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ErP-Richtlinie als Basisvorgabe für eigene Entwicklungen

Wir begegnen immer wieder Richtlinien wie „ErP“ und „Energy Star“. Diese Vorgaben gelten zwar momentan nur für IT Equipment, externe Netzgeräte und hochvolumige Konsumgeräte, dennoch benutzt TDK-Lambda die ErP-Richtlinie als Basisvorgabe für die eigene Entwicklung neuer Industriestromversorgungen. Energy Star V wird über-wiegend in den USA angewendet und beinhaltet ähnliche Vorgaben.

Gefordert wird beispielsweise, dass der durchschnittliche Wirkungsgrad für Ausgangsleistungen zwischen 25 und 100 W höher als 87% sein muss. Wärme die nicht erzeugt wird, muss auch nicht „weggekühlt“ werden! Durch höhere Integration der verwendeten Komponenten sowie neue Topologien wird die Anzahl der Bauteile verringert.

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Das ermöglicht kleinere Bauformen und erhöht auch die Zuverlässigkeit der Geräte. Auch für Stromversorgungsgeräte gibt es eine Lernkurve: die Kosten für Geräte neuer Generation können im Vergleich zu den Vorgängern manchmal bis zu 30% gesenkt werden!

Vier verschiedene Konzepte zur Kühlung der Stromversorgung

Die Leistungsdichte der Stromversorgung eines Gerätes ist in der Regel höher als die Leistungsdichte der einzelnen Komponenten, die sie versorgt. Dazu gehören Steuerungen, Schnittstellen, Eingabegeräte, Motoren, Laser, Peltiers und Displays. Jede dieser Komponenten bezieht nur einen Teil der Energie, die durch die Stromversorgung fließt, Kühlung ist hier also eher Nebensache im Gegensatz zur Stromversorgung selbst.

Bei der Kühlung der Stromversorgung unterscheidet man bei TDK-Lambda vier unterschiedliche Konzepte:

• 1. Geräte, die Konvektion benötigen: Hier wird die Einbaulage zum entscheidenden Faktor. Unterschiedliche Einbaulagen resultieren in unterschiedlicher Kühlung. Deshalb muss je nach Einbausituation ein Leistungsderating in Kauf genommen werden, das heißt, es steht nur ein Teil der Ausgangsleistung zur Verfügung. Manche Einbaulagen, wie die Über-Kopf-Montage, verbieten sich von selbst. Damit Konvektion entstehen kann, müssen Lufträume vorhanden sein. Auch sollten zwischen den einzelnen Komponenten Mindestabstände eingehalten werden, die allerdings von Gerät zu Gerät unterschiedlich sind.

• 2. Geräte, die einen Luftstrom benötigen, z.B. in einem U-Chassis: Diese sind dann eine gute Wahl, wenn z.B. bereits eine Systemlüftung vorhanden ist und aus Zuverlässigkeits-, Lärm-, bzw. Verschmutzungsgründen auf zusätzliche Lüfter verzichtet werden soll.

• 3. Geräte mit eingebauten Lüftern: Diese Geräte sind fast immer sehr einfach in die jeweiligen Anwendungen integrierbar. Aber auch hier gilt es einige Einbautipps zu beachten: Der Lüfter sollte grundsätzlich nie von oben nach unten blasen, da er dann gegen die natürliche Konvektion arbeiten muss und die volle Kühlleistung nicht erreicht wird. Auf der Ansaug- wie auch auf der Ausblasseite müssen genügend große Öffnungen vorhanden sein, um den Luftstrom nicht zu beeinträchtigen. Als Handformel gilt, dass die Luftöffnungen und Abstände zu anderen Geräten mindestens so groß sein sollen wie der Gerätequerschnitt an Luftein- und auslass.

• 4. Geräte für Kontaktkühlung: Geräte mit Kühlplatte benötigen zur Wärmeabfuhr geeignete Kühlkörper oder sonstige „kühle Platten“. Die zulässige Temperatur der Kühlfläche (Baseplate) ist im Instruction Manual zu finden und kann bis zu 100 °C betragen.

Was beim Einbau in geschlossene Gehäuse zu beachten ist

Bestimmte Anwendungen, z.B. die Lebensmittelindustrie, verlangen den Einbau von Stromversorgungen in geschlossene Gehäuse. Beim Einbau von Netzgeräten in geschlossene Metall- oder Kunststoffgehäuse sind eine ganze Reihe von Normen und Vorschriften zu beachten. Eine besondere Herausforderung ist die Abfuhr der Wärme ohne Ventilationsöffnungen. Um sicher zu gehen, dass die einzelnen Bauteile einer Stromversorgung wirklich ausreichend gekühlt werden, sollten die Temperaturen kritischer Bauteile in der Stromversorgung gemessen werden. In den meisten Fällen reicht dazu die Aufnahme mit einer Wärmebildkamera.

Exaktere Nachmessungen verlangen das Anbringen von Thermosensoren an den entsprechenden Bauteilen. Gerade wenn Geräte eingebaut werden, die einen Luftstrom benötigen aber keinen eigenen Lüfter haben, trägt der Anwender die Verantwortung für die ausreichende Kühlung der Bauteile. Bei größeren Geräten kann es durchaus vorkommen, dass die Temperaturen von 20 bis 30 Bauteilen gemessen werden müssen, um einen störungsfreien Betrieb über viele Jahre sicherzustellen.

TDK-Lambda bietet für diverse Geräte die Bestückung mit Thermosensoren an. Mit dem „Thermocouple Sample“ erhält der Kunde eine Tabelle, in die er die gemessenen Bauteiletemperaturen einträgt. Der Hersteller legt die Messprotokolle bei den Sicherheitsdokumenten ab. Werden die maximal erlaubten Temperaturen nicht überschritten, so bleiben auch die Sicherheitszulassungen für die Geräte gültig.

TDK-Lambda finden Sie auf der electronica 2014 in Halle B2 am Stand 205.

Mehr zum Thema errfahren Sie auch in unserem Webinar „Netzgeräte oder DC/DC-Wandler richtig konzipieren – Stromversorgung heute!“

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* Alfred Lorenz ist FAE & Product Manager bei der TDK-Lambda Germany GmbH in Achern.

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