Ferritkernlose Netzteiltechnik Für Anwendungen in starken Magnetfeldern

Dreiphasige kernlose Netzteile nutzen drei GB350 Module, um damit auch Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf versorgen zu können.
Dreiphasige kernlose Netzteile nutzen drei GB350 Module, um damit auch Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf versorgen zu können.

Magnetfelder von bis zu 4 Tesla sind kein Problem für die neue Version der ferritkernlosen Netzteiltechnik von Powerbox. Einsatzfelder finden sich in Industrie und Medizintechnik, wenn sehr starke Magnetfelder erzeugt werden, z.B. bei Magnetresonanztomographen (MRT) oder bei Teilchenbeschleunigern.

Medizinische und industrielle Applikationen, wie beispielsweise Magnetresonanztomographen (MRT) oder Teilchenbeschleuniger generieren starke magnetische Felder, um die Hochfrequenzenergie bereitzustellen, die im Fall der Bildgebung für die Aktivierung der Wasserstoffkerne bzw. in Industrie und Forschung beispielsweise für die Teilchenbeschleunigung benötigt wird.

Moderne MRT-Systeme generieren normalerweise Magnetfelder mit einer Stärke von 1,5 bis 4 Tesla. Konventionelle Netzteile mit Ferritkernen können in einem solchen Umfeld nicht eingesetzt werden,  weil der MRT-Magnet aufgrund der induktiven Sättigung die Energieübertragung stört. Um eine solche parasitäre Sättigung zu verhindern, werden die Netzteile traditionell außerhalb des geschirmten Untersuchungsraumes untergebracht. Das hat wiederum lange Anschlussleitungen zur Folge verbunden mit zusätzlichen, unausweichlichen Leistungsverlusten. Bei einem solchen Setup ist es eine große Herausforderung, modernstes Messequipment zu versorgen, bei dem es auf stabile und eng geregelte Spannungen bei schnellen Lastsprüngen ankommt.

Um Leistungsverluste zu reduzieren und eine hohe Qualität für das integrierte Equipment zu gewährleisten, gehen Systemhersteller immer mehr dazu über, lokale Netzteile möglichst nahe an der Last zu verbauen. Befindet sich dies jedoch direkt im magnetischen Feld, kommt man mit konventionellen Ansätzen nicht weiter.

Powerbox reagiert auf diese Probleme mit einem sogenannten »kernlosen« Wandler in Verbindung mit einer modernen Schaltstufe. So wurde der neue Abwärtswandler GB350 entwickelt, die erste Baugruppe in seiner Kategorie, die sicher betrieben werden kann, auch wenn sie starken magnetischen Feldern von 2 bis 4 Tesla ausgesetzt wird.

Das GB350 wird vollständig von einem digitalen Prozessor gesteuert. Dieser überwacht Schaltparameter wie z.B. die Totzeit und optimiert verschiedene andere Parameter, wie z.B. das Tastverhältnis oder die Ausgangscharakteristik. Dabei bleibt die Lösung flexibel. Wenn der Endgerätehersteller seine Lösung aufrüsten, verändern, verbessern oder nur ein neues Software-Update implementieren möchte, kann der GB350-Mikrocontroller über ein digitales Interface mit einer neuen Konfiguration versorgt werden.

Die Standard-GB350-Plattform liefert einen Nominalstrom von 50A mit voreingestellten Ausgangsspannungen von 6,8 V, 3,3 V oder 1.6V. Als Teil der Powerbox Custom Power Solution Toolbox können auch andere Ausgangsspannungen auf Anfrage realisiert werden. Der GB350-Wandler liefert eine Leistung von 350W. Für Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf kann der Wandler im Interleave-Mode parallel geschaltet werden.

Equipment, das innerhalb des Magnetfeldes installiert ist, erfordert häufig Leistungen über 350W und gleichzeitig sehr geringe Störpegel. Mit der Schaltfrequenz von 600 kHz und einem 4-Phasen-Interleave-Modus, ergibt sich für das GB350 eine resultierende Ausgangsfrequenz von 2,4 MHz. Das ermöglicht eine einfache Filterung und sehr schnelle Ausregelzeiten. Das Netzteil ist zudem entsprechend geschirmt, um die Störstrahlung zu reduzieren.