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Vergleich zweier kommerzieller Labornetzgeräts mit einem Netzteil-Modul.


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Vergleich von Labornetzgeräten

Im Folgenden vergleichen wir drei Netzgeräte, die für das "Labor", Praktika, und Elektronik von Amateuren in Frage kommen.

DPS3003 70€ Netzteil-Modul inklusive Gehäuse und Stromversorgung
Korad KA3005P 90€ Fertiggerät
Voltcraft LSP-1403 180€ Fertiggerät
QJ1502C 33€ Fertiggerät

Das DPS3003 ist ein kleines Gerät aus China, das durch ein davor geschaltetes Netzteil mit einer Gleichspannung von 10V bis 40V versorgt werden muss. Außerdem kommen ein Gehäuse und Steckbuchsen dazu.

Der Vergleich ist interessant, weil das DPS3003 und das LSP-1403 Schaltnetzgeräte sind sowie das KA3005P und das QJ1502C ein lineare.

Alle vier Geräte haben eine digitale Anzeige. Beim QJ1502C ist die Bedienung analog über Potentiometer. Die drei anderen Geräte haben eine digitales Interface. Spannungen und Ströme werden rastende über Regler (Drehimpulsgeber) eingestellt.

Die wesentlichen Funktionen der Netzgeräte sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

Funktion DPS3003 KA3005P LSP-1403 QJ1502C
Anzeige der Ausgangsspannung C_ok C_ok C_ok C_ok
Anzeige des Ausgangsstroms C_ok C_ok C_ok C_ok
Gleichzeitige Anzeige der eingestellten Spannung C_ok C_cancel C_cancel C_cancel
Gleichzeitige Anzeige des eingestellten Stroms C_ok C_cancel C_cancel C_cancel
Abschaltung bei Überspannung C_ok C_ok C_ok C_cancel
Abschaltung bei Überstrom C_ok C_ok C_cancel C_cancel
Abschaltung bei zu hoher Leistung C_ok C_cancel C_cancel C_cancel
Abschaltung bei Überspannung unabhängig von eingestellter Ausgangsspannung C_ok C_cancel C_ok C_cancel
Abschaltung bei Überstrom unabhängig vom eingestellten Ausgangsstrom C_ok C_cancel C_cancel C_cancel
Einschaltfunktion ist auch bei Überstrom sicher C_ok C_cancel C_cancel C_cancel
Für Schutz bei 20mA bis 100mA geeignet C_cancel C_cancel C_cancel C_cancel
Parametersätze definierbar und einstellbar C_ok C_ok C_cancel C_cancel
Bedienbarkeit C_ok C_ok minus minus
lüfterloser Betrieb C_ok C_cancel C_ok C_ok
Schaltnetzteil / Linear S L S L
Störspannung gegen Erde/Schutzleiter C_ok C_ok C_ok C_ok
Statisches Regelverhalten C_ok C_ok C_ok C_ok
Dynamische Lastausregelung s_attention C_ok C_ok C_ok
Platz bei Preis / Leistung C_cancel 1 3 1

Anmerkungen

  1. Das LSP-1403 hat drei Betriebsbereiche, für die Spannung und Strom unabhängig eingestellt werden können.
  1. Die Überspannung kann beim LSP-1403 mit einen Trimmpoti per Schraubendreher eingestellt werden.
  1. Für das DPS3003 ist abhängig von der maximal Leistung und dem Gehäuse eventuell ein Lüfter notwendig.
  1. Für die Arbeit mit Versuchs- und Testschaltungen ist es sehr hilfreich, dass
  • beim Einschalten des Ausgangs per Taste (Einschaltfunktion) kein Überstrom auftritt,
  • ein unabhängiger einstellbarer Überspannungsschutz und,
  • Überstromschutz Fehlbedienungen erkennt und verhindert.
  • Das KA3005P hat keinen unabhängigen Schutz.
  • Der Überspannungsschutz des LSP-1403 ist umständlich über ein Trimmpoti per Schraubendreher einstellbar.
  • die dynamische Lastausregelung des DPS3003 ist so schlecht,
  • dass das DPS3003 für ein Labornetzgerät ungeeignet ist.

