Die Fehlersuche ist ein Prozess, der uns so oft auf die einfachsten Probleme zurückzuführen scheint. Wenn viele Teile eines Systems plötzlich ausfallen, sei es die Sensorik oder ein ganzer SPS-Schaltschrank, kann dies auf ein fehlerhaftes Netzteil hindeuten.

Das Testen von Netzteilen ist normalerweise ein relativ schneller Vorgang, aber ohne die richtigen Informationen können einige Ergebnisse irreführend sein. Verschiedene Arten von Netzteilen bieten außerdem unterschiedliche Möglichkeiten zur Reparatur. In vielen Fällen ist es deutlich effizienter, das Netzteil einfach auszutauschen, sobald ein fehlerhaftes Netzteil identifiziert wurde.

 

Schritt eins: Testen mit einem Voltmeter

Der erste Schritt besteht darin, die Netzteilklemmen mit einem Voltmeter zu testen. Aber ist es sinnvoller, zuerst die Eingangs- oder die Ausgangsklemmen zu prüfen? Die Antwort kann von den Symptomen abhängen. 

Wenn wir feststellen, dass jedes einzelne Gerät, das vom Netzteil mit Strom versorgt wird, „ausgeschaltet“ ist, dann ist das Netzteil der Hauptverdächtige. Hier gibt es ein wichtiges Symptom, das bei der Diagnose des Problems helfen kann. Die meisten Netzteile verfügen über eine LED mit der Bezeichnung „DC OK“ oder „Power“, die leuchtet, wenn das Netzteil ordnungsgemäß funktioniert. Wenn die LED leuchtet, können wir mit dem zweiten Schritt, der Prüfung unter Last, fortfahren.

Wenn die LED nicht leuchtet, funktioniert das Netzteil nicht, und es wäre sinnvoll, zuerst die Eingangsklemmen zu prüfen. Wenn am Eingang ordnungsgemäß Spannung anliegt, können wir Probleme vor dem Netzteil ausschließen. Die meisten Netzteile werden mit Wechselspannung versorgt, entweder einphasig oder dreiphasig, daher sollte das Messgerät auf den Wechselspannungsmodus eingestellt werden. Wenn keine Spannung festgestellt wird, prüfen Sie vorgeschaltete Sicherungen, Leistungsschalter oder Trennschalter für die Abzweigung.

 

Abbildung 1. Die meisten industriellen Netzteile verwenden eine ein- oder dreiphasige Eingangsspannung, erkennbar an den Klemmenbezeichnungen L/N oder L1/L2/L3.

 

Wenn am Eingang eine Spannung innerhalb des zulässigen Nennbereichs gemessen wird, ist nun der Ausgang der entscheidende Faktor dafür, ob die Geräte ordnungsgemäß mit Strom versorgt werden. Beim Testen der Ausgangsklemmen sollte ein Wert sehr nahe an der Nennausgangsspannung gemessen werden. Verwenden Sie für diesen Test den Gleichspannungsmodus des Messgeräts.

 

Spannungseinstellung

Industrielle Netzteile können manchmal innerhalb eines kleinen Bereichs eingestellt werden, um den Ausgang fein abzustimmen. Dies dient jedoch dazu, Belastungseffekte auszugleichen, nicht zeitbedingte Ausfälle. Sie sollten diese Einstellung gleich zu Beginn der Installation vornehmen, wenn das System eingeschaltet ist und alle Geräte laufen. Sie sollte nicht verwendet werden, um die Spannung zu erhöhen, wenn sie nach Jahren des Betriebs eines Tages plötzlich abfällt.

 

Abbildung 2. Klemmen zur Spannungseinstellung sind bei den meisten Netzteilen vorhanden.

 

Testen mit einer Breakout-Platine

Nahezu alle Schaltschränke verwenden Reihenklemmen zur Verteilung von Strom und Steuersignalen. Die Anschlüsse + und - des Netzteils sind normalerweise mit Leitungen verbunden, die die Spannung zu diesen Verteilungspunkten führen. Wenn das Netzteil schwer erreichbar ist, suchen Sie diese Reihenklemmen, um die Ausgangsspannung zu testen.

