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Rauscharme Netzteile

Optimale Röntgenbilder – exakte Diagnose

17. Juni 2025, 8:00 Uhr | Von Roman Reimer und Jörg Klenke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Ultra-Low-Noise-Schaltnetzteile minimieren Rauschen

Eine kostengünstige Alternative dazu ist eine neue Netzteilgeneration: Ultra-Low-Noise-Schaltnetzteile – primär getaktete Netzteile mit einer DC-Ausgangsspannung, die von extrem geringen Störungen überlagert ist. Ihre R&N-Werte liegen in der Größenordnung lineargeregelter Netzteile: unterhalb von 10 mVss und bei einer neuen Gerätegeneration des Schaltnetzteilherstellers Daitron sogar unter 1 mVss (siehe Kastentext zum Low-Ripple-Schaltnetzteil RFS50). Ein Vorteil, der hier anhand eines Fallbeispiels demonstriert werden soll:

Im fiktiven Anwendungsfall werden die Sensoren einer Messeinrichtung – zum Beispiel eines Flachbilddetektors in der Röntgentechnik – mit DC-Spannung versorgt. Da die Systemkomponenten weit entfernt von Netzteilen und Messeinrichtungen eingebaut wurden, werden DC-Leitungen und Datenkabel gemeinsam über ein und dieselbe Strecke geführt. Hierbei kann es jedoch zum Phänomen des »Übersprechens« kommen – es werden Störungen der Versorgungsleitung in die Messleitung eingekoppelt. Dies hat zur Folge, dass für eine optimale Auswertung und Diagnose das Messsignal verstärkt werden muss. Doch dabei werden die Störungen der Spannungsversorgung ebenfalls verstärkt und müssen, zum Teil aufwendig, herausgefiltert werden. Das ist selbst dann der Fall, wenn der Standard-Primärschaltregler über eine medizinische Zulassung verfügt.

Anders, wenn von vornherein ein Ultra-Low-Noise-Schaltnetzteil in das Gerät integriert wird. Einziger Anbieter ist derzeit Daitron, etwa mit dem RFS50, dessen Ripple nur noch bei 1 mVss liegt und das eine Leistung von 50 W liefert. So geringe Ripple-Werte wurden bisher nur durch Linearnetzteile ermöglicht.

Da der Platzbedarf für die zusätzliche Filterstufe entfällt, kann er für andere Komponenten genutzt werden oder es ist eine kompaktere Bauform möglich.

Während bei industriellen Primärschaltreglern Effizienz und Baugröße im Vordergrund stehen, liegt der Fokus der Daitron-Netzteile auf möglichst geringen Störungen – sowohl bei der Netzrückwirkung als auch auf der DC-Ausgangsseite und den abgestrahlten Emissionen. Dabei kommt Daitron mit deutlich weniger Entstörkomponenten wie Kondensatoren und Induktivitäten aus als industrielle Schaltnetzteile. Grund dafür ist der Leistungs- beziehungsweise HF-Übertrager. Dieser funktioniert nach dem Prinzip der Resonanz-Mode-Technologie im Soft-Switching-Verfahren.

Dieses weiche Schalten mit flacheren Schaltflanken verursacht wesentlich weniger Störungen als das üblicherweise harte Schalten mit steilen Flanken. Geschaltet wird synchron zu den Nulldurchgängen mit einer minimalen Überlappung von Spannung und Strom. So werden Störungen auf ein Minimum reduziert. Dafür werden Wirkungsgrade zwischen 82 und 90 Prozent in Kauf genommen, je nach Ausgangsspannung.

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Bei industriellen Netzteilen liegt dieser Wert zwar teilweise wesentlich höher, aber bei Linearreglern deutlich darunter, bei gerade mal 50 bis 60 Prozent. Sowohl die leitungsgebundenen als auch die abgestrahlten Störungen liegen weit unterhalb der zulässigen Grenzwerte, wie beispielsweise die der EN 55022 Klasse B. Gleiches gilt für den Ableitstrom, der unter 0,15 mA liegt, was speziell für medizinische Anwendungen essenziell wichtig ist, da für sie die Vorgaben der medizinischen Norm EN 60601-1 gelten.

Den wichtigsten Unterschied aber machen die extrem geringen Störungen der DC-Ausgangsspannung aus, die bei kleiner 10 mV Spitze-Spitze liegen. Im Gegensatz liegt dieser Wert bei industriellen Netzteilen in der Größenordnung von 100 bis 200 mVss.

Ein völlig neues Gerätekonzept aus Fernost

Hinzu kommt: Bei Verwendung eines Ultra-Low-Noise-Schaltnetzteils fällt die Temperaturentwicklung im Messgerät so gering aus, dass auf die Verwendung eines Lüfters verzichtet werden kann. Denn während Linear-Netzteile eine Effizienz von 50 bis 60 Prozent aufweisen, liegt das Daitron-1-mV-Schaltnetzteil bei bis zu 85 Prozent. Lüfter beeinträchtigen zwar nicht die Bildqualität, werden im OP-Saal aber ungern gesehen – zum einen wegen der zusätzlichen Geräuschentwicklung, zum anderen aber auch, weil sie sich schlecht desinfizieren lassen.