Bedienbarkeit

KA3005P

Das KA3005P hat eine große Anzeige für Spannung und Strom. Über LEDs wird der Zustand des Geräts angezeigt.

Das KA3005P wird über elf Tasten und einen rastenden Regler eingestellt. Über zwei Tasten kann kann die Digitalstelle der Werte gewählt werden. Natürlich werden die Stellen übertragen. Mit der Zeit kann es bei der Einstellung zu größeren Sprüngen kommen, der Drehgeber springt.

Das KA3005P bietet fünf Parametersätze, die gespeichert und geladen werden können.

KA3005.png
Bild 1: KA3005

Voltcraft LSP-1403

Das LSP-1403 eine große Anzeige von Spannung und Strom. Über LEDs wird der Zustand des Geräts angezeigt.

Das LSP-1403 wird über sechs Tasten und je einem rastenden Regler für Spannung und Strom bedient. Außerdem gibt es ein über einen Schraubendreher einstellbaren Überspannungsschutz.

Die Regler für Spannung und Strom wirken immer auf die letzte der vier Digitalstellen. Dadurch ist das Einstellen manchmal mühsam. Beim Rasten der Regler ist es meistens nicht möglich, einen gewünschten Wert exakt einzustellen, weil beim Verstellen oft um mehrere Stellen gesprungen wird.

LSP1403.png
Bild 2: LSP1403

DPS3003

Das DPS3003 hat ein kleines Bedienfeld von 68x33mm² inklusive der Anzeige. Mit vier Tastern und dem Regler mit Taster-Funktion ist die Bedienung ausreichend übersichtlich. Auf dem kleinen Bildschirm sind Spannung und Strom gut lesbar. Kleiner werden die voreingestellte Spannung und Strom dargestellt.

Die Einstellung von Spannung und Strom erfolgt über einen rastenden Regler. Mit dem Taster des Reglers kann die Digitalstelle der Werte gewählt werden. Natürlich werden die Stellen übertragen.

Die Bedienung des kleinen Reglers ist etwas fummelig.

Über Menüs lassen sich weitere Parameter wie Überstromschutz und Überspannungsschutz einstellen.

Das DPS3003 bietet bis zu neun einstellbare Parametersätze an, die ausgewählt werden können.

DPS3003.png
Bild 3: DPS3003

QJ1502C

Das QJ1502C ist ein Gerät für Puristen zu einem insbesondere Für Anfänger interessanten Preis.

Es zeigt an, was ausgegeben wird.

Die Einstellung von Spannung und Strom erfolgt über Standard 270°-Potentiometer, deren Knöpfe auch ziemlich klein geraten sind.

Der Ausgang lässt sich nicht ausschalten, sondern nur das ganze Gerät.

QJ1502C.png
Bild 4: QJ1502C

Fazit

  • Das KA3005P hat eine klare und funktionale Bedienung.
  • Die Anzeige, die Tasten und der Regler können gut bedient werden.
  • Die Einstellung über den Drehimpulsgeber ist leider mit der Zeit ungenau, weil die Kontakte des Drehimpulsgebers prellen.
  • Die Bedienoberfläche des DPS3003 ist übersichtlich und funktional.
  • die Tasten und der Regler sind relativ klein.
  • Die Anzeige und die Bedienung des LSP-1403 ist auf den ersten Blick klar.
  • Der Einstellung von Strom und Spannung ist über die Regler ungenau.
  • Die Anzeige und die Bedienung des QJ1502C sind einfach.
  • Die Einstellung von Strom und Spannung ist über die Regler ungenau.
  • Der Strom kann nur voreingestellt werden, wenn der Ausgang kurzgeschlossen ist.
  • Es bietet nur die Minimalfunktion.
Attention sticker

Elektronische Sicherung

Labornetzgeräte, die für höhere Leistung ausgelegt sind, sind oft nicht für die Sicherung von Schaltungen mit geringen Strömen geeignet. Daher wird für Ströme bis 100mA die Elektronische Sicherung für Spannungen bis 18V - begrenzend mit einbezogen.

