Worauf Sie beim Thema Derating in der Praxis achten sollten

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Mit der Beschreibung des Leistungs-Deratings auf diese Art und Weise wird eine höhere Leistungsdichte und damit eine kostengünstige Netzteil-Version vorgespiegelt. Wenn allerdings die weltweite Funktionalität gefordert wird, dann ist häufig ein größeres Netzteil erforderlich. Oftmals kann ein Netzteil, das mit einer Leistung von 100 W beworben wird, unter allen Eingangsspannungs- und Temperaturbereichen nur maximal 80 W liefern.

Das Derating, basierend auf der Eingangsspannung, wird vorgenommen, um eine Überhitzung der Eingangsfilterkomponenten, des Brückengleichrichters und der PFC-Stufe durch den steigenden Eingangsstrom bei reduzierter Eingangsspannung zu verhindern. Manche der Verluste steigen proportional zur Erhöhung des Eingangsstroms, während ohmsche Verluste, wie sie etwa in den EMV-Filterdrosseln entstehen, dagegen im Quadrat steigen.

Soll das Gesamt-Equipment weltweit einsetzt werden, dann ist unbedingt zu beachten, dass die Ausgangsleistung auch bei niedriger Eingangsspannung ausreichend ist, da der Betrieb außerhalb der spezifizierten Daten Probleme in Sachen Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Gerätes zur Folge haben kann.

In einigen Fällen reduziert sich die verfügbare Leistung bei einem bis 40 °C mit 100 W spezifizierten Netzteil auf 60 W, wenn es mit 90 V_AC und bei einer Umgebungstemperatur von 50 °C betrieben wird aufgrund der Kombination des Deratings über die Umgebungstemperatur und die Eingangsspannung. Deshalb kann ein solches Netzteil nicht mit einem 100-W-Gerät verglichen werden, das die 100 W über den gesamten Eingangsspannungs- und Temperaturbereich liefert. Vielmehr sollte es mit einem echten 60-W-Netzteil in den Maßen, der Leistungsdichte und den Kosten verglichen werden.

Details der Vorgaben des Endanwenders beachten

Oft gibt es auch seitens des Endanwenders Richtlinien für die Leistungsgrenzen bezüglich der im Gesamtsystem eingesetzten Komponenten. So sollten z.B. alle eingesetzten Teile nur bis zu 80% Ihrer Nennleistung eingesetzt werden, um eine lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit zu erzielen. Wenn aber die Details solcher Vorgaben nicht beachtet werden, ist es möglich, dass man nach der Fertigstellung des Systems feststellt, dass die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit davon negativ beeinflusst werden.

Beim Betrieb der Geräte ist zu beachten, dass das in der Spezifikation unter bestimmten Eingangsspannungs- und Umgebungstemperaturbedingungen zu berücksichtigende Derating durch die Netzgeräte nicht automatisch eingehalten werden, sondern diese die nominale Leistung auch unter diesen Bedingungen liefern. Wenn nun ein Gerät oberhalb der beschrieben Derating-Grenzen betrieben wird, kann dies zu schwer wiegenden Folgen bei der Zuverlässigkeit, der Produktlebensdauer und unter Umständen sogar für die Gerätesicherheit haben, wenn dadurch die erlaubten Temperaturgrenzen der Isolationsstrecken überschritten werden.

Hoher Wirkungsgrad und hervorragende Derating-Daten

Ein Beispiel eines aktuellen AC/DC-Wandlers ist das Netzteil CCB200 von XP Power. Die Vorgaben bei der Entwicklung dieser Geräteserie waren ein sehr hoher Wirkungsgrad und hervorragende Derating-Daten. In immer mehr Anwendungen wird versucht, ein konvektionsgekühltes Netzteil anstatt eines Gerätes mit lauten und unter Umständen auch unzuverlässigen Lüftern einzusetzen.

Dank der Bemühungen, während der Entwicklung dieses Netzteils, den größtmöglichen Wirkungsgrad zu erreichen – in diesem Fall bis zu 95% – entstand ein 200-W-Netzteil, das bei einer Grundfläche von nur 3“ x 5“ gerade einmal 11 W Verlustleistung generiert und abführen muss. Damit kann das Netzteil ohne zusätzlichen Lüfter betrieben werden. Aufgrund des hohen Wirkungsgrads, und da beim Layout darauf geachtet wurde, die Verlustleistung produzierenden Bauteile optimal zu platzieren, können diese Geräte die vollen 200 W sowohl bis zu einer Umgebungstemperatur von 70 °C als auch im gesamten Eingangsspannungsbereich von 90 bis 264 V_AC ohne Derating liefern.

* Stephen Dodson ist Engineering Manager bei XP Power in Großbritannien.

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