Filmkondensatoren statt Elkos Digitale Steuerung macht Netzteile langlebig

Ersatzteile müssen die Endverbtaucher nicht mehr länger teuer beschafft und aufwändig eingebaut werden: Weil jetzt Filmkondensatoren statt Elkos zum Einsatz kommen können, verlängert sich die Lebensdauer der Schaltnetzteile wie hier im Auto.
Ersatzteile müssen die Endverbtaucher nicht mehr länger teuer beschaffen und aufwändig eingebauen lassen: Weil jetzt Filmkondensatoren statt Elkos zum Einsatz kommen können, verlängert sich die Lebensdauer der Schaltnetzteile wie hier im Auto.

Ein neues Modulationsverfahren erlaubt es, Film- statt Elektrolytkondensatoren einzusetzen, um die Lebensdauer von Netzteilen deutlich zu verlängern.

Die neue digitale und hochdynamische Steuerung erlaubt es erstmals, den Ausgangsstrom unter Berücksichtigung der Zwischenkreis- und Ausgangsspannung zu regeln, wobei Frequenz und Tastgrad mögliche Steuergrößen sind. Durch Einbezug dieser Größen wird die Regelung, die Wissenschaftler des Lichttechnischen Instituts (LTI) am KIT entwickelt haben, robuster, sicherer und schneller. Abweichungen können schnell und präzise sowohl an der Ein- als auch an der Ausgangsspannung angepasst werden, womit Steuerungsungenauigkeiten minimiert werden.

Bisher wurden in Stromversorgungen vorwiegend Elektrolytkondensatoren eingesetzt, die die  elektrische Energie puffern und die Spannungsschwankungen über eine Netzperiode glätten. Elektrolytkondensatoren haben allerdings einen großen Nachteil: Der flüssige Elektrolyt verflüchtigt sich, die Lebensdauer der zum Großteil analog geregelten Elektrolytkondensatoren ist deshalb begrenzt. Dennoch werden sie wegen ihrer guten elektrischen Eigenschaften und ihrer hohen Energiedichte in Stromversorgungen eingesetzt. Denn die wesentlich langlebigeren Filmkondensatoren benötigen wegen ihrer geringeren Energiedichte bei gleicher Kapazität den zehnfachen Bauraum.

Mit dem neuen Modulationsverfahren lassen sich nun jedoch Filmkondensatoren einsetzen, was die Lebensdauer der Schaltnetzteile und der Endgeräte, in denen sie arbeiten, um ein Vielfaches erhöht – bei nur leicht vergrößertem Platzbedarf.

Das wiederum verringert den Wartungsaufwand, vor allem an schwer zugänglichen Stellen und in hochwertigen Geräten wie Elektroautos. Durch die Genauigkeit und Flexibilität der hochdynamischen Regelung sind Netzteile dieser Art besonders für industrielle Anwendungen mit hohen Dynamikanforderungen von Vorteil.

Interessant ist auch, dass sie sich problemlos aus der Ferne warten lassen und sich damit ins Internet of Things und in Industrie-4.0-Umgebungen integrieren lassen.

Einen Funktionsprototyp haben die Ingenieure des LTI bereits entwickelt. Die Messergebnisse, inklusive Lebensdauermessungen, stehen zur Verfügung. Das KIT sucht jetzt Industriepartner zur Entwicklung von anwendungsspezifischen, hochwertigen Netzteilen im Premiumsegment.