Prototyp-18V.png

Diese Elektronische Sicherung ist für Spannungen von 3V bis 18V und auf Ströme von 20mA; 50mA; 100mA und 200mA einstellbar.

Die Elektronische Sicherung wird hinter den Ausgang des Netzteils geschaltet und erzeugt einen Spannungsabfall von maximal 100mV. Deshalb wird auch die Ausgangsspannung hinter der Elektronischen Sicherung gemessen.

Die Elektronische Sicherung soll gegen Überströme schützen. Sie ist keine Konstantstromquelle.

Messungen

Nachfolgend wird das Verhalten des DPS3003 im Vergleich zu den beiden kommerziellen Geräten untersucht.

Die drei Geräte haben im wesentlichen zwei Betriebsmodi:

  • Konstantspannung
  • Konstantstrom

Ausgangsspannungen bei Konstantspannung

U I DVM DPS3003 DVM KA3005P DVM LSP-1403 DVM QJ1502C KA3005P + ES
1V 0mA 0,99V 0,99V 1,00V 1,00V 0,94 (1,00V) 1,06V 1,0V
5V 20mA 4,99V 4,99V 5,00V 4,99V 4,98V (5,06V) 5,07V 5,0V 4,95V @ 18mA
5V 100mA 4,99V 4,99V 5,00V 4,99V 4,98V (5,03V) 5,05V 5,0V 4,91V @ 92mA
5V 500mA 4,96V 4,99V 5,00V 4,99V 4,97V (5,03V) 5,05V 5,0V
5V 1000mA 4,97V 4,99V 5,00V 4,99V 4,97V (5,03V) 5,05V 5,0V
5V 2000mA 4,95V 4,99V 5,00V 4,99V 4,97V (5,03V) 5,04V 5,0V

DVM = Digital-Voltmeter zum Vergleich.

DPS3003 + ES = Spannung hinter der Elektronischen Sicherung.

U und I wurden eingestellt. Beim LSP-1403 konnte die Ausgangsspannung nur auf die Werte in der Klammer eingestellt werden.

4,95V @ 18mA Spannung hinter der Elektronischen Sicherung bei 18mA. Die Sicherung löst bei 20mA aus.

  • Das DPS3003 und KA3005P sind auf 1% des Messwertes genau.
  • Das LSP-1403 weicht bei 1V über 5% ab.
  • Die Messwerte des QJ1502C müssen in Relation zur Auflösung von 0,1V gesehen werden.

Ausgangsstrom bei Konstantspannung

U I DAM DPS3003 DAM KA3005P DAM LSP-1403 DAM QJ1502C
5V 20mA 0,0198A 0,018A 0,0198A 0,017A 0,0200A (0,023A) 0,0200A 0,02A
5V 100mA 0,100A 0,099A 0,100A 0,097A 0,0998A (0,104A) 0,100A 0,10A
5V 500mA 0,502A 0,503A 0,500A 0,500A 0,496A (0,502A) 0,503A 0,50A
5V 1000mA 1,008A 1,10A 1,005A 1,005A 1,008A (1,014A) 1,004A 1,00A
5V 2000mA 2,037A 2,040A 2,047A 2,047A 2,073A (2,079A) 2,007A 2,00A
12V 100mA 0,109A 0,107A 0,109A 0,104A 0,109A (0,114A) 0,100A 0,10A
12V 1140mA 1,141A 1,141A 1,144A 1,140A 1,151A (1,157A) 1,156A 1,15A

DAM = Digital-Amperemeter zum Vergleich.

