Forcierte Kühlung bei Stromversorgungen Wärme raus!

Netzteile werden immer eine gewissen Verlustwärme haben. Die Frage ist also: Wie soll der Entwickler damit umgehen? Bei forcierter Kühlung mit Lüftern muss er besonders darauf achten, dass die maximale Betriebstemperatur nicht überschritten wird und die Luftein- sowie -auslässe nicht blockiert sind. Praxistests runden das Bild ab.

Forcierte Kühlung bei Stromversorgungen

Netzteile werden immer eine gewissen Verlustwärme haben. Die Frage ist also: Wie soll der Entwickler damit umgehen? Bei forcierter Kühlung mit Lüftern muss er besonders darauf achten, dass die maximale Betriebstemperatur nicht überschritten wird und die Luftein- sowie -auslässe nicht blockiert sind. Praxistests runden das Bild ab.

Alle Netzteile erzeugen Verlustwärme, und diese muss abgeführt werden. Als Folge der immer weiter fortschreitenden Miniaturisierung steigt die Verlustwärme stetig. Das macht die Erwärmung umso kritischer. Außerdem geben die Bauteile ihre Wärme nicht einfach nur an die umgebende Luft ab, auch die angrenzenden Komponenten wie die Leiterplatte und das Gehäuse nehmen die Wärme auf. Als Folge davon arbeiten manche Teile des Systems bei höheren Umgebungstemperaturen als angenommen, was die Zuverlässigkeit und Lebensdauer beeinträchtigt. Während Entwickler sicherlich mittels Analysetechniken wie Strömungsdynamik potenzielle Probleme erkennen können, gibt es keine Alternative zu einer Kombination aus Erfahrung und praktischer Erprobung, um die optimale thermische Performance zu erzielen.

Die beiden gebräuchlichsten Versionen der Kühlung von Netzteilen sind die Konvektionskühlung und die forcierte Kühlung. In den Datenblättern von Stromversorgungen ist entweder die Leistung bei Konvektionskühlung, bei forcierter Kühlung oder für beide aufgeführt. Ist eine Leistung bei Konvektionskühlung angegeben, so wird vorausgesetzt, dass genügend Raum um das Gerät vorhanden ist, um eine Luftzirkulation zur Gerätekühlung zu ermöglichen. Des Weiteren ist ebenso sicherzustellen, dass die Umgebungstemperatur innerhalb der maximal zulässigen Werte liegt. Bei Geräten mit forcierter Kühlung kann entweder ein Lüfter eingebaut sein, oder der Hersteller spezifiziert eine externe Belüftung, um den Betrieb mit maximaler Last und bei maximal zulässiger Temperatur zu gewährleisten. Daher ist zu Beginn einer Entwicklung wichtig, bei der Geräteauswahl darauf zu achten, ob und welche Belüftung erforderlich ist.

Der Hauptunterschied zwischen konvektionsgekühlten und lüftergekühlten Geräten ist die Leistungsdichte bei gleichem Wirkungsgrad. Bei konvektionsgekühlten Geräten ist die Leistungsdichte in der Regel geringer, demzufolge haben die Geräte ein größeres Volumen. So erreichen Geräte mit den Standardabmessungen von 5 Zoll x 3 Zoll bei Konvektionskühlung eine Leistung von 100 W, während die verfügbare Leistung bei forcierter Kühlung bis zu 200 W beträgt. Da immer mehr Applikationen die größtmögliche Leistungsdichte erreichen sollen, nimmt der Einsatz von Lüftern immer mehr zu.

Forciert gekühlte Geräte mit integriertem Lüfter sind relativ einfach einzusetzen. Hierbei ist nur sicherzustellen, dass die maximal spezifizierte Umgebungstemperatur für eine bestimmte Ausgangslast nicht überschritten und die Luftein- und -auslässe frei sind. Bei benötigter externer Belüftung ist zu beachten, dass sich höhere Temperaturen negativ auf die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Geräte oder Systeme auswirken können. Die erforderliche Kühlung ist applikationsspezifisch und abhängig von der Umgebungstemperatur, der Last und der Einbausituation unter Beachtung des eingesetzten Lüfters und anderer Systemteile.

Forcierte Kühlung genauer betrachtet

Typischerweise geben die Hersteller bei Geräten, die forcierte Kühlung benötigen, die mindestens erforderliche Luftmenge an. Diese ist in der Regel für den Betrieb mit Volllast bei maximal erlaubter Umgebungstemperatur angegeben. Die benötigte Luftmenge erscheint dabei oft in »Cubic Feet per Minute« (CFM), was auch eine typische Leistungsangabe bei Lüftern ist. Jedenfalls muss die Wirksamkeit beim Einbau von Lüftern in Gehäusen den Gegebenheiten angepasst werden. Auch ist zu berücksichtigen, dass bei CFM mehr die Luftmenge betrachtet wird als die Luftgeschwindigkeit, die für die Kühlung einen wichtigen Faktor darstellt. Ziel ist es, die im Netzteil eingesetzten Bauteile im optimalen Betriebstemperaturbereich zu betreiben und damit eine angemessene Lebensdauer zu erzielen.