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Netzteil-Kühlung

Grenzen verschieben mit Baseplate-Cooling

31. Oktober 2018, 14:22 Uhr   |  Von Ovid Chen, Vice Manager, R&D Department bei Cincon electronics und Volker Gräbner, Produktmanager bei FORTEC Elektronik

Grenzen verschieben mit Baseplate-Cooling
© Bilder: Cinon

Bild 1: CFM200M, ein medizinisch zertifiziertes 200W Netzteil, Baseplate und Gehäuse wirken hier als großer Kühlkörper

Bei der Auswahl einer Stromversorgung sind Anwender oftmals gezwungen, ein 300-W-Netzteil einzusetzen, um einen Verbraucher mit 100 W Leistungsaufnahme zu versorgen. Warum ist das so?

In den meisten Fällen handelt es sich um Geräte, in denen Luftschlitze oder gar Lüfter zum Abtransport der Verlustwärme nicht vorgesehen oder sogar ausdrücklich unerwünscht sind. Die Kühlkörper und Gehäuseflächen von leistungsmäßig angepassten Netzteilen reichen für eine saubere Konvektionskühlung nicht aus, also wird ein überdimensioniertes Netzteil genommen und im Teillastbetrieb betrieben. Trotz des dort meist schlechteren Wirkungsgrades wird über die für größere Leistung ausgelegten Kühlflächen der gewünschte Effekt erzeugt.

Wesentlich eleganter und effizienter ist der Einsatz angemessener Netzteile mit anderem Kühlkonzept, wie sie Cincon seit 2010 entwickelt (Bild 1).

Vergleich der Kühlkonzepte

Wenn ein Netzteil in ein geschlossenes System eingesetzt wird, finden sich dort üblicherweise nicht mehr als reservierte Plätze für die Befestigungslöcher oder Stehbolzen zur Montage. Gerade bei modernen, sehr kompakt aufgebauten Hochleistungsnetzteilen reicht aber die zur Verfügung stehende Luftzirkulation im Systemgehäuse nicht aus, um die Verlustwärme abzuführen. In der Folge werden Bauteile auf der Netzteilplatine gestresst und fallen früher aus als nötig. Die Produktlebensdauer verkürzt sich deutlich.

Cincon
© Cincon

Bild 2: Der Testaufbau für den Leistungstest

Wenn der Einsatz eines Lüfters nicht möglich ist, bleibt als Ausweg aus diesem Dilemma nur der Weg, die Wärme über Kontaktkühlung aus dem Gehäuse zu schaffen. Dabei werden die Hitze entwickelnden Bauteile wie z.B. die Schalttransistoren so platziert, dass sie nicht an einen freistehenden Kühlkörper angebunden werden, sondern z.B. an eine metallische Bodenplatte unterhalb der Trägerplatine, die in ihrer vollen Fläche als Kühlfläche dient. So kann die Hitze durch thermische Kopplung dieser Bodenplatte an das metallene Systemgehäuse nach außen transportiert und die Innentemperatur deutlich gesenkt werden.

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2. Vorteile der Baseplate-Kühlung

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