Schaltnetzteile für Industrieanwendungen  

Schaltnetzteile für Industrieanwendungen

Schaltnetzteile finden heute in nahezu allen elektronischen Geräten Anwendung: Sowohl in Computern und Fernsehern als auch in Industriegeräten und -anlagen sind sie State of the Art.

Im Vergleich zu analog geregelten Netzteilen punkten Schaltnetzteile unter anderem mit ihren hohen Wirkungsgraden, ihrer geringen Erwärmung und ihrer hohen Zuverlässigkeit. Darüber hinaus ermöglicht die hohe Taktfrequenz kleine Bauteilgrößen und geringe Gewichte, was sich positiv auf die Kosten niederschlägt.

Eigenschaften von Industrienetzteilen

Industrielle Netzteile sind für raue Umgebungen geradezu prädestiniert, denn sie widerstehen hohen Temperaturbereichen und haben eine sehr kleine Bauform.

Jedoch sind für die Beurteilung von Qualität und Zuverlässigkeit von Schaltnetzteilen einige weitere wichtige Parameter zu berücksichtigen. Hierzu zählen der Wirkungsgrad, das Wärmemanagement, die zulässige Arbeitstemperatur, die Derating-Kurven für Eingangsspannung und Umgebungstemperatur sowie die Überbrückungszeit bei einem Netzausfall.

 

Wärmemanagement

Ein durchdachtes Wärmemanagement erlaubt die Montage des Netzteils in jeder Richtung. Im industriellen Umfeld sollte ein offenes Netzteil mindestens bis zu einer Umgebungstemperatur von 70 °C eine konstante Leistung liefern.

Entscheidend ist jedoch die Temperatur-Derating-Kurve – sie gibt die maximal zulässige Abgabeleistung in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen an. Bei Netzteilen minderwertiger Qualität fehlen beispielsweise auch die notwendigen Schutzmechanismen, um im Fall der Fälle die Leistungsabgabe automatisch zu drosseln.

 

Drei Arten von Industrienetzteilen in der Übersicht

Im Prinzip unterscheidet man am Markt zwischen drei Arten von Industrienetzteilen – je nach Anwendungsanforderung und Bauform.

DIN-Schienen-Netzteile

Zur einfachen Montage in technischen Schaltschränken werden Hutschienen-Netzteile herangezogen. Je nach Leistungsanforderung wird die Größe des Netzteiles angepasst. Dazu wird die Größe des Gerätes bzw. des Gehäuses in Teilungseinheiten (TE) definiert: Eine TE entspricht 18 mm; leistungsstärkere Modelle verfügen über bis zu 4 TE.

 

Schaltnetzteile mit geschlossener Bauform

Zur Direktmontage stehen Schaltnetzteile mit geschlossener Bauform (im Case) bereit. Sie verfügen meist über eine sehr gute Leistung. Grund dafür ist der größere Raum im Gehäuse, über den die hohe Abwärme kompensiert werden kann. Hinzu kommt, dass bei vielen Modellen dieses Typus integrierte Lüfter verbaut sind.

Die Anschlüsse sind oftmals auf große Leitungsquerschnitte ausgelegt, sodass die geschlossenen Schaltnetzteile im Case dank optimaler Zu- und Ableitung für anspruchsvolle Anwendungen bestens geeignet sind. Kompaktheit und Kosteneffizienz stehen bei diesen Schaltnetzteilen ebenso wie bei Hutschienen-Netzteilen im Vordergrund.

 

Open Frame-Schaltnetzteile

Besonders kostengünstig sind jedoch Netzteile ohne Gehäuse, sogenannte Open Frame-Schaltnetzteile. Hier sind alle Komponenten auf einer kompakten Platine platziert, die durch ihre kleine Bauform problemlos in Geräte mit vorhandenem Gehäuse eingebaut werden kann.

Open Frame-Netzteile verfügen über die besten Voraussetzungen für eine Verkleinerung sowie eine flexible Installation – somit sind sie bestens geeignet für integrierte (Embedded) Anwendungen in kleinen Geräten.

