Wie Wirkungsgrad messen/berechnen bei SMPS

[Al3ko -. (al3ko)]

Hi Leute,

Ich interessiere mich für die Verluste in einem DCDC Wandler. Ob Schalt- 
oder Durchlassverluste ist zweitrangig.

Verluste sind gegeben als

$$P_v=P_{in}-P_{out}$$

Wirkungsgrad ist

$$\eta=\frac{P_{out}}{P_{in}}$$

Soweit ist alles klar. Nun misst man "einfach" Spannung und Strom 
eingangs- sowohl ausgangsseitig, multipliziert die Größen miteinander 
und alles ist gut.

Aber irgendwie hänge ich gerade ein wenig. Die Größen haben doch alle 
einen Ripple, sind somit keine reinen DC Größen.

Wie berücksichtigt man dies ab einfachsten?

Meine Idee für die Eingangsleistung wäre:
Strom und Spannung miteinander zu multiplizieren, um so die zeitliche 
Leistung zu erhalten.

$$p(t)=u(t)i(t)$$

Diese Zeit integriere ich über eine Periodendauer. Ich erhalte also die 
Energie

$$W=\int_0^T_s p(t)dt$$

Diese Energie teile ich durch die Periodendauer und erhalte so die 
mittlere Leistung

$$P=\frac{1}{T_s}W=f_sW$$

Meine Idee für die Ausgangsleistung wäre:
Der Lastwiderstand ist bekannt und wird als konstant angenommen, also 
temperaturunabhängig. Gemessen wird er vorher mit einem Multimeter. Die 
Ausgangsspannung wird gemessen.

$$p(t)=\frac{1}{R}u_{out}^2(t)$$

Der Rest mit dem Integrieren etc. wird wie oben durchgeführt.

Ich messe Spannung und Strom mit einem Oszilloskop und speichere die 
Daten als .CSV Datei ab.

Einige von euch werden jetzt sagen, dass man einfach Multimeter 
verwenden kann, weil das im Ergebnis eh keinen großen Unterschied macht. 
Mir geht es allerdings darum, welche Methode "richtig" ist.

Kann jemand meinen Ansatz bestätigen oder verwerfen?

Kritik ist erwünscht.

Danke und Gruß

[Al3ko -. (al3ko)]

Update:
Alternativ hätte ich gedacht, das Signal mittels FFT in Grund- und 
Oberwellen zu zerlegen. Dann multipliziere ich jeweils Strom und 
Spannung und erhalte die Leistung in ihrer Grund- und Oberwelle. Dort 
addiere ich sie dann und erhalte ebenfalls die Leistung.

Da ich allerdings noch nie gut war in FFTs, würde ich diesen Weg gerne 
vermeiden :D


Gruß

[Mine Fields (Gast)]

Wieso so kompliziert? Mit dem Oszilloskop jeweils Ein/Ausgangsspannung 
aufnehmen, mit Mathematikfunktion multiplizieren, Mittelwert anzeigen 
lassen, fertig.

[Al3ko -. (al3ko)]

Mine Fields schrieb:
> Wieso so kompliziert? Mit dem Oszilloskop jeweils Ein/Ausgangsspannung
> aufnehmen, mit Mathematikfunktion multiplizieren, Mittelwert anzeigen
> lassen, fertig.

Grande!

Genau das, was ich rechnerisch machen wollte, macht mir das Oszilloskop.

Dann muss ich ja nicht mal selbst den Taschenrechner bedienen.

Danke.

[Al3ko -. (al3ko)]

Eine Frage hätte ich noch bezüglich der Schaltverluste.

Mir wurde mal folgende Methode zur messtechnischen Bestimmung der 
Schaltverluste erklärt.

Und zwar wird die Schaltenergie als konstant angenommen. Die 
Schaltleistung ist proportional zur Schaltenergie

$$P_s=f_sW_s$$

mit
P_s : Schaltleistung
f_s : Schaltfrequenz
W_s : Schaltenergie

Die Verluste sind gegeben als

$$P_v=P_s+P_{restl}$$

P_restl sind die restlichen Verluste im DCDC Wandler, sowohl die 
Durchlassverluste als auch in der Drossel, Dioden etc.
Die Verlustleistung haben wir ja jetzt oben geklärt. Die können einfach 
mittels Oszilloskop ermittelt werden.

Unbekannt sind P_s und P_restl. Wenn ich nun also zwei verschiedene 
Frequenzen nehme (z.B. 5kHz und 10kHz), kann ich für die zwei 
Unbekannten zwei Gleichungen aufstellen und diese lösen.

Somit habe ich die Schaltverluste bestimmt. In meinen Augen klingt das 
plausibel. Habe ich irgendwas nicht berücksichtigt oder verletze ich 
irgendeine Annahme?

Lieber MaWin, gibt es auch da einen einfacheren Weg?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Klaus Dietmar schrieb:
> Habe ich irgendwas nicht berücksichtigt
Du hast evtl. nicht berücksichtigt, dass der ganze Aufbau eine solche 
Frequenzänderung gar nicht verdauen könnte. Oder durch diese Änderung 
einen anderen Arbeitspunkt einnimmt (weil z.B. die Spule weiter in 
Richtung Sättigung geht und die Induktivität dadurch nichtlinear ist)...