Manchmal ist der Ausgang einfach zu klein, um ihn zu testen, etwa bei einem USB-Kabel eines Handy-Ladegeräts. In anderen Fällen sind die Klemmen äußerst schwer zugänglich und hinter Kabelsträngen verborgen. Wenn der Test besonders wichtig ist, können Breakout-Platinen erworben werden. Diese Platinen verwandeln das kleine oder unzugängliche Kabel in eine größere Platine mit leicht zugänglichen Klemmen. Ich versuche, in meiner Werkstatt ständig ein paar solcher Platinen vorrätig zu haben.

 

Abbildung 3. Breakout-Platinen ermöglichen Tests, wenn die Klemmen des Netzteils nicht leicht zugänglich sind.

 

Schritt zwei: Prüfen unter Last

Wenn wir feststellen, dass der Eingang des Netzteils korrekt ist, der Ausgang jedoch AUS ist, bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass das Netzteil ausgefallen ist. Im vorherigen Schritt wurde die Messung unabhängig davon durchgeführt, ob die Last aktiv war oder nicht. Sollte die Last während des Tests angeschlossen sein oder nicht? Die richtige Antwort lautet: beides.

 

Ausgangstest ohne Last

Testen Sie zunächst die Ausgangsklemmen, wenn die Last getrennt ist (Leerlaufspannung). Wenn die Ausgangsspannung korrekt ist, bedeutet dies, dass das Problem wahrscheinlich in einer Überlastung, möglicherweise einem Kurzschluss, weiter unten im Stromkreis liegt. Wenn die Leerlaufspannung plötzlich zu niedrig geworden ist oder vollständig ausgefallen ist, ist wahrscheinlich das Netzteil das fehlerhafte Bauteil. 

Denken Sie auch vor diesem Schritt daran, die Eingangsspannung zu prüfen. Wenn kein Eingangssignal vorhanden ist, kann auch kein Ausgang erwartet werden – das Netzteil ist nicht die Fehlerursache.

 

Lasttest

Sobald der Ausgang im Leerlauf als korrekt bestätigt wurde, sollte der Lasttest durchgeführt werden. Dies ist der Praxistest, da die Leerlaufspannung nicht tatsächlich der Wert ist, den wir bestimmen möchten. Wir müssen wissen, ob das Netzteil noch funktionieren kann, wenn die Geräte angeschlossen sind.

Schließen Sie die Lastverdrahtung wieder an und prüfen Sie, was passiert. Es gibt zwei mögliche Szenarien:

Die Ausgangsspannung sollte sich leicht verringern. Das ist normal. Wenn Strom durch die Last fließt, fällt die Quellenspannung immer ab. Der Abfall sollte jedoch nicht erheblich sein, wobei schwer zu sagen ist, wie groß er genau sein darf. Man kann lediglich sagen: „Wenn der Abfall zu groß ist, fällt das Netzteil aus und kann die Last nicht mehr bewältigen.“ Verringern Sie die Last oder tauschen Sie das Netzteil aus.

Die Ausgangsspannung kann auf null abfallen. Dies ist häufig bei Netzteilen mit Überlastschutz zu beobachten, wie ihn viele industrielle Netzteile besitzen. Wenn zu viele Lastgeräte verwendet werden, können sie etwas zu viel Leistung aufnehmen. Falsch angeschlossene oder ausgefallene Lastleitungen können Kurzschlüsse verursachen und VIEL zu viel Leistung aufnehmen. In beiden Fällen liegt der Laststrom über dem zulässigen Höchstwert, und die Ausgangsspannung fällt auf null. Sobald die Last entfernt wird, kehrt die Spannung zurück. Ermitteln und beseitigen Sie die Ursache der Überlastung.

