Stromversorgung

Schneller zum passenden Netzteil

3. Oktober 2018, 10:45 Uhr | Heidrun Seelen und Frank Cubasch
Magic Power Technology
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Warum klappt manches Design-in von Stromversorgungen auf Anhieb und warum sind andere zäh und mühsam? Wenn der Entwickler seine Laborstromversorgung erst einmal ausgeschaltet hat und sich um die eigentliche Stromversorgung für sein System kümmert, offenbart sich die Komplexität des Themas. Was tun?

Als Stiefkind der Systementwicklung gilt oftmals die Stromversorgung – frei nach dem Motto: Das Netzteil muss ja nur die Netzspannung sicher auf ein in der Regel niedrigeres Niveau heruntersetzen. Denn die richtige Auswahl eines Netzteils ist nicht so trivial, wie es auf den ersten Schritt erscheint. Es ist wesentlich vielschichtiger, als nur die richtige Spannung am Labornetzteil einzustellen. Kümmert sich ein Entwickler erst am Ende des Entwicklungsprozessen darum, ist es oft zu spät. Verzögerungen und vermeidbare Kosten sind die Folge. Denn ein Netzteil befindet sich in einem Spannungsfeld aus technischen, kaufmännischen und normativen Anforderungen (Bild 1). In diesem Artikel soll überwiegend auf die technischen Details eingegangen werden.

Aus Entwicklersicht sind die wichtigsten Parameter die eine oder die mehreren Ausgangsspannungen sowie deren maximaler Strom, Eingangsspannung, Zulassungen und Baugröße. Selbst bei diesen nur fünf Parametern ist eine genaue Definition unabdingbar: 

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Bild 1: Die Randbedingungen für die Auswahl einer Stromversorgung sind vielfältig und multidimensional.
© Magic Power Technology

Versorgungsspannung und Netzfrequenz: Die Versorgungsspannung eines Netzteils definiert sich über den Nennwert der Eingangsspannung (z. B. 100 V bis 240 VAC) und den Arbeitsbereich. Dafür gelten in der Regel Toleranzen von ±10 %, sodass sich ein Eingangsspannungsbereich von 90 V bis 264 V ergibt. Analog gilt für die nominale Netzfrequenz mit 50 Hz bis 60 Hz ein Arbeitsbereich von 47 Hz bis 63 Hz.

Eingangsspannung: Je nach Netzteil, Entwärmung (aktiv oder lüfterlos), Umgebungstemperatur und Last muss im unteren Eingangsspannungsbereich die Dauerleistung reduziert werden. Solch ein Derating ist im Datenblatt ausgewiesen (Bild 2).

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Bild 2: Bei niedrigeren Eingangsspannungen kann das Netzteil nicht dauerhaft die volle Ausgangsleistung liefern (Ausgangsleistung über die Eingangsspannung).
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Ist gewährleistet, dass die Kunden die Geräte nur in Europa betreiben, könnte man das in Bild 2 beschriebene Netzteil fast durchgängig zu 100 % der Nennleistung auf Dauer belasten. Ist jedoch von einem weltweiten Betrieb auch in den USA oder in Japan auszugehen, kann das Netzteil dauerhaft nur etwa 70 % der Nennleistung bereitstellen.

Ausgangsleistung: Bei der Ausgangsleistung ist zwischen Dauer- und kurzzeitiger Spitzenleistung zu unterscheiden. Die Angabe der Spitzenleistung (Peak Power) ist dann von Interesse, wenn die Anwendung hohe Anlaufströme fordert, beispielsweise elektrische Antriebe. Neben dem reinen Wert der Spitzenleistung müssen zusätzlich deren Dauer und Wiederholfrequenz (Duty Cycle) berücksichtigt werden.

Leistung bei mehreren Ausgangsspannungen: Bei Netzteilen mit mehreren Ausgangsspannungen wird oftmals eine entsprechende Nennleistung pro Ausgang definiert. Deren Summe ergibt dann in der Regel die Nominalleistung des Netzteils. Typischerweise lässt sich jeder Ausgang dauerhaft auch höher belasten. Zu bedenken ist dabei jedoch, dass sich die Leistung nur zwischen den einzelnen Ausgängen verschiebt, die Summenleistung jedoch konstant bleibt. Tabelle 1 veranschaulicht dies anhand des lüfterlosen MPI-815H von Magic Power Technology, einem Netzteil mit fünf Ausgangsspannungen und einer nominalen Ausgangsleistung von 150 W.

AusgangsspannungNominallastMaximallastDifferenz
5 V55 W70 W+27 %
12 V60 W120 W+100 %
–12 V6 W12 W+100 %
3,3 V25 W40 W+60 %
5 V (Standby)4 W8 W+88 %
Summe150 W250 W (!)+66 %

 

Tabelle 1: Verhältnis von Nenn- zu Maximalleistung am Beispiel des MPI-815H, einem 150-W-Netzteil von Magic Power Technology.


  1. Schneller zum passenden Netzteil
  2. Spannungstoleranzen und Restwelligkeit
  3. Einfluss von Einbausituation und Gehäuse

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