Recom: Know-how aus der Medizinelektronik für die Leistungselektronik nutzen
Wie »reinforced« isolierte DC/DC-Wandler die Zuverlässigkeit von IGBT-Schaltern verbessern
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Über die Unterschiede zwischen Isolation und Isolation
Zunächst empfiehlt es sich, die Angaben in den Datenblättern genau zu vergleichen und auf Zusätze zu achten. Zwei auf den ersten Blick gleich spezifizierte Wandler können unterschiedlich gut isoliert sein. Dies wäre der Fall, wenn ein Wandler mit 4000 VDC / 1 sec, der andere aber mit 4000 VDC / 1 min spezifiziert ist. Letzterer wäre nämlich für 5000 VDC / 1 sec gut oder auch für 2450 VDC kontinuierlich. Denn wie ein Deich, der dem Hochwasser nicht beliebig lange standhalten kann, muss die Dauer der Belastung mit ins Kalkül gezogen werden.
Um Anwendern einen besseren Überblick zu verschaffen, stellt Recom mit dem »ISO-Calc« ein kostenloses Tool zur Verfügung (Abb. 2). Auf der »schlauen Scheibe« sind zu jeder Spezifikation die relevanten Vergleichswerte abzulesen. Der ISO-Calc lässt sich kostenlos über info@recom-electronic.com anfordern oder auf der Website www.recom-electronic.com ausprobieren.
Neben der Höhe der Prüfspannung unterscheidet man auch die »Güte« der Isolation. Die einfachste Form - die »funktionale« Isolation - wird durch einen Transformator erreicht, bei dem Primär- und Sekundärwicklung direkt übereinander gewickelt werden. Die dünne, vielleicht nur 5 µm dicke Lackschicht der Kupferdrähte genügt bereits, einer Prüfspannung von 1000 VDC mühelos standzuhalten. Dies dürfte auch dann noch gegeben sein, wenn die Schicht einer der Drähte bei der Produktion beschädigt wurde.
Allerdings machen hohe Umgebungstemperaturen, Feuchte, Vibration oder auch kurzzeitige Spannungsspitzen den Lack mit der Zeit mürbe. Irgendwann kommt es zum Defekt, obwohl die Isolationsspannung ursprünglich völlig ausreichend war. Getreu dem Motto: Steter Tropfen höhlt den Stein.
Deshalb hat UL (Underwriters Laboraties) oberhalb dieser »funktionalen« Isolation drei Qualitätsklassen etabliert, für die konkrete Luft- und Kriechstrecken vorgeschrieben sind (Abb.3). In der unteren Klasse »Basic« sind für einen Wandler mit 24 VDC Eingangsspannung Luft- und Kriechstrecken von 0,5 mm bzw. 1,0 mm erforderlich. Bei der Luftstrecke handelt es sich um den direkten »Punkt zu Punkt«-Abstand, bei der Kriechstrecke um den Weg entlang der Oberfläche. Mit auf 1,0 mm bzw. 2,0 mm verdoppelten Werten wartet die Mittelklasse auf - neudeutsch »Supplementary« genannt. Für die Oberklasse mit »reinforced« Isolation sind beim selben Wandler bereits 2,0 mm bzw. 4,0 mm erforderlich - also um den Faktor 4 mehr als bei »Basic«-Isolation.
Für Geräte der Medizinelektronik, die im Patientenumfeld zum Einsatz kommen, ist gemäß UL/EN 60601 »reinforced« Isolation erforderlich. In der Leistungselektronik gibt es keine Vorgaben dieser Art. Unabhängig von der jeweils spezifizierten Prüfspannung lässt sich aber sagen, dass »reinforced« isolierte Wandler den im Lebenszyklus eines Wechselrichters auftretenden Stressfaktoren weitaus besser gewachsen sein werden als »basic« oder gar »functional« isolierte Wandler. Deshalb kann es nicht verwundern, wenn für langlebige Produkte wie Wechselrichter zunehmend »reinforecd« isolierte DC/DC-Wandler zum Einsatz kommen. Zumal in der relevanten Leistungsklasse bis 6 W bereits eine gute Auswahl an preisgünstigen Wandlern erhältlich ist.
- Wie »reinforced« isolierte DC/DC-Wandler die Zuverlässigkeit von IGBT-Schaltern verbessern
- Isolationsbarriere des DC/DC-Wandler im »Stresstest«
- Über die Unterschiede zwischen Isolation und Isolation
- Breite Produktpalette für IGBT-Applikationen
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