 

Schritt drei: Prüfung der Bauteile

Lineare Netzteile und Schaltnetzteile liefern beide Ausgangsspannungen, aber die Vorgehensweise unterscheidet sich erheblich.

Wenn ein Schaltnetzteil angeschlossen ist, sind viele Bauteile im Inneren mit der Netzspannung verbunden, auch diejenigen auf der Ausgangsseite des Transformators. Es wird nicht empfohlen, das Innere eines Schaltnetzteils zu testen oder zu reparieren, es sei denn, Sie verfügen über die richtigen Werkzeuge und die entsprechende Ausbildung.

Lineare Netzteile liefern mehr Leistung und werden häufig für Bewegungsgeräte eingesetzt. Sie sind tendenziell teurer, wodurch sich eine Reparatur eher lohnen kann. Dennoch können die Stunden für Prüfung und Reparatur teurer sein als ein komplett neues Netzteil. Der Aufbau eines linearen Netzteils ist jedoch relativ einfach, sodass das Testen nicht allzu schwierig ist.

Zunächst besitzt ein Transformator (in der Regel ein großer) eine primäre Eingangswicklung, an der die Wechselspannung des Netzteils anliegt. Die Spannung der Sekundärwicklung sollte irgendwo im Datenblatt oder auf dem Aufkleber des Bauteils angegeben sein und kann ebenfalls als Wechselspannung gemessen werden. Normalerweise befindet sich eine Sicherung in Reihe mit dem Transformator oder ist sogar in ihn integriert. Dieses Bauteil kann ausgefallen sein.

Als Nächstes besteht ein Brückengleichrichter aus zwei Dioden, die jederzeit in Reihe geschaltet sind. Alle nachfolgenden Bauteile, wie der Glättungskondensator, führen nun Gleichspannung. Seien Sie beim Testen von Kondensatoren vorsichtig; sie können häufig eine gefährliche Ladung speichern. Die hohe Impedanz eines Voltmeters ermöglicht jedoch einen sicheren Test dieser relativ niederspannigen Netzteile. Der Abschnitt zwischen Gleichrichter und Regler kann eigentlich nur mit einem Oszilloskop korrekt gemessen werden.

 

Abbildung 4. Dieses lineare Netzteil verfügt über eine Sicherung (1) in Reihe mit dem Transformator (2), der primäre und sekundäre Klemmen besitzt, den Brückengleichrichter (3) und einen Kondensator (4). Ein Netzteil dieser Art wäre recht teuer, und der einfache Austausch der Bauteile könnte eine Reparatur sinnvoll machen.

 

Ein Spannungsregler ist das letzte Bauteil vor den Lastklemmen. Der Ausgang des Reglers sollte eine gleichmäßige, konstante Gleichspannung liefern und kann erneut mit einem Gleichspannungsvoltmeter getestet werden. Manchmal handelt es sich um ein einstellbares lineares Netzteil, wie bei einem üblichen Tischgerät mit zwei oder drei Ausgängen. Auch diese Regler können getestet werden, allerdings muss es eine Möglichkeit geben, die korrekte Ausgangsspannung zu berechnen, andernfalls ist die Messung bedeutungslos.

 

Zusammenfassung

Ein konsequenter, mehrstufiger Prozess kann Fehler in Netzteilen eingrenzen. Prüfen Sie zuerst die Eingangsspannung. Überprüfen Sie anschließend sowohl den Ausgang im Leerlauf als auch den Ausgang bei angeschlossener Last, dann sollte sich die Fehlerquelle zurückverfolgen lassen. Schließlich kann der Fehler behoben oder das Netzteil bei Bedarf ausgetauscht werden. Das Testen von Netzteilen umfasst normalerweise nicht die Prüfung der internen Bauteile, bei einem guten linearen Netzteil kann dies jedoch sinnvoll sein. Bei Schaltnetzteilen wird eine Prüfung auf Bauteilebene fast nie durchgeführt.

 

Alle verwendeten Bilder wurden vom Autor zur Verfügung gestellt. Der Originalartikel wurde im September 2020 veröffentlicht.