Die Effizienz von Netzteilen steigern sowie die Geräte- und Systemkosten reduzieren

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MTM Power Messtechnik Mellenbach GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

PULS GMBH

Ein freischwingender Sperrwandler ist einfach und effizient

Für diese Verkleinerung war es naheliegend, die mehrstufige, hocheffiziente Technologie aus dem 500-W-Gerät QT20 einzusetzen. Doch damit wären die Kostenziele bei 120 und 240 W nicht erreichbar gewesen. Deshalb entschieden sich die Entwickler dafür, die einfache und doch effiziente Technologie des einstufigen, freischwingenden Sperrwandlers weiter zu entwickeln. Dieser hat die Vorzüge, teilresonant mit geringen Verlusten zu schalten und nur ein Wickelgut zu benötigen.

Wirkungsgrad bei Volllast dank Synchron-Gleichrichtung

Die erste wichtige Verbesserung war der Einsatz eines Synchron-MOSFETs anstelle einer Diode für die Gleichrichtung auf der Ausgangsseite des Netzgerätes. Man ersetzt damit die Flussspannung einer Diode durch den Widerstand eines MOSFETs und kommt so auf geringere Verluste. Die Ansteuerung dieses MOSFETs ist bei einem freischwingenden Wandler nicht ganz trivial, vor allem wenn bei Industrieapplikationen noch eine Rückspeisung durch Motoren beherrscht werden muss. Puls hat als Pionier im Einsatz von Synchrongleichrichtern bei Industrienetzteilen jedoch langjährige einschlägige Erfahrung und verfügt über eine robuste und einfache Lösung.

Auch bei Teillast ist ein möglichst hoher Wirkungsgrad erwünscht

Bislang wurde von den Herstellern der Netzteile hauptsächlich der Wirkungsgrad bei Volllast optimiert, da dieser für das Gerät thermisch der ungünstigste Arbeitspunkt ist, der sicher beherrscht werden muss. In realen Anwendungen werden Netzteile aber eher nur mit Teillast belastet und es wäre aus Gründen der Energieeffizienz wünschenswert, über einen möglichst flachen Verlauf der Wirkungsgradkurve über den Lastbereich zu verfügen. In den verschiedenen Standardisierungsaktivitäten zur Reduktion des Energieverbrauchs wird deshalb auch der Wirkungsgrad bei Teillast diskutiert. Leider ist ein gleichmäßiger und hoher Wirkungsgrad nicht so leicht zu erzielen, denn Schaltungskonzepte mit gutem Volllastverhalten fallen im Teillastbereich zurück. Es gibt jedoch Maßnahmen, das zu verbessern und eine davon ist die Vermeidung der Frequenzerhöhung des Freischwingers bei reduzierter Last. Normalerweise steigt beim Regeln die Frequenz, was jedoch die unvermeidlichen Schaltverluste erhöht.

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