Stromversorgung
Verteilte Stromversorgungs-Struktur mit DC/DC-Modulen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Dezentrale Stromversorgung: Distributed Power Architecture (DPA)
In der Profi-Technik war DPA schon Ende der 80er-Jahre aufgetaucht: Neben den „dreibeinigen“ POL-Reglern, die inzwischen ebenfalls als Schaltregler verfügbar sind, verbreiteten sich auch die hochleistungsfähigen „Bricks“, isolierende DC/DC-Wandler, die mit bis zu 90% Wirkungsgrad und bis über 700 Watt Leistung Eingangsspannungen von 9 bis 425 V DC zu Arbeitsspannungen von weniger als einem bis zu 60 V DC umsetzen. Der „Brick“ ist dabei die Baugröße 117 x 55,9 x 12,7 mm, kleinere Bauformen nutzen dann 1/2, 1/4, 1/8 oder 1/16 Brick.
Bricks haben eine Metallgrundplatte, mit der sie an Kühlkörper geschraubt werden, und eine sehr robuste Bauweise, was sie auch im Bahn-, Avionik- und Militärbereich sehr beliebt macht. Der zulässige Eingangsspannungsbereich liegt meist bei 2:1 bis 4:1, die Eingangsspannung muss also nicht stabilisiert sein. Sie produzieren aus einer Bus-Eingangsspannung eine geregelte Ausgangsspannung. So können auch weit verzweigte Anlagen verlustarm versorgt werden – ebenso ist aber auch bei Bedarf ein klassisches zentrales Netzteil mit solchen Bricks flexibel auch in Kleinstserien aufbaubar.
Durch die galvanische Trennung verringern diese Bausteine die Gefahr durch Überspannungen und Brummschleifen in ausgedehnten Anlagen, während in lokalen, kostensensitiven Applikationen mit den galvanisch nicht trennenden POL-Reglern gearbeitet wird.
Für spezielle Anwendungen bietet HY-LINE Power Components übrigens auch Brick-Bausteine mit Eingangsspannungsbereichen von 8:1 oder 12:1 an. Letztere haben dann beispielsweise einen Eingangsspannungsbereich von 12 bis 155 V DC, Dies ist nützlich bei sehr instabilen oder über lange Leitungen zugeführten Versorgungsspannungen oder in Applikationen, bei denen mit sehr unterschiedlichen Versorgungsspannungen gerechnet werden muss.
So werden solche Extremweitbereichseingänge gerne in der Bahntechnik und Industrie verbaut, wo je nach Einsatzort ganz unterschiedliche Versorgungsspannungen zur Verfügung stehen. Selbst wenn der Einsatzort nicht mobil in einem Zug ist, erspart der Weitbereichswandler, verschiedene Varianten einer Stromversorgung bereit zu halten.
Gegenüber den Standardmodellen sind Leistung und Wirkungsgrad der Ultra-Weitbereichswandler zwar reduziert, doch mit bis zu 90% und bis zu 144 Watt immer noch sehr gut.
Neben den höherspannigen Busverteilern mit 300 oder 375 V DC, entstanden aus direkt gleichgerichteter und von einer PFC-Einheit bearbeiteter 230-V-Netzspannung, setzen sich die ursprünglich aus der Telekommunikation stammenden 48-V-DC-Busversorgungen immer mehr durch: Sie können bei Stromausfall auch unkompliziert aus Akkumulatoren gespeist werden, sind berührungssicher (SELV) und arbeiten dennoch noch mit akzeptablen Stromstärken für die Leistungsverteilung.
Was als Nachteil von DPA bleibt, ist die üblicherweise doppelte Regelung: Die Busspannung wird ja auch direkt verwendet, muss also stabilisiert werden, und dann wird nochmals umgesetzt und neu geregelt. Dies erhöht die Kosten und reduziert den Wirkungsgrad. Zudem ist die direkte Umsetzung beispielsweise von auf dem Bus verlustarmen 48 V auf 3,3 V oder weniger an einer CPU in einem POL-Schaltregler mitunter problematisch: Das Tastverhältnis liegt nur noch bei wenigen Prozent! Nutzt man dagegen für jede benötigte Spannung einen eigenen Brick mit eigener Regelung, wird die Stromversorgung unnötig teuer und der Leiterplattenplatz knapp.
- Verteilte Stromversorgungs-Struktur mit DC/DC-Modulen
- Dezentrale Stromversorgung: Distributed Power Architecture (DPA)
- Zwischenspannung für bessere Regelbarkeit: Intermediate Bus
- Verteilte Strukturen sind smarter und flexibler
- Flexible Auswahl der passenden Stromversorgungsbausteine