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''Mehr Kurzzeit-Energie, Scotty!'' - Markt & Technik, Trend Guide Stromversorgung vom 29. Juli 2022

Wer eine AC/DC-Stromversorgung für Applikationen sucht, deren Spitzenlastanforderungen für begrenzte Zeitintervalle deutlich über dem Regelbetrieb liegt, kann in Bezug auf Leistung und Abmessung schnell bei überdimensionierten und teuren Produkten landen. Mean Well bietet hier 300-W-Geräte mit deutlich höheren Spitzenleistungen an.

Von Frank Stocker, Field Application Engineer Power Supplies bei Schukat electronic

''AC/DC-Schaltnetzteile liefern Strom in Anwendungen mit entweder rein statischen oder auch dynamischen Lasten. Viele, gerade elektromechanische Anwendungen erfordern oft einen hohen Spitzenstrom für begrenzte Zeiträume. Dies trifft beispielsweise auf Komponenten wie Motoren für Pumpen oder Antriebe zu, die beim Anlaufen oftmals einen deutlich höheren Leistungsbedarf aufweisen, um mechanische Widerstände beim Startvorgang zu überwinden. Möglich ist außerdem, dass in einer Anwendung Teilbereiche kurzfristig und wiederkehrend nach Bedarf zugeschaltet werden,
was ebenso eine höhere Leistungsaufnahme von begrenzter Dauer erfordern kann.

Typischerweise ist die durchschnittlich benötigte Leistung für diese Anwendungen deutlich geringer als der Spitzenbedarf. Durch den Einsatz einer auf die durchschnittliche Leistung dimensionierten Stromversorgung, die benötigte Spitzenleistungen liefern kann, lässt sich entgegen einer Überdimensionierung auf die Spitzenleistung eine geeignete Stromversorgung wählen, die eine kompaktere Bauform und geringere Kosten mit sich bringt. Zudem weist sie beim Betrieb innerhalb der in der technischen Dokumentation aufgezeigten Spezifikationen keinerlei Nachteile in Bezug auf die voraussichtliche Betriebserwartung oder die Ausfallwahrscheinlichkeit im Vergleich zu einer leistungsstärkeren, auf die Spitzenlast dimensionierten Stromversorgung auf.

Das spitzenlastfähige Schaltnetzteil der Serie HRP-300N3
Verhalten von konventionellen Netzteilen bei Abruf einer Spitzenlast


Im Allgemeinen verfügen Stromversorgungen über diverse Schutzfunktionen, die im Fehlerfall ansprechen. Bei einer zu hohen Stromentnahme, also einer Überlastung eines Netzteils, spricht die Überstrom- bzw. Überlastschutzschaltung innerhalb eines im Datenblatt definierten Bereichs an,

In den in Bild 1 aufgeführten Produktdaten des HRP-300-12 des Herstellers Mean Well ist dies zwischen 105 Prozent und 135 Prozent der Nominalleistung der Fall. Dieses Schaltnetzteil geht im entsprechenden Überlastfall in das sogenannte Constant Current Limiting: Der ausgegebene Strom wird mit dem Ansprechen der Schutzschaltung auf einen festen Wert begrenzt und dauerhaft ausgegeben, und zeitgleich wird die Spannung am Netzteil gegen Null gezogen.

Bild 1: Auszug aus dem Datenblatt der Netzteilserie HRP-300, das die Leistungsdaten sowie die Parameter der Schutzschaltungen aufzeigt.

Andere Produkte gehen beispielsweise in den sogenannten Hiccup-Modus (Schluckauf-Modus): Wird ein zu hoher Strom oder eine zu hohe Leistung erkannt, schaltet das Netzteil ab, startet nach einer definierten Zeit wieder und schaltet erneut ab, sofern der Fehler weiterhin vorliegt. Dies geschieht in einer Dauerschleife, bis der Fehlerfall endgültig behoben ist.

Je nach Anwendung bringen die unterschiedlichen Schutzsysteme Vor- oder Nachteile mit sich. Darauf sollte man bei der Auswahl der Stromversorgung achten. Benötigt man, um bei dem konkreten Beispiel des HRP-300-12 zu bleiben, eigentlich nur eine etwas höhere Spitzenleistung, um etwa den erforderlichen Anlaufstrom eines Motors zu liefern, hilft möglicherweise der Constant Current Mode bedingt weiter. Dieser Modus, der dem Motor dauerhaft Strom zur Verfügung stellen würde, hilft eventuell noch, den mechanischen Anlaufwiderstand zu überwinden und den Motor nach einiger Zeit
und mit geringer Geschwindigkeit zum Anlaufen zu bringen. Wird in diesem Konstantstrombetrieb im günstigsten Fall der Motor gerade noch zum Anlaufen gebracht, wäre eine parallel neben dem Motor versorgte 12-Volt-Steuerung jedoch nicht mehr betriebsfähig, da im Überlast-/Konstantstrommodus die 12-Volt-Nennspannung am Netzteil heruntergezogen wird. Auch in Anwendungen wie etwa Schleifmaschinen oder in der Robotik, wo schnell eine Nenndrehzahl erreicht werden muss und dynamische Motorprozesse gefordert sind, reicht es nicht aus, das Netzteil nur in die Begrenzung
zu fahren. Benötigt ein Motor zum Anlauf einen deutlich höheren Strom, wäre natürlich ein gangbarer Weg, das Netzteil mit entsprechend höherer Leistung zu dimensionieren und so das Ansprechen der Überlastschutzfunktion wie auch das Einbrechen der Nennspannung zu verhindern. Im hier beschriebenen Fall wäre dies beispielsweise mit einem Netzteil doppelter Leistung wie dem HRP-600-12 (ebenfalls von Mean Well) möglich. Daraus würden sich aber ein höheres Gehäusevolumen um rund 70 Prozent und ein deutlich höherer Bezugspreis ergeben.

Spitzenlastfähige Stromversorgungen

Eine elegantere Wahl ist der Einsatz eines kleiner dimensionierten Netzteils, das dennoch die erforderliche Spitzenleistung liefern kann, beispielsweise das HRP-300N3-12. Wie auch das Schwestermodell HRP-300-12 bietet es 324 Watt Nennleistung – und zusätzlich, bezogen auf die Nennleistung, bis zu maximal 350 Prozent Spitzenleistung. Ob der benötigte Spitzenleistungsbedarf der jeweiligen Anwendung geliefert werden kann, hängt von der durchschnittlichen Belastung der Stromversorgung ab und lässt sich relativ einfach durch die in Bild 2 gezeigte Formel errechnen. (...)''


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