DC/DC-Wandler mit hoher Isolationsspannung
Maximaler Patientenschutz
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Maximaler Patientenschutz
Problemfeld Wirkungsgrad
Um diese Werte einhalten zu können, mussten bislang Primär- und Sekundärwicklung getrennt voneinander auf entgegengesetzte Hälften eines Ferritkerns gewickelt werden. Dies hat zum einen Konsequenzen für die Größe des Trafos, zum anderen sinkt der Wirkungsgrad, da sich mit dem größeren Abstand die Magnetfelder weniger optimal überlagern.
Ein Beispiel aus der Praxis: Liegt der Wirkungsgrad eines einfach isolierten Wandlers mit übereinander liegender Primär- und Sekundärwicklung bei rund 85%, so schafft ein »Re-inforced«-Wandler in konventionellem Design gerade mal 75%.
Wer nun denkt »Macht nichts – 3 Watt sind doch 3 Watt…«, übersieht die Auswirkung auf die zulässige Betriebstemperatur. Beträgt die Verlustleistung im Fall eines einfach isolierten 3-W-Wandlers nur wenig mehr als 0,5 W (3 W/0,85-3 W = 0,529 W), so liegt sie bei einem konventionellem »Reinforced«-Wandler fast doppelt so hoch (3 W/0,75-3 W = 1,0 W). Die Folge: Die maximal zulässige Betriebstemperatur für Konvektionskühlung sinkt von +85 °C auf rund +70 °C, sodass nicht selten zusätzlicher Aufwand für die Kühlung betrieben werden muss.
Entwicklungsingenieuren von Recom in Österreich und Taiwan ist es jetzt gelungen, den Transformator so zu konzipieren, dass er gleichzeitig alle sich widersprechenden Forderungen erfüllen kann.
Die Wicklungen sind so angeordnet, dass sich die Magnetfelder optimal überlagern können. Ein speziell geformter Trafokern in Kombination mit neuen Isolationsmaterialien halten die Wicklungen auf der geforderten Distanz. Zwar sind solche Trafos noch immer etwas größer als jene mit einfacher Isolation, dennoch gelang es, die Wandler ausnahmslos im Gehäuse der einfach isolierten Versionen unterzubringen.
Das neue Konzept trägt die Bezeichnung »Re3-Inforced«. Laut Hersteller haben damit ausgestattete DC/DC-Wandler eine höhere Isolationsspannung, einen besseren Wirkungsgrad und mehr Nennleistung als vergleichbare Produkte.
Neben der höheren Isolation konnte zugleich die Wicklungskapazität um den Faktor drei auf 20 pF reduziert werden. Dies führt zu sehr niedrigen Ableitströmen, wie sie in der Medizintechnik erwünscht sind. Die neuen Wandler (siehe Kasten) sind dauerhaft gegen Kurzschluss und Überlast geschützt und optional auch mit Unterspannungsschutz und Remote-Pin lieferbar. Sie entsprechen allen einschlägigen Normen wie EN 60601 oder UL 60601.
| Drei DC/DC-Wandlerfamilien mit der neuen Technik |
| In der Leistungsklasse 1 W und 2 W sind drei neue Produktfamilien verfügbar. Die beiden »kleinen« »Rxx/Pxx«-Familien sind in einem SIP7-Gehäuse untergebracht und bis 6,4 kV (DC) bzw. 8 kV (DC) isoliert. Die 2-W-Version ist als »RV«-Familie auch im DIP24-Standardgehäuse lieferbar, wodurch die Umrüstung auf die neue Technik einfach wird. Der Wirkungsgrad liegt bei 88 % - die Betriebstemperatur darf bei natürlicher Kühlung und ohne Derating bis zu +85 °C betragen. Die beiden »großen« Familien bringen 3,5 W und 6 W Leistung, sind bis 8 kV (DC) bzw. 10 kV (DC) isoliert und haben ein Standard-DIP24-Gehäuse. Sie bringen rund 20 % mehr Nennleistung als die einfach isolierten Vergleichstypen und erreichen mit Werten bis 86 % einen ausgesprochen günstigen Wirkungsgrad. Die maximale Umgebungstemperatur darf beim »REC 3.5« beispielsweise bis +85 °C betragen, bei natürlicher Kühlung und ohne Derating. Beim leistungsstärkeren »REC 6« sind es unter gleichen Voraussetzungen +75 °C. Die Gehäusetemperatur darf dabei bis zu +105 °C betragen. Laut Hersteller durchliefen die neuen Familien im eigenen Umweltlabor schon während der Entwicklung ausgiebige »HALT«-Tests, um eine lange Lebensdauer garantieren zu können. Die Gewährleistung beträgt drei Jahre. Trotz der technisch aufwändigen Konstruktion und der höheren Leistungsausbeute liegen die Preise laut Recom nicht wesentlich über denen der bislang verfügbaren Technik und zum Teil deutlich unter denen vergleichbarer Wettbewerbsprodukte. |
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