 

Die wichtigsten Qualitätsmerkmale und Parameter im Überblick

  • Nennleistung: Die Leistung, die im Dauerbetrieb abgegeben werden kann.
  • Hoher Wirkungsgrad: Er bestimmt die abzuführende Verlustwärme. Ein hoher Wirkungsgrad reduziert die Betriebskosten auf lange Sicht. In industriellen Umgebungen sind Stromversorgungen – anders als etwa in der Gebäudetechnik – meist durchgängig im Betrieb. Die hierfür entwickelten Netzteile sind deshalb auf einen besonders hohen Wirkungsgrad von bis zu 93 Prozent optimiert.
  • Geringe Kosten: Geringe Anschaffungskosten, niedrige Betriebskosten bei hohem Wirkungsgrad und langer Lebensdauer. Bei einem hohen Wirkungsgrad entsteht eine geringe Verlustleistung, die weniger Wärmeentwicklung zur Folge hat. Hierdurch werden wiederum die Bauelemente weniger stark belastet, wodurch sich die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit erhöht – dies führt insgesamt zu geringeren Gesamtkosten.
  • Geringe Baugröße (Volumen) führt zu höherer Leistungsdichte.
  • Eingangsspannungsderating: Gibt an, welche Leistung bei welcher Eingangsspannung tatsächlich entnommen werden kann.
  • Gutes Temperaturverhalten: Die Einsetzbarkeit bei besonders hohen oder niedrigen Temperaturen sollte möglich sein (etwa -20 °C bis +80 °C)
  • Niedriges Gewicht: insbesondere bei mobilen Anwendungen von Bedeutung
  • Einbaulage: Sie gibt an, welche Ausrichtungen des Netzteils zulässig sind, um die Verlustwärme zuverlässig abzuführen.
  • Geringe Verlustleistung: Eine aktive PFC (Leistungsfaktorkorrektur) reduziert Oberwellenanteile und Energieverluste.
  • Sicherheit: Schutz gegen Kurzschluss, Überlast, Überspannung und Überhitzung.
  • Elektromagnetische Verträglichkeit: Gemäß EU-Norm dürfen sich elektrische Geräte nicht gegenseitig stören.

 

Die Schaltnetzteile von Mean Well

Am Beispiel des Herstellers Mean Well stellen wir Ihnen eine breite Übersicht an verschiedenen Schaltnetzteilen vor. Mean Well bietet umfassende Lösungen für die Stromversorgung. Für den Industrieeinsatz bietet er verschiedenste Schaltnetzteile wie DIN-Rail, Open Frame- und Case-Modelle, darüber hinaus auch Netzteile für den Medical-Bereich.

Dabei setzt der Hersteller insbesondere auf Produkte mit hoher Wertschöpfung und erweiterten Funktionen. Am Markt haben sich die Schaltnetzteile in Bezug auf Qualität, Produktvielfalt und einem sehr guten Preis-Leistungs-Verhältnis bereits vielfach bewährt.

Seit seiner Gründung im Jahre 1982 betreibt der Hersteller eine umfassende Marktanalyse, erfasst Kundenwünsche und entwickelt auf deren Basis einen kostengünstigen Standard mit möglichst hoher Abdeckung.

 

Hutschienen-Netzteile

Im Bereich der Hutschienen-Netzteile punktet die HDR-Serie durch ihre hohe Leistungsfähigkeit bei besonders kleiner Bauform, insbesondere im Vergleich zur ersten Generation, der DR-Serie.

Die Netzteile mit 15W (HDR-15), 30W (HDR-30) und 60W (HDR-60) kommen vor allem in Gebäudeautomation und Haussteuerung zum Einsatz, da sie alle Schutzklasse II entsprechen. Die HDR-Serie von Mean Well verfügt über ein stufenförmiges Kunststoffgehäuse, einen Eingangsspannungsbereich von 85 bis 264VAC und bietet Modelle mit 5V, 12V, 15V, 24V und 48V.

