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Was beim Netzteil-Einbau zu beachten ist

Open-Frame- versus U-Chassis-Stromversorgung

20. Juni 2018, 8:00 Uhr | Von Gary Bocock

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Thermisches Management

Manchmal sind für Open-Frame-Netzteile Leistungsangaben für den Betrieb bei Konvektionskühlung, bei forcierter Kühlung oder für beide Betriebsfälle vorhanden. Für Geräte im U-Chassis oder mit Gehäuse können darüber hinaus noch Leistungsangaben für den Betrieb bei Kontaktkühlung erhältlich sein. Das bietet Anwendern die Möglichkeit, zur Kühlung das Systemgehäuse oder einen zusätzlichen Kühlkörper zu verwenden.

Die Einbausituation und Einbaulage, der um das Netzteil verfügbare Raum, die Lastbedingungen sowie die eventuell vorhandene Systemkühlung sind bei jeder Anwendung unterschiedlich. Es ist extrem wichtig, die Temperaturen der wichtigsten Komponenten des im System eingebauten Netzteils zu überprüfen. Nur so kann sichergestellt werden, dass die für die Sicherheit relevanten Komponenten die in den Zulassungsunterlagen definierten maximal zulässigen Werte nicht überschreiten, damit die Gebrauchsdauer und Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigt werden.

In den Datenblättern von Open-Frame- und U-Chassis-Netzteilen sind für die Hauptkomponenten die maximal zulässigen Temperaturen aufgeführt. Diese sind von Gerät zu Gerät unterschiedlich und von der Temperaturklasse der eingesetzten Isolation abhängig. In der Regel wird auch eine Kurve für die zu erwartende Lebensdauer in Abhängigkeit von den Temperaturen der maßgeblichen Elektrolytkondensatoren dargestellt. Denn diese Elektrolytkondensatoren sind für die Lebensdauer der Geräte entscheidend.

Lebensdauerprognosen basieren auf den Lebensdauerwerten der eingesetzten Elektrolytkondensatoren bezogen auf deren erlaubte Maximaltemperaturen sowie auf die Durchschnittstemperaturen, die in der Applikation erreicht werden. Die angegebenen Maximaltemperaturen dürfen unter keinen Umständen überschritten werden.

Alle Berechnungen zur Lebensdauer von Elektrolytkondensatoren beruhen auf der Arrhenius-Gleichung, bei der sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei jeder Temperaturabsenkung um 10 °C halbiert und die Lebensdauer sich dadurch verdoppelt. Dies zeigt, dass die Temperatur ein kritischer Faktor für die Lebensdauer oder die Service-Intervalle der gesamten Endanwendung darstellt. Bei den von Stromversorgungsherstellern durchgeführten Lebensdauerberechnungen ist auch der anliegende Ripple-Strom berücksichtigt.

Die Messung des Kondensator-Ripple-Stroms stellt sich aber in einer fertigen Stromversorgung als schwierig dar. Die Messung der Bauteilgehäusetemperatur und die Anwendung der Arrhenius-Gleichung ergibt jedoch eine belastbare Aussage für die zu erwartende Systemlebensdauer bei der spezifizierten Betriebstemperatur.

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Gary Bocock

Ist Technical Director bei XP Power. Der Elektroingenieur arbeitet seit 30 Jahren in der Stromversorgungsindustrie. In dieser Zeit hatte er unterschiedliche Positionen in Design, Entwicklung und Management inne. Zu XP Power kam Bocock bereits vor mehr als 20 Jahren.