Schaltnetzteile

Schaltnetzteile sind oft integraler Bestandteil meiner Hardware-Entwicklungen. Daneben biete ich Ihnen allerdings auch die explizite 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:

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.

Der Leistungsbereich zwischen 1 und 20 Watt ist wichtig für eine Unzahl von "embedded applications". Meist geht es um kleine Geräte, die aus Akkus, einem Fahrzeugnetz oder direkt aus 230 V versorgt werden.

Manche Kunden haben dabei durchaus sonderbare Wünsche, wie z. B. einen "ex-geschützten" Wandler zur Intergration in eine ansonsten durchaus anspruchsvolle und durchdachte Wäge-Elektronik (siehe auch Kraftmeßtechnik). Ich nehme an, daß das Gerät niemals unter Ex-Schutz-Bedingungen eingesetzt wurde (der Endkunde verkauft das Gerät in den U.S.A.).

Fahrzeugwandler im Leistungsbereich bis etwa 1 kW sind derzeit (2004) sehr gefragt. In modernen Fahrzeugen werden immer mehr auch sicherheitskritische Funktionen elektrisch realisiert ("break by wire", "steer by wire"), was redundante und z.T. sogar zusätzlich lokal gepufferte Stromversorgungskonzepte erfordert.
Redundante Bordnetzsysteme benötigen vielfältige Wandlerlösungen zur Energieverteilung und das "BackUp-Management" mit hohen Anforderungen an die Betriebssicherheit und die Lebensdauer in sehr weiten Temperaturbereichen.

Nicht immer sind die Anforderungen so extrem wie bei einem 1000W-StepUp-Wandler für Lokomotiven mit einer projektierten Betriebsdauer von 30 Jahren.
Um hier eine Lebensdauererwartung von 100.000 h zumindest rechnerisch nachweisen zu können, bedarf es des Einsatzes penibel ausgesuchter Bauteile und durchaus besonderer Schaltungstopologien zur Minimierung der Bauteilebelastungen. Der hier angesprochene Wandler verwendet ein 4phasiges Master-Slave-Design, bei dem, aus regelungstechnischen Gründen, die "slaves" über PLLs ("phase locked loops") auf die Master-Stufe synchronisiert werden.

Primärgetaktete Netzteile für Standardanwendungen sind in großer Zahl auf dem Markt erhältlich. Hier beschränken sich die Entwicklungen sinnvollerweise auf Sonderanwendungen wie backup-fähige 3Phasen-Leistungsversorgungen (für z.B. "Server-Farmen").

Ein sehr kundenspezifisches und sehr erfolgreiches Netzteil war ein Speisewandler für Wechselrichter der Fa. AEG im Jahr 1991, der sowohl am direkt gleichgerichteten 3Phasen-Netz (bis 850 Volt DC), als auch aus einer Notversorgung von 300 Volt DC zu betreiben ist. Mit den damals verfügbaren Bauteilen war diese Entwicklung ein durchaus interessantes Abenteuer.

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.