Hiccup ist wieder in Überlastverhalten von Netzteilen

Der sogenannte Hiccup-Modus im Überlastfall hat so manche Mängel. Daher ist er aus der Mode gekommen. Der technische Fortschritt hat es jedoch möglich gemacht, alte Schwachstellen einer eigentlich guten Technik zu beseitigen, und verschafft dieser kaum mehr verwendeten Schaltungstechnik nun ein Comeback.

Getaktete Stromversorgungen begrenzen den Ausgangsstrom bei Überlast. Wird der Maximalstrom erreicht, schaltet das Netzgerät automatisch vom Spannungs- in den Stromregelmodus.

Dabei unterscheidet man folgende Varianten (Bild 1):

  • Rückfallende oder eingezogene Kennlinie: Hier reduziert sich der
  • Strom je nach Höhe der Überlast.
  • Dieses Verhalten ist ungeeignet
  • zum Starten von schwierigen Lasten und man findet es hauptsächlich bei linear geregel-ten Netzgeräten.
  • Gerade Kennlinie: Hier bleibt der Strom bei Überlast annähernd
  • konstant.
  • Ausgezogene Kennlinie: Gilt als gutmütigstes Überlastverhalten, birgt aber das Risiko eines hohen Kurzschlussstroms.
  • Hiccup-Verhalten (Bild 2): Bei Überlast oder Kurzschluss schaltet die Stromversorgung ab und macht periodische Startversuche, bis der Fehler beseitigt ist.

Gerade bei leistungsstärkeren Netzgeräten können aufgrund des hohen Kurzschlussstroms Gefahren entstehen, die oftmals zu wenig Beachtung finden. Unterschätzt wird, dass sich die Auswirkung des Stroms auf Leitungen, Anschlussklemmen und Kontakten quadratisch mit der Stromstärke erhöht. Steigt der Strom beispielsweise von 20 A auf 30 A, steigen die Verluste bei einer Leitung mit 50 mΩ (entspricht in etwa 7 m Draht mit 2,5 mm² Querschnitt) von 20 W auf 45 W. Das sind 125% mehr Verluste bei einem Stromanstieg von nur 50%.

Erschwerend kommt noch hinzu, dass sich die Oberfläche von Leitungen - die zur Kühlung dient - bei einer Erhöhung des Leiterquerschnittes nur minimal vergrößert. Noch kritischer sieht die Situation bei redundanten Systemen aus. Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, werden meistens zwei Netzgeräte in einer 1+1-Konfiguration über Dioden oder Redundanzmodule zusammengeschaltet.

Benötigt man zum Beispiel 15 A, wird man zwei 20-A-Netzgeräte wählen. Ein einzelnes dieser Netzgeräte liefert bei einer ausgezogenen Kennlinie knapp 30 A Kurzschlussstrom. Das bedeutet, dass bei einem Kurzschluss ein Dauerstrom von 60 A fließt und die Verluste im Vergleich zum Nennstrom von 15 A um den Faktor 16 ansteigen. Der Hiccup-Modus ist hier klar im Vorteil.

Prinzipiell ist das Hiccup-Überlastverhalten also eine sichere Sache, wenn es um den Schutz von Leitungen oder Verbrauchern geht. Der geringe effektive Kurzschlussstrom am Ausgang vermeidet im Fehlerfall Folgeschäden, das ganze System kann mit sparsameren Kabelquerschnitten ausgelegt werden und letztendlich lassen sich Netzgeräte damit auch kostengünstiger und bis zu 20 Prozent kompakter realisieren.

Allerdings galten Hiccup-Schaltungen als zu empfindlich in Verbindung mit Motoren oder Verbrauchern, die mit großen Eingangskapazitäten ausgestattet sind. Auch ein Parallelschalten von Netzgeräten oder das Laden von Batterien konnte mit dem alten Hiccup-Überlastverhalten kritisch sein (Bild 3). Mit dem »Hiccupplus«-Modus hat die Firma Puls nun einen Weg gefunden, diese Schwachstellen zu beseitigen und die Vorteile zu nützen. Das Hiccupplus-Verhalten ist mittlerweile ein Standard in allen aktuellen einphasigen 480-W- und 960-W-Netzgeräten bei Puls.

Hiccup plus ausgezogene Kennlinie

Im Gegensatz zum klassischen Hiccup-Modus ist das neue Hiccupplus-Verhalten eine Kombination aus ausgezogener Kennlinie und einem Hiccup-Verhalten. Nach einer Überlastung oder einem Kurzschluss liefert das Netzgerät zwei Sekunden lang Dauerstrom, danach schaltet es automatisch auf den sicheren Hiccupplus-Modus um (Bild 4).

Während dieser zwei Sekunden liefert das Gerät sogar den doppelten Nennstrom. Damit können auch schwierige Verbraucher problemlos starten, und es steht genügend Strom zum Auslösen von Sicherungen zur Verfügung, um fehlerhafte Stromkreise abtrennen zu können. Dank der langen Aus-Zeit von 18 s ist auch im Kurzschluss der Effektivstrom deutlich unterhalb des Nennstroms. Leitungen, Schaltkontakte und Verbindungsstellen werden nicht überbeansprucht.

Das Hiccupplus-Verhalten setzt auch erst bei einem Einbruch der Ausgangsspannung um mehr als 40% ein (Bild 5). Dies vermeidet ein ungewolltes Abschalten beim Laden von Batterien oder bei Netzgeräten, die zur Leistungserhöhung parallel geschaltet werden sofern keine Maßnahmen zur symmetrischen Stromaufteilung vorhanden sind. Dieses Überlastverhalten ist auch bei der letzten Ergänzung der »Dimension«-Linie zu finden, dem »CPS20«.

Bei einer Gerätebreite von nur 65 mm liefern die Netzteile sichere 24 V/20 A oder 48 V/10 A. Die volle Leistung steht in einem Temperaturbereich von -25 °C bis +60 °C zur Verfügung. Bis +45 °C sind sogar permanent 20 Prozent mehr Leistung erlaubt. Zum sicheren Auslösen von sekundärseitigen Sicherungen liefern die Geräte für 15 ms den vierfachen Ausgangsstrom bei nahezu voller Ausgangsspannung.

Weitere Features dieser Geräte sind: 94% Wirkungsgrad bei Volllast und hohe Wirkungsgrade bei Teillast, aktive PFC, elektronische Einschaltstrombegrenzung, DC-OK-Signal zur Fernüberwachung sowie eine Vorkehrung zur symmetrischen Stromaufteilung bei einem Parallelbetrieb. Die Geräte sind mit einem Weitbereichseingang ausgestattet und können an allen weltweiten einphasigen Netzen zwischen 100 V und 240 V verwendet werden. Varianten mit ATEX-Zulassung und Varianten, die für DC-Eingangsspannungen zwischen 88 V und 375 V optimiert sind, runden die CPS20-Familie ab.

Über den Autor:

Michael Raspotnig ist Senior Design Engineer bei Puls.