Diese Fallstudie präsentiert, wie vorteilhaft und einfach es ist, Instrumente in einem Testablauf zur Effizienz eines DC/DC-Wandlers mit verschiedenen Eingangsspannungs- und Laststromeinstellungen automatisch & agil fernzusteuern, einfach zu integrieren und zu adaptieren. Da dies viele Einzelmessungen erfordern würde, zeigen wir Ihnen, wie sich durch Automatisierung der Messaufgaben viel Zeit sparen lässt.
Die Zeitersparnis verstärkt sich rapide, sobald wir den Test mehrmals mit verschiedenen DC/DC-Wandlern oder mit unterschiedlichen Ausgangsspannungen wiederholen. Repetitive Tests können bei der Optimierung Ihres DC/DC-Wandler-Designs oder bei der Evaluierung unter verschiedenen Bedingungen hilfreich sein - zum Beispiel bei unterschiedlichen Temperaturen. Da wir nun wissen, welche Vorteile wir aus der Automatisierung dieser Art von Tests ziehen können, nehmen wir ein LM2596-basiertes DC/DC-Wandlermodul, dessen Ausgang auf 5 V eingestellt ist. Den Testaufbau unserer Geräte sehen Sie hier.
Einen Python-Code schreiben!
Um die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern und eine unmittelbare grafische Darstellung unserer Testergebnisse zu erhalten, benötigen wir eine einfache grafische Benutzeroberfläche (GUI) zur Eingabe der Eingangsspannung und des Ausgangsstroms sowie eine Starttaste, wie in der Abbildung zu sehen:
Erhalten wollen wir eine grafische Darstellung der Effizienzkurven für jede Eingangsspannung. Mit dieser können wir die Ergebnisse in eine .csv-Datei exportieren, um sie weiterzuverarbeiten oder noch schönere Grafiken zu erstellen.
Um die GUI zu erstellen, haben wir viele Möglichkeiten in Python, dieses Mal entscheiden wir uns für PyQT5. Hier ist ein Ausschnitt aus dem Code, wie wir die GUI einrichten und die benötigten Widgets hinzufügen:
Die Funktion zum Klick auf die Schaltfläche "Messung starten" ist sehr simpel. Wir iterieren durch den Eingangsspannungsbereich in 1V-Schritten, für jeden Eingangsspannungspegel iterieren wir durch den Ausgangsstrombereich in 100mA-Schritten.
Bei jedem Schritt messen wir die Eingangsspannung und den Eingangsstrom sowie die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom, wodurch wir den Wirkungsgrad des DC/DC-Wandlers für diesen Betriebspunkt leicht berechnen können.
Wir speichern den berechneten Wirkungsgrad (wie im obigen Ausschnitt zu sehen) sowie den Ausgangsstrom in einer Liste, die wir verwenden können, um die Kurve des Wirkungsgrads gegenüber dem Ausgangsstrom für jede Eingangsspannungseinstellung darzustellen.
Testergebnisse ermitteln
Wenn wir unser Python-Skript mit den gezeigten Einstellungen ausführen, führen wir insgesamt 560 Messungen durch (7 Spannungen x 20 Ausgangsstrompegel x 2 Spannungsmessungen x 2 Strommessungen) und erhalten folgendes Ergebnis:
Der Pyqtgraph Plot erlaubt es uns, die Daten in eine .csv-Datei zu exportieren. Das ist ein nette "kostenlose" Funktion, da wir dafür keine einzige Codezeile schreiben mussten.
Jetzt können wir den Test mit verschiedenen DC/DC-Wandlern, verschiedenen Ausgangsspannungseinstellungen und verschiedenen Spannungs- und Stromeinstellungen in unserer GUI durchführen oder jederzeit wiederholen.
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