Die Höhe aller Netzteile misst lediglich 90 mm, die Breite zwischen 17,5 mm und 70 mm. Die Modelle lassen sich auf die genormten Hutschienen TS-35/7,5 sowie TS-35/15 montieren. Zu ihren Eigenschaften zählen außerdem ein geringer Leerlaufverbrauch von <0,3W, ein hoher Wirkungsgrad bis zu 91 % und eine einstellbare DC-Ausgangsspannung sowie ein breiter Arbeitstemperaturbereich (-30 bis +70 °C).

 

Schaltnetzteile für DIN-Schienen

Neu im Portfolio bei Mean Well sind die extraschmalen Schaltnetzteile mit 150W für die DIN-Schienenmontage. Sie verfügen über die derzeit kleinste Größe auf dem Markt und besitzen eine verstärkte Isolierung nach Schutzklasse II.

Dabei weisen sie Eingangsspannungen von 85 bis 264VAC, einen geringen Stromverbrauch bei Nulllast von unter 0,3W sowie einen hohen Wirkungsgrad von 90,5 % auf. Zudem verfügen sie über eine einstellbare DC-Ausgangsspannung von ±10% und einen breiten Arbeitstemperaturbereich von -30 bis +70 °C.

Ausgelegt ist die Serie für Applikationen der Überspannungskategorie III (OVCIII), was vielseitige Anwendungsbereiche ermöglicht. Dazu zählen u. a. die Gebäudeautomation, Haushalts-Steuerungssysteme, industrielle Steuerungssysteme und elektromechanische Geräte.

HDR-150 erfüllt die EU-Norm EN61000-3-2 Klasse A für Oberschwingungsströme, ist gemäß der gängigen Sicherheitsvorschriften zertifiziert und entspricht mit einer Höhe von 90mm und einer Breite von 105mm (6TE) der EU-Norm EN43880 für die DIN-Schieneninstallation.

 

Direktmontagenetzteile

Bei den Direktmontagenetzteilen mit geschlossener Bauform sind die Modelle der UHP-Linie UHP-200/350/500 und 1000 dank ihres schmalen U-Bracket-Designs und der flachen Profilhöhe besonders anwenderfreundlich. Die Serien weisen einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 95 % bei einer hohen Umgebungstemperatur von -30 bis +70 °C bei einfacher Luftkonvektion auf.

Diese Netzteile stellen für Spitzenlasten eine Leistungsreserve von 150 % (100ms) des Nennstroms zur Verfügung und können in bis zu 5000 Metern Höhe eingesetzt werden.

 

Digitale Netzteile

Für eine intelligente Stromversorgung stehen bei Mean Well die digitalen, hocheffizienten Stromversorgungen der neuen 3200-Watt-Serien DBU, DBR, DRP und DPU zur Verfügung. Sie basieren auf einer einzelnen digitalen Plattform, so dass sich daraus Netzteile und Akkulader für den Geräteeinbau oder für die Rackmontage ergeben.

Die digitalen Geräte im schlanken 1U-Profil verfügen über eine hohe Leistungsdichte von 37W/in³, ein optimiertes Effizienzverhalten in Abhängigkeit zur Last und resultierend einen maximalen Wirkungsgrad von bis zu 94,5 Prozent. Die mit einer aktiven PFC ausgestatteten Produkte arbeiten mit einer Eingangsspannung von 90-264VAC und stellen die in der Industrie meistgewünschten DC-Spannungen zur Verfügung.

Die Serie ermöglicht eine hohe Designflexibilität, da sie mit diversen integrierten, analog oder digital steuerbaren Funktionen, wie etwa der Programmierung von Ladekurven, der Parametrisierung der Ausgangscharakteristik und des Überlastungsschutzes oder der Remote-Funktion, individuell in Applikationen eingebunden werden kann.

Das digitale Design verbessert die Leistungsperformance und die Zuverlässigkeit. Durch die geringere Anzahl analoger Komponenten wie Power Management ICs lassen sich Geräte deutlich kompakter bauen und die Leistungsdichte erhöhen.

Neben dem Einsatz in Industrie-4.0-Anwendungen oder der Industrieautomation eignen sich die Serien unter anderem auch für Telekommunikationsausrüstung.

 

Titelbild: Fotolia 79427571

 

Was denken Sie zu diesem Thema? Schreiben Sie einen Kommentar:

Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.