Weiterer Vorteil des Daitron-Netzteils für Gerätehersteller: Der Weitbereichseingang, der reduzierte Entstöraufwand und eine kompakte Bauweise ermöglichen in der Geräteentwicklung gerade von Messgeräten völlig neue Konzepte. Denn die Linear-Netzteile, die lange Zeit als einzige das benötigte geringe Rauschverhalten aufwiesen, haben den Nachteil, deutlich schwerer und größer als Schaltnetzteile zu sein. Letztere ermöglichen daher den Bau deutlich kompakterer und kleinerer Geräte.

Generell werden Entwickler in den Bereichen Sensorik und Analytik von der neuen Low-Ripple-Netzteilgeneration profitieren, zum Beispiel bei der Umsetzung von Spektrometrie-Systemen, Hightech-Mikroskopen oder Röntgen-Detektoren. Nicht von ungefähr, denn der Wunsch nach der perfekten Bildqualität war der eigentliche Grund für die Entwicklung der neuen rauscharmen Schaltnetzteile.

Es war der Elektronikhersteller Sony, der 1996 für eine völlig neue Generation von Fernsehgeräten eine extrem rauscharme DC-Stromversorgung benötigte. Im Projektverlauf stellte sich jedoch heraus, dass diese Technologie gegenüber Plasma- und LCD-Fernsehgeräten chancenlos war – zu hohe Kosten. Jedoch: Die Ultra-Low-Noise-Technologie war geboren – und sie und das Entwicklerteam wurden 2001 von Daitron übernommen.

Während Ultra-Low-Noise-Schaltnetzteile im asiatisch-pazifischen Raum und den USA bereits sehr verbreitet sind, sind sie in Europa noch weitgehend unbekannt. Ein Umstand, den die Systemtechnik Leber aus Schwaig bei Nürnberg ändern will. Als langjähriger Daitron-Partner für Deutschland und Österreich sind die Mitarbeiter des Unternehmens mit den Netzteilen bestens vertraut und stehen im direkten Kontakt mit der Daitron-Entwicklungsabteilung. Im Bedarfsfall können die Schaltnetzteile so schnell an anwenderindividuelle Anforderungen angepasst werden. Und sollte kein Standardnetzteil den technischen Vorgaben entsprechen, werden auch kundenspezifische Netzteile und DC/DC-Wandler entwickelt.

Daitron Low-Ripple-Schaltnetzteil RFS50 auf einen Blick
Ripple: 1 mV Weitbereichseingang für weltweiten Einsatz = 110 bis 240 VAC 50 Watt Leistung Geringer Ableitstrom (264 VAC, 0,2 mA) Remonte on/off Ausgangsspannungen: 5 V/12 V/15 V/24 V/30 V/48 V Maße: 82 mm x 42 mm x 184 mm (B x H x T) Zulassung nach EN 60950-1 und nach EN 60601-1-2 Remote-Sense- und Remote-Control- Ein- und -Ausgänge Konvektionsgekühlt bei einem Betriebstemperaturbereich von –10 bis +60 °C Weitere Modelle verfügbar mit 150 und 300 Watt Leistung.

Daitron Low-Ripple-Schaltnetzteil RFS50 auf einen Blick

Ripple: 1 mV
Weitbereichseingang für weltweiten Einsatz = 110 bis 240 VAC
50 Watt Leistung
Geringer Ableitstrom (264 VAC, 0,2 mA)
Remonte on/off
Ausgangsspannungen: 5 V/12 V/15 V/24 V/30 V/48 V
Maße: 82 mm x 42 mm x 184 mm (B x H x T)
Zulassung nach EN 60950-1 und nach EN 60601-1-2
Remote-Sense- und Remote-Control- Ein- und -Ausgänge
Konvektionsgekühlt bei einem Betriebstemperaturbereich von –10 bis +60 °C
Weitere Modelle verfügbar mit 150 und 300 Watt Leistung.

Ripple und Noise (R&N)
Noise: Störung des Nutzsignals wie beispielsweise einer DC-Spannung beim Fluss des elektrischen Stroms Ripple: der einer DC-Spannung überlagerte Wechselstrom mit beliebiger Frequenz und Kurvenform Die JEITA – eine japanische Organisation zur Standardisierung von elektronischen Bauelementen, Geräten und Messmethoden – hat eine international anerkannte Messmethode entwickelt, die seit vielen Jahren von der Mehrzahl der Netzteilhersteller zur Messung von DC-Störungen eingesetzt wird. Somit ist die Vergleichbarkeit der Angaben zu R&N gegeben.

Ripple und Noise (R&N)

Noise: Störung des Nutzsignals wie beispielsweise einer DC-Spannung beim Fluss des elektrischen Stroms
Ripple: der einer DC-Spannung überlagerte Wechselstrom mit beliebiger Frequenz und Kurvenform

Die JEITA – eine japanische Organisation zur Standardisierung von elektronischen Bauelementen, Geräten und Messmethoden – hat eine international anerkannte Messmethode entwickelt, die seit vielen Jahren von der Mehrzahl der Netzteilhersteller zur Messung von DC-Störungen eingesetzt wird. Somit ist die Vergleichbarkeit der Angaben zu R&N gegeben.