Stromversorgung
Fehlerquellen bei externen Netzteilen vermeiden
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Effizienzstandards und Netzstecker
Auch viele andere Aspekte der Stromversorgung unterliegen heute der Gesetzgebung. Handelt es sich um ein externes Netzteil, gelten die Anforderungen natürlich nur für das Netzteil selbst, während bei einem internen Netzteil die Angaben eher für das gesamte Produkt gelten. Dies mag kleinlich erscheinen, ist aber relevant, da ein Netzteil, das einen hohen Wirkungsgrad aufweist, nicht den Ineffizienzen unterliegen sollte, die in anderen Teilen des Produkts auftreten können.
So muss zum Beispiel die Leistungsaufnahme vieler Netzteile im Leerlauf den Effizienzstandards entsprechen, die inzwischen in zahlreichen Regionen und Ländern gelten (Bild 2). In den USA muss der Level-VI-Standard des US-Energieministeriums (DoE) eingehalten werden – historisch basierend auf dem ersten Standard der California Energy Commission aus dem Jahr 2004. Dieser Standard gilt jetzt in den gesamten USA und legt fest, wie effizient ein externes Netzteil sein muss und wie viel Stand-by-Strom es aufnehmen darf. So muss ein externes Netzteil, das eine einzelne Gleichspannung mit einer Leistung über 250 W bereitstellt, einen Wirkungsgrad von mindestens 87 Prozent aufweisen und im Leerlauf weniger als 0,5 W aufnehmen.
Generell gilt: Ein Netzteil kann heute nicht in Betrieb genommen (oder verkauft) werden, wenn es nicht den Anforderungen entspricht. Genügt das Netzteil jedoch den Anforderungen und befindet es sich innerhalb eines Produkts, das die Gesamtanforderungen wiederum nicht erfüllt, ist es eher unwahrscheinlich, dass ein Redesign des Netzteils helfen wird. Andererseits gibt ein externes Netzteil, das den Anforderungen entspricht, den Herstellern die Möglichkeit, dieses Design für eine Vielzahl seiner Produkte zu verwenden oder diese als After-Market-Option zum Nachrüsten anzubieten.
Ein weiterer zu berücksichtigender Designaspekt ist die Art des Steckers, der für den Netzanschluss verwendet wird. Natürlich gibt es hier regionale Unterschiede. Aber es ist zunehmend üblich, externe Netzteile zu entwickeln, die für den Betrieb in mehreren Regionen zertifiziert sind. Einer der wichtigsten Vorteile eines externen Netzteils ist, dass es auch das Hauptprodukt praktisch universell macht.
In diesem Zusammenhang sollte das Team überlegen, ob das Netzteil direkt an die Steckdose angeschlossen oder ein Netzkabel verwendet wird. Diese Entscheidung hängt wohl von zwei Dingen ab: dem Aussehen des Produkts und dem Leistungsbedarf. Netzteile, die mehr Leistung liefern müssen als etwa die über USB-C verfügbaren 100 W, werden wohl mit einem Netzkabel ausgeliefert. Dies bietet wiederum die Möglichkeit, mit einem abnehmbaren Kabel regionale Anpassungen vorzunehmen.
Gesamtgröße
Die Gesamtgröße des Netzteils kann ebenfalls eine Rolle spielen. Ist dies der Fall, sollte das Team neueste Halbleitertechnologien wie Galliumnitrid (GaN) in Betracht zu ziehen. Damit lassen sich höhere Wirkungsgrade erreichen, was das Wärmemanagement erleichtern kann, höhere Schaltfrequenzen sorgen für kleinere induktive Komponenten und steigern daher die Leistungsdichte. Eine kleinere Gesamtgröße kann für ein externes Netzteil dann besonders wichtig sein, wenn es für ein tragbares Gerät vorgesehen ist. Dies erhöht den Komfort für den Endnutzer, der sich sonst mit einem klobigen großen Netzteil unter dem Schreibtisch, hinter einem Gerät oder in dessen Nähe auseinandersetzen muss.
Es kann sinnvoll sein, das Design und die Herstellung eines eigenen externen Netzteils an einen Spezialisten auszulagern. Diese Unternehmen bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten, externe Netzteile an das Gesamtdesign des Produkts anzupassen. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn man das Netzteil mit der eigenen Marke versehen kann, so als ob es aus dem eigenen Werk kommt.
Externe Unterstützung
Letztlich muss das Netzteil in der Lage sein, dem zu versorgenden Gerät die richtige Spannung und den richtigen Strom bereitzustellen. Dies führt uns zu der Annahme zurück, dass das Netzteil sehr oft das Letzte ist, was entworfen wird. Es ist üblich, dass ein Entwicklungsteam nicht mit absoluter Sicherheit weiß, wie viel Leistung ein Produkt am Ende tatsächlich benötigt. Bei einem internen Netzteil kann dies eine Herausforderung darstellen. Fällt jedoch die Entscheidung, das Netzteil extern bereitzustellen, sollte diese so früh wie möglich getroffen werden, damit sich die Entwickler auf die Eigenschaften und Funktionen des Produkts selbst konzentrieren können. Hier helfen Anbieter wie CUI, die das Design und die Herstellung des externen Netzteils übernehmen, um die erforderlichen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen sowie die Anforderungen an die Sicherheit und den Wirkungsgrad international zu erfüllen – und das mit dem eigenen Branding des Kunden und ausgestattet mit den Steckern der Wahl.
Der Autor
Ron Stull
ist seit 2009 bei CUI. Als Power Systems Engineer spielt er eine Schlüsselrolle in CUIs Engineering-Team und ist unter anderem für Anwendungsunterstützung, Test und Validierung sowie Design zuständig.
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