Schaltnetzteile

Schaltnetzteile sind oft integraler Bestandteil meiner Hardware-Entwicklungen. Daneben biete ich Ihnen aber auch separate Netzteilentwicklung an:

Systemstromversorgungen (extern oder "embedded")
"point of load"-Wandler (Spannungs- und Stromquellen)
Kfz-Wandler bis mehrere 100 Watt (12, 24, 36 und 110 Volt)
Hochspannungswandler (Kaskaden)
Ladegeräte (NiCd, NiMH, LiIon) und UltraCap-Backup

Einige Beispiele und Referenzen:

Mit der GPL- und VPL-Reihe wurden Ende der 80er-Jahre für einen Kunden in Bayern eine Anzahl von Standardnetzteilen in Kassettenbauweise (Euro-Kassetten in verschiedenen Breiten) entwickelt. Die DC/DC-Wandler (das linke Bild zeigt besipielhaft eine Variante mit zwei Ausgangsspannungen) wurden vorwiegend in der Eisenbahntechnik eingesetzt, während die AC/DC-Wandler (das rechte Bild zeigt einen 50W Dreifachwandler) den allgemeinen Markt bedienten. Hinzu kamen sehr spezielle Dinge wie z.B. HV-Zündwandler für Ölbrenner in Lokomotiven.

Das linke Bild zeigt das Labormuster eines 1kW-StepUp-Wandler von 24 auf 110 Volt aus dem Jahr 1989. Mit Hilfe von 4 untereinander PLL-synchronisierten Leistungsstufen werden sehr geringe Ripplebelastungen der Stützkondensatoren erreicht. Die rechnerische MTBF für eine Umgebungstemeperatur von 85 Grad Celsius lag bei 20.000 Stunden und erfüllte damit die Anforderungen des Endkunden aus der Wehrtechnik (Einsatz in Unterseebooten).

picture lost? Für den heutigen Betrachter interessant mag auch der mechanische Aufbau mit TO3-Transistoren auf der Rückseite der zur Würmeableitung zum IP65-Gehäse dienenden Kupferplatte sein.

In den Jahren zwischen 1989 und 1993 wurden auf der Basis dieses PLL-Ansteuerkonzeptes eine Reihe weiterer "interleaved" StepUp- und StepDown-Konverter mit großen Lebensdauern für den Einsatz vor Allem in Schienenfahrzeugen entwickelt.

Links abgebildet ist das Funktionsmuster des HBS9103, eines alternativ aus dem 3Phasen-Netz oder einem von 300V bis 850V reichenden DC-Backup zu betreibenden 220W-Wandlers zur Versorgung von Hochleistungsumrichtern der Fa. AEG in Berlin. Mit seiner eigenen Hilfs- und Standby-Versorgung ermöglichte er bereits damals auch heute noch moderne Steuer- und Bedienkonzepte im von ihm versorgten Umrichter.

Für den Transportkoffer des an anderer Stelle näher vorgestellten Analysators IASON bzw. MAGNUS wurde schon 1990 eine in den Kofferdeckel integrierte Solar-Ladeeinheit konzipiert. Die Bilder zeigen diesen Koffer mit einem frühen Funktionsmuster des Analysators.

Versehen mit "maximum power point tracking" ermöglichte dieser Koffer einen zeitlich praktisch unbegrenzten Feldbetrieb des ansonsten mit einem für 8h autarkem Dauerbetrieb ausgerüsteten Analysators.

Kleinstleistungswandler werden in manchen batteriebetriebenen Geräten benötigt. Vor allem in der Medizintechnik hat es durchaus seinen Reiz, die Handhabung der Geräte dadurch zu vereinfachen, daß immer nur eine einzige Zelle eingelegt und/oder geladen werden muß. Technisch interessant daran ist, daß damit insbesondere bei NiCd-Lösungen auf jeglichen separaten Unterspannungsschutz verzichtet werden kann.

Kleinstleistungswandler für den Betrieb aus einer 1.2V-Zelle lassen sich kostengünstig diskret aufbauen. Den Wirkungsgrad (hier z.B. > 85% bei einer mittleren Leistung von 15 mW) bestimmen die Induktivität (etwas mehr, und dafür nur sehr gering ausgesteuertes Eisen) und Betriebsmodus (hier "Burst" mit etwas mehr Ausgangs-C).
Für weniger als 1 € sind alle Bauteile eingekauft und auf eine Platine gelötet (SMD).

Auch manche Hochspannungs-Wandler sind durchaus Kleinleistungswandler.
"Vielkanal-Analysatoren" sind physikalische Meßgeräte zur Bestimmung der spektralen Verteilung radioaktiver Strahlung. Als Sensoren kommen geeignet dotierte Salzkristalle zum Einsatz, wobei ein Photomultiplier die entstehenden Lichtblitze in elektrische Signale umwandelt.
Ein in 1986 entwickelter akkubetriebener "Hand held Analyser" verwendet einen auf den Temperaturgang des Kristalles ausgeregelten Kaskadenwandler zur Speisung der 12 Multiplier-Dynoden mit einer Endspannung von 2500 V. Seine Gesamtleistungsaufnahme liegt dabei unter 5 mW.

Sonderlösungen

Viele Anforderungen stellt ganz einfach die Fertigungstechnik, und oft ist es, über die Lebensdauer eines Produktes gerechnet, wesentlich billiger, etwas mehr Automatenbestückung in Kauf zu nehmen, als Mitarbeiter(innen) mit öden Handbestückungen von Sonderbauteilen zu beschäftigen.
Wenn an einer Stelle die durch lineare Abregelung anfallende Verlustleistung partout nicht mehr ohne (sonderzubestückenden) Kühlkörper oder sogar Lüfter abführbar ist, warum dann nicht einen kleinen Schaltregler einsetzen?

Das linke Bild zeigt eine solche Lösung am Beispiel einer S0-Speisung (für z.B. eine Gesko-ISDN-TK-Anlage).
Hier muß, an einer Quellspannung von ca. 45 Volt, ein Konstantstrom von 150 mA zur Verfügung gestellt werden.
Eine lineare Lösung verheizt im Extremfall 7 Watt (also ein schon ziemlich großer Kühlkörper), während die hier gezeigte geschaltete Stromquelle, die ganz ohne Külkörper auskommt, automatisch in SMD bestückbar ist. Sowohl ökonomisch als auch ökologisch sicher ein Fortschritt.