AC/DC-Wandler Freie Wahl der Ausgangsspannungen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Fractional-Turn-Übertrager sind zwar nicht neu, aber sie wurden bisher nicht in AC/DC-Wandlern eingesetzt. Speziell in Geräten mit mehreren Ausgängen bietet diese Technologie deutliche Vorteile in Sachen Kosten, Platzbedarf und Wirkungsgrad.

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( Archiv: Vogel Business Media )

In einer Stromversorgung, die 5 und 12 V liefert wäre es ideal, auf dem Trafo nur eine Windung für die 5 V zu haben. Allerdings ergeben sich daraus 2,5 Windungen für 12 V, was wiederum technisch nicht realisierbar ist. Eine andere Lösung ist, für 5 V zwei Windungen vorzusehen, wobei dann für 12 V fünf Windungen erforderlich werden. Da die 5-V-Wicklung üblicherweise wegen der niedrigen Spannung und des hohen Stromes an diesem Ausgang aus dicker Kupferfolie beseteht, bewirkt die Verdopplung der Windungszahlen, dass der Übertrager deutlich größer wird.

Mehr oder weniger Spannung

Eine andere gebräuchliche Spannungskombination ist 5 V und 3,3 V. Normalerweise wird dem 5-V-Ausgang ein Regler nachgeschaltet, um die 3,3 V zu generieren, was jedoch die Kosten und den Platzbedarf auf der Leiterplatte erhöht und den Wirkungsgrad verschlechtert. In beiden Fällen bietet sich als Lösung der sogenannte Fractional-Turn-Übertrager an. Die Bezeichnung „Fractional Turn“ ist allerdings etwas irreführend, da es sich nicht um einen Trafo mit Teilwicklungen oder angezapften Wicklungen handelt. Selbst wenn es fertigungstechnisch möglich wäre, würden beide Möglichkeiten den Übertrager im Betrieb unsymmetrisch werden lassen. Vielmehr handelt es sich dabei um einem zusätzlichen kleinen Übertrager mit einer bestimmten Zahl von Windungen, der sekundärseitig an den Hauptübertrager geschaltet wird. Je nach Anschlussart addiert eine solche Anordnung eine Spannung zur oder subtrahiert sie von der sekundärseitigen Ausgangsspannung.

Kleiner Zusatzübertrager

Wird zum Bespiel die Spannungskombination 5 V und 3,3 V benötigt, lässt sich der Leistungsübertrager so dimensionieren, dass eine Windung der Sekundärwicklung 4,5 V liefert. Der separate Fractional-Turn-Übertrager addiert dann 0,5 V um die gewünschten 5 V zu erzielen und subtrahiert 1,2 V um die 3,3 V zu erreichen. Dieser zusätzliche Übertrager kann sehr klein ausgelegt werden, da er aufgrund der kleinen Spannung über jeder Wicklung nur kleine Leistungen übertragen muss.

Sind beispielsweise 12 V erforderlich, kann der gleiche Hauptübertrager mit drei Sekundärwindungen 13,5 V an diesem Ausgang liefern, die dann mit einem kleinen, entsprechend dimensionierten Fractional-Turn-Übertrager auf 12 V reduziert werden.

Ausgangsspannungen frei wählbar

Beim Einsatz eines Fractional-Turn-Übertragers kommt es auf das Design und die Beschaltung des Übertragers an. Ein typisches Beispiel sind die AC/DC-Netzteile der Familie RCL175 von XP Power. Der Anwender kann für jeden einzelnen Ausgang die Ausgangsspannung bis zum jeweiligen Maximalwert selbst festlegen, wobei alle bestehenden Zulassungen erhalten bleiben. Die Netzteile sind mit bis zu vier Ausgängen von 3 bis 60 V am Ausgang 1, 5 bis 60 V am Ausgang 2 und 5 V bis 30 V an den Ausgängen 3 und 4. Die Ausgänge 3 und 4 sind galvanisch getrennt und können parallel oder in Serie geschaltet werden. Damit ergeben sich zahllose Ausgangsspannungskombinationen und entsprechend viele Anwendungsmöglichkeiten. Ausgang 1 lässt sich vom Anwender um ±10% einstellen, wobei sich die anderen Ausgänge um den selben Prozentsatz verändern. Die kompakte Stromversorgung ist für Industrie-, IT- und Medizinapplikationen zugelassen und für den Einsatz in Anwendungen der Schutzklasse I und II (mit oder ohne Schutzleiteranschluss) geeignet.

Große Auswahl

Die RCL175 liefern bei Konvektionskühlung bis zu 120 W und bis 175 W bei 12CFM-forcierter Kühlung und einer Spitzenleistung von 200 W. Der Wirkungsgrad liegt abhängig von der Ausgangskonfiguration zwischen 84 und 90%. Basierend auf 18 Standardmodellen, die sich sowohl elektrisch als auch mechanisch schnell modifizieren lassen, sind verschiedene Versionen wie Open-Frame, U-Chassis, U-Chassis mit Haube und U-Chassis mit Lüfterhaube sowie mit Molex-Steckanschlüssen oder Schraubklemmen verfügbar.

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