9-2022

Stromversorgung

Stromversorgung Anforderungen an DC/DC-Wandler Das leisten moderne DC/DC-Wandler Effizient, langlebig, ausfallsicher und individuell anpassbar - in Batterie-versorgten Gleichstromnetzen müssen DC/DC-Wandler hohen Ansprüchen genügen. Zumindest wünscht man sich das, aber der Weg dorthin hat viele Fallstricke. Gut geschützt und effizient: Auch mit aufwändigen Schutz- und Analysefunktionalität ausgestattet, erreichen aktuelle DC/DC-Wandler maximale Wirkungsgrade An moderne Gleichstromwandler werden die vielfältigsten Anforderungen gestellt. Dies gilt besonders, wenn sie in batterieversorgten Gleichstromnetzen eingesetzt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um stationäre Systeme zur Netzausfallüberbrückung handeln oder auch um mobile Anwendungen etwa in den Bordnetzen von Kraftfahrzeugen aller Art. Von 60 bis 9 Volt oder kurzfristig gar 6 Volt ist dabei die ganze Bandbreite von Speisespannungen möglich. Wie alle elektrischen Geräte müssen auch DC/DC-Wandler den einschlägigen EMV-Vorschriften genügen. Sie dürfen weder Störsignale aussenden, noch von Störstrahlungen beeinflusst werden. Ein aktiver Verpolungsschutz ist ebenfalls unabdingbar, damit die von ihnen versorgten Applikationen bei einer gewollten oder ungewollten Vertauschung der eingangsseitigen Polarität vor Schäden geschützt sind. Die Potentialtrennung sorgt dafür, dass die Versorgungsspannung auch im Fehlerfall niemals auf die Sekundärseite durchschlagen kann. Dank der galvanischen Trennung ist das System auch gegen Störungen durch Überspannungen gefeit. Weil im Batteriebetrieb die elektrische Energie nicht unbegrenzt zur Verfügung steht, dürfen diese Schutzmaßnahmen keinesfalls zulasten der Effizienz gehen. Dass dies nicht der Fall sein muss, beweisen verschiedene DC/DC-Wandler. Zum Beispiel hat der für den Industrieeinsatz konzipierte 72 Watt starke DC/DC-Wandler PSU-1141-08 über seinen gesamten Eingangsbereich von 9 Volt bis 32 Volt einen Wirkungsgrad über 94 Prozent. Und das bei voller Auslastung. Im Stand-by-Modus ohne Last sinkt die Leistungsaufnahme unter 50 Milliwatt. Wodurch der Energie-Vorrat der Batterie-Versorgung in Bereitschaft praktisch nicht be lastet wird. Wenn dann schlagartig die volle Leistung gefragt ist, verhindert eine aktive Einschaltstrombegrenzung die impulsartige Belastung des Versorgungsnetzes beim Zuschalten des Systems. Weder die Energiespeicher Autor: Hermann Püthe Geschäftsführender Gesellschafter inpotron Schaltnetzteile GmbH www.inpotron.com Der PSU-1141-08 ist ein DC/DC-Wandler für den Industrieeinsatz. Er hat auf der Primärseite einen elektronischen Verpolschutz sowie eine Einschaltstrombegrenzung. 158 PC & Industrie 9/2022

