführen:

Die MagnaLOAD würde weiterhin Energie abführen, bis die DC-Busspannung unter 500 Vdc fällt. Wenn die Busspannung erneut über 510 Vdc steigt, würde die MagnaLOAD wieder eingreifen. Einige Anwendungen erfordern möglicherweise eine Änderung dieses 1%-Aufschlags, der durch Bearbeitung eines EPROM-Werts in der Software angepasst werden kann. Kontaktieren Sie den Magna-Power-Support für weitere Details.

Bei der Dimensionierung einer MagnaLOAD für den Einsatz im Shunt-Regler-Modus ist es wichtig, die Stromkapazität der MagnaLOAD zu berücksichtigen, wenn sie bei der Spannungsschwelle eingreift. Am obigen Beispiel der ARx6.75-1000-14 mit einem programmierten Spannungssollwert von 500 Vdc beträgt die Spannungsschwelle für diese MagnaLOAD 510 Vdc; daher ist der maximale Stromsollwert:

Rheostat-Regelungsmodus (nur ARx Serie und WRx Serie)

Die Verlustleistungsstufe der ARx Serie und WRx Serie MagnaLOAD besteht aus einer geschalteten Widerstandsmatrix, die in Reihe mit linearen Elementen gekoppelt ist. Der Rheostat-Regelungsmodus umgeht die linearen Elemente und ermöglicht die direkte Steuerung der geschalteten Widerstandsmatrix des MagnaLOAD. Während die meisten elektronischen Lasten für ihre verschiedenen Regelungsmodi eine Anstiegsrate angeben müssen, da sie die internen MOSFETs hoch- und herunterfahren, bietet der Rheostat-Regelungsmodus ein echtes Sprungverhalten ohne die Einschränkungen der Schaltzeit von MOSFETs und ermöglicht einen sofortigen Wechsel von einem Widerstand zum anderen.

Im Rheostat-Regelungsmodus stehen insgesamt 31 verschiedene Widerstandszustände zur Verfügung. Jeder Widerstandszustand hat eine zugehörige Leistungsgrenze, die unter der Nennleistung des MagnaLOAD-Modells liegt und nicht überschritten werden darf. Widerstandszustände können im laufenden Betrieb bei aktiviertem DC-Eingang mit der maximalen Leistung des jeweiligen Widerstandszustands umgeschaltet werden. Die maximale Ausgangsspannung oder der maximale Ausgangsstrom des Modells kann bei jedem Widerstandszustand erreicht werden, solange die Leistungsgrenze dieses Widerstandszustands nicht überschritten wird.

Die 31 verfügbaren Rheostat-Widerstandswerte variieren je nach Modell. Die Rheostat-Widerstandswerte und Leistungsgrenzen für jeden Zustand sind im jeweiligen Benutzerhandbuch des Produkts im Abschnitt "Rheostat Mode" aufgeführt.