Unterbrechungsfreie Stromversorgung Superkondensator als Backup-Schaltung

Superkondensator als Backup-Schaltung
Superkondensator als Backup-Schaltung

In Applikationen, die eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, kurz: USV, voraussetzen, wurde in der Vergangenheit häufig auf Batterien zurückgegriffen. Eine interessante Alternative zu den Batterie-Backups bilden jedoch Superkondensatoren.

Eine temporäre Unterstützung der Stromversorgung ist in vielen Applikationen eine allgemeine Anforderung, falls die Hauptstromversorgung plötzlich ausfällt. Beispiele dafür sind Datensicherungsapplikationen, Netzausfallwarnungen in industriellen oder medizinischen Applikationen und einer Vielzahl an »Letzter-Atemzug«-Funktionen, in denen ein geregeltes Herunterfahren sicher gestellt sein und der Systemstatus an einen mit Strom versorgten Host kommuniziert werden muss. In der Vergangenheit wurden in diesen Systemen Batterien verwendet, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu realisieren. Mit dem Batterie-Backup sind jedoch viele Kompromisse verbunden, wie lange Ladezeiten, begrenzte Batterielebenszeit und -betriebszeit, Sicherheits- und Zuverlässigkeitsprobleme und große physikalische Ausmaße. Mit dem Aufkommen von Doppelschichtkondensatoren mit hohen elektrischen Werten – besser bekannt als Superkondensatoren – können alternative Backup-Architekturen realisiert werden, die viele dieser Einschränkungen eliminieren.

Vergleich von Batterien mit Kondensatoren

Systeme, die von Batteriestrom für den Backup abhängen, erfordern immer eine voll geladene Batterie mit ausreichend Kapazität, um flüchtigen Speicher in Betrieb zu halten oder Alarme auszulösen, bis die Stromversorgung wiederhergestellt ist. In der Regel gehen Systeme, die einen Batterie-Backup haben, in einen Standby-Zustand mit geringer Leistungsaufnahme über, wann immer die Hauptstromversorgung ausfällt. Da die Dauer eines Stromausfalls unmöglich vorherzusagen ist, sind die Batterien überdimensioniert, um einen Datenverlust auch während eines längeren Ausfalls zu verhindern.

Auf Kondensatoren basierende Backup-Systeme verwenden eine andere Methode. Anders als Batterie-basierende Backup-Systeme, die während der gesamten Backup-Dauer kontinuierlich Strom liefern, benötigen Systeme auf Basis von Kondensatoren nur kurzzeitig Backup-Strom, um flüchtige Daten in einen Flash-Speicher zu sichern oder einen sicheren Betrieb bei einem »Letzter-Atemzug«-Alarm für eine minimale Zeitspanne zu gewährleisten. Sind die erforderlichen Daten gesichert und die Ausfallalarme richtig abgearbeitet, dann ist die Zeitspanne zum erneuten Aufbau der Stromversorgung unwichtig.

Diese Methode hat einige Vorteile: Es gibt auch keinen Grund mehr, das Energiespeicherelement für die längstmögliche Dauer des Backup überzudimensionieren. Während die Anforderungen an die Backup-Leistung eines kondensatorbasierten Systems typischerweise viel höher sind als die von batteriebasierten Systemen, sind die Anforderungen an die Backup-Energie generell viel geringer. Da die Kosten und Ausmaße der Backup-Lösung in der Regel vom Speicherelement dominiert werden, sind kondensatorbasierte Lösungen oft kleiner und preiswerter. Mit dem Erscheinen von kleinen und relativ preiswerten Superkondensatoren, die viel Energie speichern können, steigt die Anzahl von Backup-Systemen, die mit Kondensatoren anstatt mit Batterien realisiert werden können, ständig an.