U und I wurden eingestellt. Beim LSP-1403 konnte der Ausgangsstrom nur auf die Werte in der Klammer eingestellt werden.

  • Bei kleinen Strömen weichen alle Geräten erheblich vom Messwert ab, 10% und mehr sind möglich.
  • Die Ströme beim QJ1502C müssen in Relation zur Auflösung von 10mA gesehen werden.
  • Bei größeren Strömen sind sie besser als 1%.

Ausgangsstrom bei Konstantstrom

Wir betrachten den Konstantstrom als elektronische Sicherung.

In manchen Fällen z.B. beim Betrieb von LED ist der Betrieb mit Konstantstrom sinnvoll.

U I DAM DPS3003 DAM KA3005P DAM LSP-1403 DAM QJ1502C KA3005P + ES
5V 20mA 0,023A 0,021A 0,024A 0,020A 0,016A (0,021A) 0,027A 0,02A 21mA
12V 20mA 0,023A 0,021A 0,024A 0,020A 0,016A (0,021A) 0,102A 0,10A 15,8mA
5V 100mA 0,103A 0,102A 0,102A 0,099A 0,099A (0,104A) 0,511A 0,50A 103mA
12V 100mA 0,103A 0,102A 0,102A 0,099A 0,099A (0,104A) 1,005A 1,00A 71mA
5V 1000mA 1,003A 1,003A 0,999A 0,995A 0,995A (1,001A) 2,003A 2,00A

DAM = Digital-Amperemeter zum Vergleich.

U und I wurden eingestellt. Beim LSP-1403 konnte der Ausgangsstrom nur auf die Werte in der Klammer eingestellt werden.

  • Bei kleinen Strömen weichen alle Geräten erheblich vom Messwert ab, 10% und mehr sind möglich.
  • Bei größeren Strömen sind sie besser als 1%.

Störspannungen

U I DPS3003 KA3005P LSP-1403 QJ1502C
5V 0mA 7mVss 4mVss 25mVss 4mVss
5V 20mA 7mVss 4mVss 25mVss 4mVss
5V 100mA 10mVss 4mVss 28mVss 4mVss
5V 1000mA 14mVss 4mVss 13mVss 4mVss
5V 2000mA 17mVss 4mVss 12mVss 4mVss
12V 1200mA 17mVss 4mVss 13mVss 4mVss
  • Das DPS3003 ist immer schlechter als das KA3005P und QJ1502C aber vergleichbar mit dem LSP-1403.

Isolation vom Netz / Brummspannung

In der folgenden Tabelle wird der Betrieb des DPS3003 mit drei 230V-Netzteilen gemessen.

  • Notebook-Netzteil von Dell, schutzisoliert
  • Tischnetzteil Mango mit Schutzleiter, der mit dem Minus-Pol des Ausgangs verbunden ist
  • Notebook-Netzteil von Lenovo mit Schutzleiter, der intern zur Störspannungsunterdrückung dient.
Messung DPS3003
+ Dell
DPS3003
+ Mango
DPS3003
+ Lenovo
DPS3003
+ Mean Well
DPS3003
+ Mean Well M + C
KA3005P LSP-1403 QJ1502C
Spannung gegen Schutzleiter 110V~ 3mV~ 260mV~ 40V~ 2,5V~ 50mV~ 1150mV~ 44mV~
Widerstand gegen Schutzleiter ~ 0.5Ω 0,9MΩ > 40MΩ 1MΩ > 40MΩ > 40MΩ >40MΩ
Strom zum Schutzleiter 90µA~ 30µA~ 150µA 150µA 5µA~ 158µA~ 12µA~

Die Störspannung waren immer 50Hz. Manchmal waren diese mit weiteren Spannungen überlagert. Die grau hinterlegten Felder führten zum Ausschluss des Netzgeräts.

