Auswahl eines AC/DC-Netzteils
31. August 2021 von Aaron Yarnell – Lesezeit: 5 Minuten
Eingangsspannungs-Spezifikationen für AC/DC-Netzteile
Bei der Auswahl eines AC/DC-Netzteils kommt es in erster Linie darauf an, den Leistungsbedarf des Systems zu bestimmen. Dazu gehören der Wechselstrom-Eingangsbereich und die technischen Daten des Gleichstrom-Ausgangs. Der Benutzer sollte sich vergewissern, dass der Wechselspannungs-Eingangsspannungsbereich des Netzteils mit seinen Zielmärkten und der spezifizierten Anwendung kompatibel ist. Der erforderliche Eingangsspannungsbereich für die meisten AC/DC-Netzteile mit kleiner oder mittlerer Leistung ist weltweit auf 85 bis 264 VAC standardisiert. Es gibt Spezifikationen für verschiedene Länder, die jedoch so ähnlich sind, dass die einheitliche Spezifikation den Anforderungen der meisten Anwendungen gerecht wird. Japan gehört zu den Ländern mit den niedrigsten Nenneingangsspannungsanforderungen (100 VAC), während Großbritannien, Kanada und die USA zu den Ländern mit den höchsten Nenneingangsspannungsanforderungen (240 VAC) gehören. Der minimale standardisierte Bereichswert von 85 VAC ergibt sich daraus, dass ein 15%iger Spannungsabfall von 100 VAC zulässig ist, während der maximale Bereichswert von 264 VAC sich aus der Zulassung des Betriebs bei 10 % über 240 VAC ergibt. Eine höhere (und weniger verbreitete) Spannungsspezifikation, die in industriellen Anwendungen zu finden ist, ist 277 VAC. Diese Spannung wird durch eine Verbindung zwischen der Phase und dem Nullleiter einer 480-VAC-Sternkonfiguration erzielt. Eine maximale Spannung von 305 VAC für diese Konfiguration wird berechnet, indem die zuvor besprochene 10-%-Toleranz über der 277-VAC-Nennspannung angewendet wird.
Innerhalb der AC/DC-Netzteile wird die Eingangswechselspannung in der Regel sofort in eine Gleichspannung umgewandelt. Bei vielen Netzteilen mit Wechselstromeingang kann eine Gleichspannung an den Eingang des Netzteils angelegt werden, wobei der Nenn-Gleichspannungsbereich als das 1,4-Fache des Nenn-Wechselspannungsbereiches berechnet wird. Benutzer sollten sich vergewissern, dass das Stromversorgungsentwicklungsteam die Stromversorgung für die Verwendung mit einer Gleichstromeingangsspannung bewertet hat, wenn sie eine Gleichstromeingangskonfiguration verwenden möchten.
Technische Daten der Gleichstromausgangsspannung
Während die Eingangsspannung für AC/DC-Netzteile in einem bestimmten Bereich genormt ist, liegen die Ausgangsspannungen meist bei den spezifischen Werten von 5, 12, 24 oder 48 VDC. Es gibt viele AC/DC-Netzteile mit anderen Ausgangsspannungen als diesen, aber es gibt eine größere Auswahl an Standardnetzteilen, wenn die Systemlasten für eine der üblichen Spannungen ausgelegt sind. Wenn die Standardausgangsspannungen für das System nicht geeignet sind, können andere Optionen in Betracht kommen: Das Ausfindigmachen eines Standardnetzteils mit der erforderlichen Gleichspannung, das Ausfindigmachens eines Anbieters von Netzteilen, der bereit ist, eine kundenspezifische Konstruktion mit der erforderlichen Ausgangsspannung zu liefern, oder die Verwendung eines DC/DC-Wandlers zur Erzeugung der erforderlichen Gleichspannung.
Ausgangsleistung oder Laststrom
Bei der Auswahl eines AC/DC-Netzteils ist die erforderliche Ausgangsleistung (oder der Laststrom) ein wichtiger Faktor. Die von der Last aufgenommene Spitzenleistung bestimmt die erforderliche Nennleistung des Netzteils. Ein Netzteil mit einer höheren Nennleistung als die Last erfordert, wird zwar gut funktionieren, ist aber möglicherweise größer oder teurer als nötig. Ein Netzteil mit einer geringeren Nennleistung als die Last erfordert, kann sich aufgrund des Spitzenleistungsbedarfs der Last abschalten oder eine falsche Ausgangsspannung liefern. Einige Hersteller bieten AC/DC-Netzteile an, die eine hohe Spitzenleistung für eine kurze Dauer liefern und so die Größe und die Kosten des Netzteils minimieren.
Technische Daten für die Betriebsumgebung
Die Umgebung, in der ein Netzteil betrieben wird, wirkt sich auf die Auswahl eines AC/DC-Netzteils aus. Die meisten technischen Daten für die Betriebstemperatur von Netzteilen enthalten Derating-Faktoren für extrem kalte und heiße Temperaturen. Die Leistungsminderung bei kalten Temperaturen ist häufig auf den Temperaturkoeffizienten der Kondensatoren zurückzuführen, die bei der Konstruktion der Netzteile verwendet werden. Die Kapazitätswerte sinken in der Regel mit abnehmender Betriebstemperatur. Das bedeutet, dass der angegebene Ausgangslaststrom der Stromversorgung ebenfalls abnimmt. Bei hohen Umgebungstemperaturen begrenzt die maximale Betriebstemperatur der internen Komponenten des Netzteils die lieferbare Lastleistung. Bei vielen Netzteilen kann die maximale Ausgangsleistung erhöht werden, indem Luft in das Netzteil geblasen wird, um die internen Komponenten zu kühlen.
