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Spannungswandler

Wenn die Bahnstromversorgung wirklich zuverlässig sein soll

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Weitbereichswandler liegen aus Kostengründen im Trend

Um attraktive Preise zu erzielen, geht der Trend immer mehr zu sogenannten Weitbereichswandlern. Das bedeutet, dass man mit einem Gerätetyp mehrere Systemspannungen abdecken möchte. Es leuchtet sofort ein, dass damit höhere Stückzahlen erreichbar sind. Damit die Ausfallrate nicht ansteigt, ist darauf zu achten, dass die MTBF nicht absinkt, bzw. der Wirkungsgrad auch bei niedrigeren Spannungen gleich gut bleibt. Da die Ströme mit kleinerer Spannung ansteigen, ist dies kein leichtes Unterfangen. Denn aus P = U . I bzw. I = P/U folgt P = I2. R, d.h. dass die Verluste quadratisch mit dem Strom steigen.

Worauf es beim Dimensionieren der Sicherung ankommt

Tabelle 2: Maximalströme für einen Wandler bei einem konstanten Wirkungsgrad von 90% und 500 W Nennleistung
Tabelle 2: Maximalströme für einen Wandler bei einem konstanten Wirkungsgrad von 90% und 500 W Nennleistung
(Bild: Grau Elektronik)
Eine weitere Schwierigkeit ist die richtige Dimensionierung der Sicherung. Wer sich schon einmal die Auslösekennlinien solcher Bauelemente angeschaut hat, weiß wovon hier die Rede ist. Zum einen soll eine Sicherung im Fehlerfall den Stromkreis schnell und zuverlässig trennen; zum anderen darf dieses Bauteil aber auch nicht zu empfindlich sein, sonst hat man beim Einschalten der Wandler schon Probleme. Beim Weitbereichswandler verschärfen sich sofort diese Anforderungen. Für einen Wandler, unter der Annahme bei einem konstanten Wirkungsgrad von 90% und mit PA = 500 W, ergeben sich die Maximalströme in Tabelle 2.

Sicherungen sollten nicht versehentlich ansprechen

Um Halbleiter zuverlässig zu schützen, sind flinke Sicherungen zu empfehlen. Damit Sicherungen nicht versehentlichen ansprechen, ist ein Mindestbemessungswert 50% über dem Maximalstromwert anzusetzen: Im Fall 1 (Nennspannung UE = 110 V ±40%) sind es 1,5 . 8,42 A = 12,63 A. Bei einem möglichen Fehlerstrom von 125 A (I/Irat = 10) würde die gewählte 12,5-A-Sicherung dann schnellstens nach ca. 1 ms, längstens jedoch erst nach 40 bis 50 ms trennen.

Bei einem Fehlerstrom von 25 A (Faktor 2) dauert die Trennung dann immerhin schon mindestens 300 ms, längstens jedoch mehrere 1000 Sekunden! Da kann es leicht zu thermischen Überhitzungen von Leiterbahnen oder Bauteilen kommen, was eventuell auch zu Entzündungen und/oder Lichtbogenbildungen führen kann.

Beim Weitbereichswandler ist die Spannweite noch weitaus größer. 1,5 . 12,86 A = 19,29 A, das heißt, es ist jetzt schon eine 20-A-Sicherung notwendig. Dass diese bei kleinen Fehlerströmen noch länger zum Auslösen benötigt, ist normal. Hier ist dann das Knowhow von Schaltungsentwicklern und Sicherungsherstellern gefragt, um durch geeignete Legierungen die erforderliche Auslösecharakteristik zu erzielen.

Langjährige Erfahrung erspart unliebsame Überraschungen

Um zuverlässige Lösungen zu erhalten, genügt es also nicht, Wandler von der Stange zu kaufen und einzusetzen. Grau Elektronik unterstützt seine Kunden mit seiner langjährigen Erfahrung, um ihnen unliebsame Überraschungen und Systemstörungen möglichst zu ersparen. Ein etwas höherer Anschaffungspreis ist damit sehr oft die günstigere Lösung.

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