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6-2017

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Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Stromversorgung Bild 5:

Stromversorgung Bild 5: Stromverlauf Netzteil 120 W mit passiver Klasse A PFC Bild 6: Stromverlauf Netzteil 120 W mit aktiver Klasse D PFC sich darin, dass die Strombegrenzung oftmals mit einem Heißleiter (NTC) realisiert wird, welcher in Reihe zum Eingang liegt. Bei Netzteilen höherer Leistungsklassen wird dies z.B. durch ein Relais übernommen, welches einen Widerstand in Reihe kurz nach dem Hochlaufen überbrückt. Hier ist zu beachten, dass der Einschaltstrom im kalten und warmen Zustand nahezu identisch ist. Bei der Lösung mittels NTC können sich Unterschiede je nach Betriebstemperatur ergeben. Temperaturmessungen / Derating Wie jedes elektronische Bauelement unterliegt auch ein Netzteil einem Derating, mit der Maßgabe, dass die entnommene Ausgangsleistung der Erwärmungssituation angepasst wird. Da das Netzteil die Ausgangsleistung nicht selbst herunterregelt, muss es auf Basis der maximalen Betriebsbedingungen und entsprechend der Deratingkurve bzw. faktor (aus dem Datenblatt) ausgewählt werden. Maßgebliche Bedingungen sind: a) Art der Kühlung aktiv – passiv b) Eingangsspannung c) Ausgangsleistung d) Umgebungstemperatur des Netzteils e) Temperaturerhöhung durch Wärmeabgabe der angeschlossenen Elektronik f) Art des Einbaus z.B. Überkopf Zur Auswahl des geeigneten Netzteils ist es von Vorteil, die endgültige Betriebstemperatur (d+e) recht früh in der Entwicklungsphase zu bestimmen. Etwas schwieriger gestaltet sich die Aussage in Bezug auf die Art der Kühlung und insbesondere auf die Art des Einbaus. Hierzu können aussagekräftige Ergebnisse bereits am Modell getroffen werden. Magic Power Technology führt derartige Temperaturmessungen für seine Kunden an Nachstellungen der Applikation durch. Durch diesen Service kann recht früh in einem Projekt ein geeignetes Netzteil festgelegt werden, welches zum einen die Leistung sicher unter allen Umgebungsbedingungen dauerhaft zur Verfügung stellt, zum anderen auch preislich das Optimum darstellt. Deutlich wird dies an einem Beispiel: Als maximale Eckdaten sind seitens der Anwendung 45 W im lüfterlosen Betrieb bei bis zu 50 °C Umgebungstemperatur der Gesamtapplikation notwendig. Ein Delta von +20 °K ergibt sich innerhalb des Gehäuses durch die Eigenerwärmung der Elektronik und des Netzteils, was letztendlich zu 70 °C Betriebstemperatur für das Netzteil führt. Im ersten Schritt erscheinen laut Datenblatt das MPE-S065 und das Vergleichsgerät identisch. Beide erlauben bis zu 60 W bei Bild 7: Harmonische Oberwellen PFC Klasse A (rot Limit, blau Messwert) Bild 8: Harmonische Oberwellen PFC Klasse D (rot Limit, blau Messwert) 26 PC & Industrie 6/2017

Stromversorgung Bild 9: Schaltnetzteil an 230V AC (links) und 110V AC (rechts) Bild 10: Hold-Up Zeit an Netzteil Klasse A PFC mit 110V AC Eingang Bild 11: Hold-Up-Zeit an Netzteil Klasse A PFC mit 230V AC Eingang Bild 12: Messung Einschaltstrom einer Umgebungstemperatur von 50 °C. Über diesem Wert ist bei dem Vergleichsgerät ein Derating von -2,5%/°K anzusetzen, was zu entsprechend 30 W bei 70 °C führt. 100 W 90 W 80 W 70 W 60 W 50 W 40 W 30 W 20 W 10 W Hier kann das Vergleichsgerät dauerhaft die Leistung von 45 W bei 70 °C nicht sicher zur Verfügung stellen. Kurzfristig wird dies sicherlich funktionieren, mittelfristig ist mit 0 W -20 °C 50 °C 60 °C 70 °C Bild 13: Vergleich Derating MPE-S065 zu Vergleichsgeräten deutlich reduzierter Lebensdauer zu rechnen. Um bei entsprechendem Derating eine sichere Lösung zu finden wäre hier ein Netzteil von mindestens 90 W basierend auf Leistung Vergleichsgerät 60W Leistung Vergleichsgerät 90W Leistungsbedarf (45W) Leistung MPE-065 (60W) einem Derating >50 °C mit -2,5%/°K auszuwählen. Noch drastischer stellt sich die Situation dar, wenn das Derating bereits bei 40 °C einsetzt. Das MPE-S065 erreicht ein Derating von nur -0,75%/°K. Es erlaubt somit dauerhaft 51 W bei 70 °C auch bei längeren Betriebszeiten (Bild 13). Durch eine optimierte und ggf. mit Temperaturmessungen abge sicherte Auswahl des Netzteils unter Berücksichtigung der Deratingfaktoren lassen sich in vielen Fällen Platz und Kosten sparen. Fazit Besonders in den sensiblen Anwendungen der Medizintechnik ist es sehr wichtig, Leistungs- und Einsatzkriterien von Applikation und Stromversorgung optimal aufeinander abzustimmen. Die beschriebenen Messmethoden sind hierfür ein Hilfsmittel, das Sicherheit gibt. • Magic Power Technology GmbH www.mgpower.de PC & Industrie 6/2017 27

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