Reaktionszeiten

Von Labornetzgeräten wird erwartet, dass sie auf Fehlersituationen schnell und korrekt reagieren.

Die folgenden Messungen stellen typische Situationen im Elektronik-Labor nach.

  • Die ersten vier Messungen überprüfen die Wirkung als elektronische begrenzende Sicherung.
  • Die fünfte und sechste Messung überprüfen die Wirkung als abschaltende elektronische Sicherung.
  • Die siebte Messung überprüft den abschaltenden Überspannungsschutz nach einem Kurzschluss.

Wie schnell reagieren die Schutzfunktionen?

Nr. Einstellung Aktion DPS3003 KA3005P LSP-1403 QJ1502C KA3005 + ES
1 U=5,0V; Imax=20mA Leerlauf -> 100Ω 50mA; 60ms 50mA; 60ms 50mA; 240ms 50mA; 200ms 50mA; 16µs
2 U=5,0V; Imax=20mA Aus -> 100Ω 20mA; 60ms 20mA; 60ms 50mA; 800ms 20mA; 150ms
3 U=5,0V; Imax=20mA Leerlauf -> 1Ω 5A, 4ms 5,0A; 800µs 5A; 14ms 5A; 250µs 1A; 1µs
4 U=5,0V; Imax=20mA Aus -> 1Ω 20mA, 1ms 350mA; 600µs 300mA; 12ms 25mA; 10ms
5 U=5,0V; Imax=100mA Leerlauf -> 1Ω 5A; 2,4ms 5A; 800µs 5A; 14ms 5A; 3ms 3A; 1µs
6 U=5,0V; Imax=1A Leerlauf -> 1Ω 5A; 2,4ms 5A; 800µs 5A, 14ms 5A; 8ms
7 U=5,0V; Iocp=1A Leerlauf -> 1Ω 5A; 2,4ms; 24ms 5A; 800µs; 4ms -
8 U=12,0V; Uovp=5V; Imax=1A Kurzschluss
-> 250Ω
Us=5V; 600ms Us=6V; 200ms Us=12V; 4s
9 U=12,0V; Uovp=5V; Imax=1A Kurzschluss
-> offen
Us=5V; 1100ms Us=6V; 200ms Us=12V; 4s
U eingestellte Ausgangsspannung
Imax eingestellter Ausgangsstrom
Iocp eingestellter Strom für Abschaltung
Uovp eingestellte Spannung für Abschaltung
Us maximale Spannung am Ausgang

(1) bis (6) Strombegrenzung

Mit 50mA; 60ms

  • ist der Spitzenstrom;
  • die Zeit bis zum eingestellten Strom gemeint.

(2) und (4) Das Gerät ist ausgeschaltet und wird per Taster eingeschaltet.

(7) Überstromabschaltung

Mit 4,5A; 2,4ms; 24ms bzw. 4A; 800µs; 4ms

  • ist der Spitzenstrom;
  • die Zeit bis zum eingestellten Strom von 1A;
  • die Zeit bis zum Anschalten gemeint.

(8) und (9) Überspannungsabschaltung

Mit Us=5V; 1100ms

  • ist die maximale Spannung und
  • die Zeit bis zum eingestellten Strom gemeint.
  • Der Überspannungs- und Überspannungsschutz des KA3005P ist nicht unabhängig von der Einstellung der Ausgangsspannung:
    U = Uovp und Imax = Iocp.
  • Die Reaktionszeiten der Schaltnetzteile ist, wie zu erwarten, höher als beim linearen KA3005P.
  • Das LSP-1403 reagiert erheblich langsamer als das DPS3003.
  • Die Reaktionszeiten des DPS3003 sind nur wenig höher als beim KA3005P.
  • Die Elektronische Sicherung reagiert fast 1000 mal so schnell wie wie die Labornetzgeräte.
  • Die Überspannungsabschaltung des DPS3003 ist zwar langsamer als die des KA3005P. Allerdings wirkt sie unabhängig von der eingestellten Ausgangsspannung.
  • Beim DPS3003 gibt es beim Einschalten per Taster keinen Überstrom. Das KA3005P und das LSP-1403 erlauben sich kurzzeitig mehr als den zehnfachen Strom.
  • Das QJ1502 hat keine Taste zum Einschalten. Der Netzschalter wurde benutzt. Es gab keinen Überstrom.