Stromversorgung Kostenloses Analysetool für die Evaluation digitaler Stromversorgungen diPSU-Evaluationskit ein universell einsetzbares FTDI-Schnittstellenkabel, welches den I²C-Bus auf USB übersetzt. Ebenso enthalten sind alle weiteren Hardware- Bausteine und Kabel, um sich per Plug&Play mit den Eigenschaften und den weitreichenden Auswertemöglichkeiten der neuen digitalen DC/DC-Wandlerfamilie vertraut zu machen. Statt generischer Beispiele und abstrakter Beschreibungen bietet Elec-Con zwei Stunden individuellen Live-Support, damit Kunden unmittelbar mit der Implementierung der umfangreichen Funktionalität in ihrer eigenen Zielapplikation starten können. EC-diPSU Monitoring- Software 2.0 online Auf der Website von Elec-Con, dem Entwicklungshaus für kundenspezifische Leistungselektronik bis 1 kVA, steht ab sofort die Version 2.0 der Monitoring-Software EC-diPSU für die digital geregelten DC/DC-Wandler der Baureihe diPSU zum kostenfreien Download bereit. Eine der wesentlichen Neuerungen: Die Adresse der I²C- Datenschnittstelle ist jetzt einstellbar. Damit ist EC-diPSU von Elec- Con universell für viele Aufgaben rund um den lizenzfreien seriellen Bus nutzbar. Ende letzten Jahres hatte Elec-Con mit seiner Baureihe diPSU DC/DC-Wandler mit digital konfigurierbarer Regelung vorgestellt. Ihre aktuellen Zustandsdaten teilen diese Wandler bis zu 400 mal in der Sekunde über die eingebaute I²C-Schnittstelle und eignen sich damit optimal, um etwa Predictive-Maintenance- Lösungen ohne zusätzliche Sensoren zu realisieren. Um den Datenstrom bequem auf dem PC visualisieren und weiter analysieren zu können, stellt Elec-Con mit EC-diPSU ein entsprechendes Monitoring-Tool zum kostenfreien Download über seine Website bereit. In der aktuellen Version 2.0 kann die PC-Software sowohl die I²C-Bus-Adresse der angeschlossenen Wandler auslesen als auch diese auf definierte Werte verändern, damit auf dem gleichen Bus unterschiedliche Geräte miteinander kommunizieren können. Universell einsetzbares FTDI-Schnittstellenkabel Da PCs in aller Regel über keine von außen zugängliche I²C- Schnittstelle verfügen, enthält das Die I²C-Schnittstelle ist ein einfacher, serieller Datenbus, welcher mit zwei Leitungen auskommt. Ursprünglich 1982 von Philips entwickelt, ist dieser Master- Slave-Bus seit 2006 lizenzfrei nutzbar. Der I²C nutzt einen Adressraum von 7 Bit. 16 der 128 möglichen Adressen sind für Sonderzwecke reserviert, daher können über die beiden Leitungen maximal 112 Busknoten gezielt angesprochen werden. • Elec-Con technology GmbH sales@elec-con.com www.elec-con.com selbst noch parallel angeschlossene Baugruppen werden so geschädigt. Individuelles Design ist effizienter So unterschiedlich die Einsatzzwecke für Gleichstromwandler sind, so vielfältig sind die Anforderungen, die an ihr Design gestellt werden. Nur in den wenigsten Fällen lassen sich diese mit einem Wandler von der Stange optimal erfüllen. Mit modularen Konzepten halten sich die zusätzlichen Entwicklungskosten sowie der dafür nötige Zeitbedarf eines individuell angepassten DC/DC-Wandlers in überschaubaren Grenzen. Im Gegenzug erhält der Kunde ein ganz auf seine Bedürfnisse zugeschnittenes Produkt. Mit allen Zusatzfunktionen und Analyseinformationen, die er braucht. Es enthält etwa nur die wirklich notwendigen Kontakte und Verbindungen, überflüssige Filter oder andere Komponenten können eingespart werden. Auch das Wärmemanagement lässt sich so optimal an die Gegebenheiten des geplanten Einsatzes anpassen. Da ein mechanischer Lüfter zusätzliche Energie benötigt, störanfällig ist und etwa in medizinischen Ge räten unerwünschte Geräusche und Vibrationen erzeugt, ist der passiven Kühlung durch natürliche Konvektion der Vorzug zu geben. Das Ergebnis ist ein Gleichstromwandler, der im Dauerbetrieb rund um die Uhr zuverlässig funktioniert, für mindestens zehn Jahre oder länger. Und dabei Temperaturen zwischen -40 °C und 85 °C locker wegsteckt. Im Extremfall auch bis +95 °C. Besonders bei einer redundanten Stromversorgung, welche bei Ausfall des Wechselstromnetzes den sicheren Betrieb gewährleisten soll, ist das von essenzieller Bedeutung. Smarte Wandler als wertvolle Datenquelle Moderne Gleichstromwandler sind nicht bloß verlässliche Gleichspannungsquellen. Über gängige Industrie-Bus-Systeme, wie etwa KNX, DMX oder Asi lassen sie sich fernsteuern und stellen im Gegenzug eine Fülle von wertvollen Daten zur Systemanalyse zur Verfügung. Durch die Auswertung von Betriebszuständen wie Leistungsaufnahme, Betriebsstunden oder Temperatur lassen sich Stromnetze wirtschaftlicher und sicherer betreiben. Nimmt zum Beispiel der Energiebedarf einer versorgten Maschine im Laufe der Zeit zu, deutet dies auf eine notwendige Wartung hin. Bahnt sich eine kurzfristige Überlastung der Stromversorgungen an, können aktuell nicht benötigte Verbraucher, etwa Displays, ausgeschaltet werden. Lastspitzen werden vermieden, wenn während des Anlaufs eines DC-Motors nicht zusätzlich der Thermotransferdrucker ein Protokoll anfertigt. Vernetzte Systeme werden so zuverlässiger und stabiler mit Energie versorgt. Gleichzeitig sinken Anschaffungs- und Betriebskosten, weil die Überdimensionierung der Applikationen wegfällt. ◄ PC & Industrie 9/2022 159