Worauf kommt es bei Schaltnetzteilen an?

Um eine hohe Betriebserwartung und Ausfallsicherheit eines Schaltnetzteils zu erreichen, muss der Stromversorgungshersteller nicht nur hochwertige Komponenten auswählen, sondern auch das fertige Netzteil mittels elektrischer, thermischer und mechanischer Stresstests sorgfältig prüfen. Grundsätzlich bestimmen kritische Komponenten wie z. B. Lüfter oder Elektrolytkondensatoren die Betriebserwartung.

Die Stabilität und Zuverlässigkeit wird über die MTBF (Mean Time Between Failures) definiert. Dieser Wert spart die Frühausfälle und alterungsbedingten Ausfälle aus und errechnet sich aus dem Kehrwert der Addition aller Ausfallraten der verbauten Einzelkomponenten. So lässt sich die Zuverlässigkeit verschiedener Produkte oder Systeme vergleichen. Komplexe Netzteile weisen oft eine geringere MTBF als einfache Schaltnetzteil-Topologien auf.

► Hinweis: Bei einem Vergleich darauf achten, dass zur Berechnung der MTBF der identische Standard verwendet wird. Die Berechnungen der einzelnen Standards wie Bellcore/Telcordia, MIL-HDBK-217 usw. unterscheiden sich und führen mitunter zu unterschiedlichen Ergebnissen.

Elektrolytkondensatoren (Elkos) liefern eine hohe Spannungsfestigkeit und Kapazität, haben kompakte Abmessungen und sind aus wirtschaftlichen Gründen unersetzlich. Die voraussichtliche Betriebserwartung der in Schaltnetzteilen verwendeten Aluminium-Elkos wird durch die Betriebsbedingungen bestimmt, darunter Last, Rippleströme und Temperatur. Mit der Betriebsdauer verringert sich die Kapazität, während sich der Verlustfaktor (tanδ) erhöht (Diffusionseffekt).

Unter den Faktoren, die letztlich die Betriebserwartung des Elkos beeinflussen, ist die Temperatur als begrenzende Komponente entscheidend.
► Faustregel: Steigt die Umgebungstemperatur um 10°K, halbiert sich die Betriebserwartung. Sinkt die Temperatur hingegen um 10K, kann sich die Betriebserwartung verdoppeln.

Trotz der nachteiligen Eigenschaften lässt sich jedoch bei gutem Netzteildesign, der Verwendung hochwertiger Komponenten und der Beachtung des Wärmemanagements bei der Installation auch mit Aluminium-Elkos eine sehr lange Betriebszeit von 100.000 Stunden oder mehr erreichen.

Den Wirkungsgrad eines Netzteils bestimmt das Verhältnis von Gesamtausgangs- zu Eingangsleistung. Da es nicht möglich ist, einen 100-prozentigen Wirkungsgrad zu erreichen, entsteht eine Verlustleistung. Diese wird in Form der Erwärmung der verbauten Komponenten abgebaut. Durch geeignete elektrische und thermische Auslegung sowie eine gute Komponentenwahl lässt sich ein Wirkungsgrad von deutlich über 90% erreichen. Es bleibt eine abzuführende Restwärme.

Je nach Anwendung variieren die Methoden zur Wärmeableitung. Diese gilt es, mit ihren Vor- und Nachteilen zu vergleichen und an die Anwendung anzupassen.

► Gängige Methoden (unterschiedliche Wärmeableitungsfähigkeiten): Natürliche Konvektion, erzwungene Konvektion, Kontaktkühlung und Wasserkühlung.
► Reicht eine natürliche Konvektion oder Kontaktkühlung nicht aus: Erzwungene Konvektion mit integrierten Lüftern oder externe Lüfter.
Schwächen: Geräuschentwicklung durch Rotation des Lüfters oder Strömungsgeräusche, Vibrationen, zusätzlicher Stromverbrauch, Staubablagerung und unerwartete Ausfälle oder begrenzte Betriebsdauer.
Lüfter mit doppelten Kugellagern oder magnetische gelagerte Lüfter haben hier eine deutlich längere Betriebserwartung.

Schukat electronic bietet ein breites Programm an Schaltnetzteilen von MEAN WELL an, die über effiziente Netzteildesigns, eine gute Wärmeverteilung und Ableitung verfügen, darunter die LED-Netzteile der HLG-, ELG- und XLG-Serien mit einem Leistungsbereich von bis zu 1000W und einer maximalen Effizienz von 96%. Die Effizienz hat sich hier bei einigen Modellen wie zum Beispiel dem HLG-100H-36 zum Vorgänger CLG-100-36 um bis zu 5% erhöht. Das bedeutet eine Reduzierung der Eigenerwärmung von knapp 45% unter Volllast.

Unser technisches Vertriebsteam berät Sie gerne.