Lastausregelung

Für unsere Praktika und Aufbauten brauchen wir vor allem ein Netzgerät, dass bei kleinen Strömen von 100mA bis 1A kleine Schwankungen bei Lastwechseln zeigt.

Wir messen, wie sich die Geräte verhalten, wenn wir bei 5V 100Ω, 10Ω oder 3,3Ω ein- und ausschalten oder zwischen 10Ω und 5Ω umschalten.

Nr. Aktion DPS3003 KA3005P LSP-1403 QJ1502C
1 Leerlauf -> 100Ω 50mV; 3mV; 50ms 8mV; 3mV; 1ms 20mVss; nicht erkennbar 6mV; 6mV; 1ms
3 Leerlauf -> 10Ω 250mV; 50mv, 50ms 60mV; 50mV; 6ms 20mV; 15mV; 10ms 40mV; 40mV; 1,2ms
4 10Ω -> 5Ω 50mV; 0mV; 50µs 50mV; 10mV; 0,3ms 50mV; 0mV; 2ms 40mV; 20mV; 100µS
4 Leerlauf -> 3,3Ω 300mV; 50mV; 60ms 120mV; 100mV; 10ms 120mV; 30mV; 80ms 70mV; 60mV; 1,5ms

In der obigen Tabelle nur die Werte für das Abschaltverhalten angegeben. Dad Verhalten beim Einschalten ist ähnlich, wie beim Abschalten. Allerdings senkt sich die Spannung ab. Meistens ist der Effekt geringer.

Die Werte bedeuten:

50mV; 3mV; 50ms : Überschwingen; Unterschwingen; Zeit bis 10%

  • Die Lastausregelung des KA3005P, LSP-1403 und selbst des QJ1502 sind für das Labor eines Amateurs gut.
  • Das DPS3003 zeigt bei der Lastabschaltung ein relativ hohes Überschwingen von fast 0,3V, das auch bei Digitalschaltungen bedenklich ist.
  • Das DPS3003 sollte nicht für Tests und Entwicklung in der Elektronik eingesetzt werden.
DynamischeLastausregelung.png
Bild 4: Dynamische Lastausregelung

In Bild 4 wird die Messung mit Leerlauf -> 10Ω dem KA3005P oben gelb das DPS3003 mitte gelb gegenübergestellt.

DynamischeLastausregelung_3.png
Bild 5: Dynamische Lastausregelung

In Bild 5 wird die Messung mit Leerlauf -> 3,3Ω dem KA3005P oben gelb das DPS3003 mitte gelb gegenübergestellt. (Die Skalierung ist 200mV gegenüber 100mV in Bild 1).

Fazit

  • Das KA3005P und das DPS3003 haben im Großen und Ganzen vergleichbare Werte.
  • Das DPS3003 zeigt bei der dynamischen Lastausregelung ein Verhalten, dass auch im Labor von Amateuren nicht akzeptiert werden sollte.
  • Das KA3005P ist bezüglich der Störspannungen und der Reaktionszeit besser als das DPS3003.
  • Das LSP-1403 kann in vielen Bereichen nicht mit dem KA3005P und auch dem DPS3003 mithalten.
  • Das Q1402C schlägt sich in den elektrischen Werten gegenüber den anderen Geräten überraschend gut.
  • Die Einstellung der Werte mit den einfachen Potentiometern ist sehr schwierig.
  • Sie reagiert fast 1000 mal schneller als die getesteten Labornetzgeräte.
  • Der Spannungsabfall ist unter 100mV.