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Worauf es bei der Auswahl einer Stromversorgung ankommt

| Autor / Redakteur: Dr. Michael Würkner * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Stromversorgungen sind betriebswichtige Teile elektronischer Geräte und Anlagen. Deshalb ist eine sorgfältige Auswahl besonders wichtig. Wir verraten Ihnen, was Sie dabei besonders beachten sollten.

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Bild 1: 9-Watt-SIP DC/DC-Wandler von Micropower Direct
Bild 1: 9-Watt-SIP DC/DC-Wandler von Micropower Direct
(Bild: CompuMess Elektronik)

Soweit möglich, sollte die Architektur der Stromversorgung eines Systems gemeinsam mit allen anderen Systemkomponenten erfolgen, denn die althergebrachte Vorgehensweise, sich erst ganz zuletzt um die Stromversorgung zu kümmern, kann sich durch hohe Kosten rächen.

Eine richtige Planung ist enorm wichtig

Skizzieren Sie zuerst wesentliche Anforderungen des Systems. Für eine Vorauswahl sind Eingangsspannung (Nennwert und Bereich), Ausgangsspannung(en), Ausgangsströme, verfügbarer Platz (maximale Abmessungen) und Formfaktor (Befestigung, Gehäuse, elektrische Anschlüsse) festzulegen. Dazu kommen betriebsnotwendige Funktionsmerkmale:

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Ein-/Ausgangs-Isolation; Regelgenauigkeit & Restwelligkeit; Zeitverhalten, Dynamik der Sollwerte oder Lastwechsel; Normen Konformität des Gesamtsystems, im Unterschied zu nötigen Prüfanforderungen an die Stromversorgungskomponente, frühzeitige Rücksprache mit benannten Stellen/Aufsichtsbehörden nationaler Zielmärkte erleichtert die Zertifizierung; thermische Bemessung, Kühlung; elektromagnetische Störfestigkeit, maximal zulässige Emissionen; Schutzschaltungen (z.B. Kurzschluss, Übertemperatur).

Weitere mögliche Anforderungen sind Ein/Aus-Steuerleitung, Fernregelung der Ausgangsspannung direkt an der Last, Stabilität von Ein- & Ausgang (bzgl. Filterung, Überspannung, Einschaltstrom), dynamische Regelcharakteristik (Lastimpulse, Nulllast). Spezialanforderungen betreffen hohe Isolation, Sonderzulassungen (Medizintechnik) und spezielle Prüfungen (Halt/Hass = Schnellprüfung der Alterungs-/Belastungsfähigkeit).

Die Festlegung aller Spezifikationen bestimmt die Kosten der Stromversorgung. Gleichzeitig entscheidet sich die Praxistauglichkeit in der Anwendung.

Die unterschiedlichen Eingangsspezifikationen

Die optimale Eingangsspannung (Nennwert), bei der viele andere Parameter einer Stromversorgung spezifiziert sind, liegt oft in der Mitte des angegebenen Eingangsspannungsbereichs. Dieser legt die geringste und höchste Spannung fest, bei der die Stromversorgung bestimmungsgemäß arbeitet.

Netzteile bieten häufig internationale Eingänge von 85 bis 260 VAC. Je nach Hersteller sind zulässige Netztoleranzen getrennt spezifiziert oder bereits dem angegebenen Bereich zugeschlagen.

Drei Eingangsarten werden unterschieden: Geräte mit Universaleingängen arbeiten kontinuierlich über den gesamten Bereich, Geräte mit automatischer Umschaltung wechseln selbständig zwischen den Netznormen 110 und 220 VAC. Netzteile hoher Leistung werden meist durch Umklemmen der Kabel oder mit Schaltern manuell an die Netzspannung angepasst.

Zur Wechselspannung wird die Eingangsfrequenz angegeben. Länderabhängige Netze mit 50 oder 60 Hz sind typisch. Ihr Distributor hilft Ihnen bei der Auswahl, wenn Ihre Anwendung nach 400 Hz verlangt, z.B. im Flugzeug.

Gleichspannungswandler, auch DC/DC-Wandler genannt, werden von zentralen Stromversorgungen wie Netzteil oder Batterie über einen Spannungsbus versorgt. Übliche Gleichspannungen (DC) sind 5, 9, 12, 24 und 48 V. Bausteine geringer Leistung unter 5 W werden überwiegend auf Leiterplatten eingesetzt. Wenn Netzteile die Versorgungsspannung am Bus genau regeln, reichen Eingangsbereiche von ±10% aus.

Gleichspannungswandler höherer Leistung kommen vor allem bei Batteriebetrieb oder -Unterstützung zum Einsatz. Die am weitesten verbreiteten Eingangsbereiche von 2:1 (z.B. 18 bis 36 VDC) oder 4:1 (z.B. 18 bis 72 VDC) berücksichtigen das Laden und Entladen typischer Akkumulatoren.

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