Neben dem Betriebstemperaturbereich können auch die physikalischen Eigenschaften der Betriebsumgebung die erforderlichen Eigenschaften des Netzteils beeinflussen. Netzteile in einem Metallgehäuse können erforderlich sein, wenn die Elektronik physisch vor großen Fremdkörpern geschützt werden muss. Während ein Metallgehäuse den Stromversorgungsschaltkreis nicht vor Staub und Schmutz schützt, kann eine Schutzbeschichtung auf die interne Leiterplatte aufgebracht werden, um den erforderlichen Schutz zu gewährleisten. Um zu verhindern, dass Gegenstände versehentlich an freiliegende Eingangs- und Ausgangsklemmen angeschlossen werden, können isolierende Klemmenabdeckungen angebracht werden.
Gehäuseformen und Montagestile
AC/DC-Netzteile sind in vergossenen, offenen, U-förmigen, geschlossenen und lüftergekühlten Gehäusen erhältlich. Die Wahl der Verpackungskonfiguration kann von der Notwendigkeit bestimmt sein, Gegenstände oder Verunreinigungen von der Stromversorgung fernzuhalten. Die Benutzer haben auch die Wahl zwischen PCB-, Gehäuse- oder DIN-Schienen-Montage. Oft ist ein und dieselbe Netzteilserie in verschiedenen Montagestilen erhältlich. Der Montagestil wird häufig durch die mechanische Umgebung bestimmt, in der das Netzteil eingesetzt werden soll.
Betriebs- und Sicherheitszertifikate
Für viele Produkte werden Betriebs- und Sicherheitszertifikate für die in diesen Produkten verwendeten AC/DC-Netzteile benötigt. Zu den gängigen Vorschriften gehören 60601 (Medizin), 60335 (Haushaltsgeräte) und 62368 (Audio-, Video-, Informations- und Kommunikationstechnologien). Der Stromversorgungsanbieter kann dem Produktentwicklungsteam oder der Prüfstelle, die die Zertifikate für das endgültige System ausstellt, Kopien der entsprechenden Zertifikate zur Verfügung stellen. Zu den gängigen Aufsichtsbehörden gehören UL, TÜV, IEC, EN, FCC und CISPR.
Zusätzliche Funktionen des AC/DC-Netzteils
Zusätzlich zu den bereits erwähnten Funktionen von AC/DC-Netzteilen bieten einige Netzteile Funktionen, die für die Produktgestaltung von Vorteil oder erforderlich sein können. Einige davon umfassen Folgendes:
- Diskrete Ausgangsspannungspegel (bei den meisten Geräten verfügbar).
- Vorrichtungen für den Benutzer zur Anpassung der Ausgangsspannung um bis zu 10 %.
- Bei einigen Netzteilen können die Ausgangsklemmen parallel geschaltet werden, um den maximalen Strom für die Last zu erhöhen.
- Einige Hochstromausgangsversorgungen haben entfernte Ausgangsspannungsmessklemmen, um den Spannungsabfall auf den Ausgangsstromversorgungsleitern zu kompensieren.
- Die Korrektur des Eingangsleistungsfaktors ist häufig für Hochspannungsnetze verfügbar.
- Eine Ferneinschaltklemme ermöglicht es dem Benutzer, den Ausgang des Netzteils mit einem elektronischen Signal zu schalten, während eine Spannungsklemme ein Signal liefert, das anzeigt, dass die Ausgangsspannung innerhalb der Regelungstoleranz liegt.
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Interne AC/DC-Netzteile sind in zahlreichen Konfigurationen erhältlich, um die Anforderungen der meisten Designprojekte zu erfüllen. Es kann für den Designingenieur von Vorteil sein, sich die Webseite anzusehen oder mit einem Vertreter des Stromversorgungsanbieters zu sprechen, um sicherzustellen, dass er die optimale Stromversorgung für sein Produkt auswählt. Stromversorgungsunternehmen mit erfahrenen Teams, wie z. B. CUI, sind gerne bereit, bei der Auswahl der Stromversorgung zu helfen.
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Aaron Yarnell
Aaron Yarnell besitzt nahezu 15 Jahre Erfahrung in der Elektronikindustrie, die eine breite Palette an Produkttechnologien umfasst, mit Kompetenzen in Produktdesign und -entwicklung bis hin zur Unterstützung für Feldanwendungen, Fertigung, technische Dokumentation und vieles mehr. Mit seinem MBA-Abschluss verfügt Aaron auch über ein tieferes Verständnis der Geschäftsaspekte, die mit jeder seiner Aufgaben verbunden sind. Zusätzlich zu seinen professionellen Auszeichnungen, genießt Aaron den Besuch der Oregon-Küste, verbringt Zeit mit seiner Familie und Freunden, verfolgt große Träume und arbeitet an Projekten, die Spaß machen.