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44 DESIGN&ELEKTRONIK 13 2020 www designelektronik de Leistungsfähigkeit zu überprüfen Danach wählt man die Bauteile mit konservativer Ausrichtung wobei sowohl für viele ihrer spezifizierten Werte ein zusätzlicher Spielraum vorhanden sein muss damit das System auch einwandfrei arbeitet wenn sich bestimmte Bauteilparameter mit der Zeit verändern Beispielsweise entweicht Elektrolyt aus Elektrolytkondensatoren sodass ihre Kapazität über die Zeit sinkt Schließlich muss das Layout die Tatsache berücksichtigen dass die meisten Netzteile erhebliche Ströme in der Größenordnung von einigen zehn Ampere oder noch mehr handhaben müssen Das bedeutet dass Leiterbahnen möglichst kurz sein sollten um den Spannungsabfall zu minimieren Möglicherweise ist eine extra dicke Kupferummantelung erforderlich und auch Stromschienen sind von Vorteil Die Leiterplatte muss groß genug um die Bauteile unterzubringen und die Ströme handhaben zu können und die Durchgangslöcher Vias müssen ausreichend groß und beschichtet sein Keiner dieser Faktoren taucht jedoch im Schaltplan auf Um die Auswirkungen von Transienten zu minimieren ist auch die Streuinduktivität der Leiterbahnen von entscheidender Bedeutung Eine 5 cm lange Leiterbahn mit geradem Verlauf hat zwar den gleichen Gleichstromwiderstand wie eine gleich lange jedoch gewundene Leiterbahn weist aber eine viel höhere Streuinduktivität auf Dies kann sich je nach Betriebsfrequenz des Netzteils auf die Stabilität des Regelkreises und das Transientenverhalten auswirken Das Design muss also jedes Mal wenn hohe Ströme und schnelle Laständerungen auftreten robust in Sachen Layout und Leiterbahnen sein sowohl hinsichtlich der stromführenden Pfade als auch der Massepfade Bild 2 Auch die thermische Analyse des Designs und seine Umsetzung ist entscheidend Diese muss die Vorhersagen über den erwarteten gesamten Temperaturanstieg sowie lokale Hotspots validieren Denn große Bauteile können den Kühlluftstrom behindern sodass dieser daneben liegende kleinere wärmere Bauelemente nicht erreicht Die Schaltungskomplexität ist ein Indikator für mögliche Unzuverlässigkeit Jedes zusätzliche Bauteil in einer Schaltung erhöht die Anzahl der Komponenten und fügt somit etwas hinzu das ausfallen kann Es gibt jedoch ein Argument das dieser Regel widerspricht Ein fehlendes Bauteil kann dasjenige sein das dazu beiträgt zuverlässige langfristige Leistungsfähigkeit sicherzustellen ■ Auswahl der Bauteile und Fertigung Nach dem Design ist der nächste wichtige Schritt die Auswahl spezifischer Bauelemente und Anbieter Diese Bauelemente müssen nicht nur die vom Entwickler angegebenen Spezifikationen erfüllen sondern auch zum Fertigungsprozess kompatibel sein Dies kann Montagelaschen ausreichend große Verbindungspunkte schwere Drahtleitungen sowie gegebenenfalls Schraubklemmen mit einschließen Magnetische Komponenten Transformatoren und Induktivitäten sind zwar vom Konzept her einfach erfordern jedoch besondere Aufmerksamkeit Sind sie nicht richtig konzipiert oder aufgebaut oder sind ihre Kernhälften nicht richtig verklebt können sie hörbar zu schwingen beginnen Dies ist nicht nur für Nutzer irritierend sondern kann auch zu ermüdungsbedingten Ausfällen und Brüchen führen wobei Bauelemente von der Platine fallen können Glaubwürdigkeit und Konformität des Anbieters sind entscheidend Der Grund dafür ist dass es zunächst schwierig ist ein korrekt und konsistent gefertigten Bauteil beispielsweise einen Kondensator von einen schlecht gefertigten Bauteil zu unterscheiden Daher ist es wichtig mit einem kompetenten Lieferanten zusammenzuarbeiten Dadurch lässt sich sicherstellen dass die Materialbeschaffung und Lieferkette der Herstellungsprozess und die Qualifizierung Verifizierung ordnungsgemäß dokumentiert und eingehalten werden Es gibt auch allgemeine Bauteilfaktoren Einige Bauteilklassen sind naturgemäß fehleranfälliger als andere So sind Festwiderstände zuverlässiger als variable Widerstände Potentiometer und Filmkondensatoren sind zuverlässiger als Elektrolytkondensatoren Selbst wenn das Design solide ist und die Bauteile auf der Stückliste von glaubwürdigen Lieferanten bereitgestellt wird müssen das Design und die Bauteile so gestaltet sein dass sie montiert werden können Bei Bedarf müssen dann Halterungen und Stützen verwendet werden da viele Bauelemente in Stromversorgungen im Gegensatz zu ICs relativ groß und schwer sind Sogar die grundlegenden Lötverfahren beim Aufbau von Netzteilen sind zu berücksichtigen Die gängigen Reflow-Löttemperaturprofile sind gut etabliert für traditionelle bleihaltige Lote Die Vorschriften für bleifreie Bauelemente und Lötmittel erfordern jedoch ein etwas anderes ReflowLötprofil So muss die Spitzentemperatur höher sein um den richtigen Lötfluss eine Dochtwirkung und eine zuverlässige Stromversorgung Netzteile Bild 3 Bei einer N+1-Redundanz sinkt die Wahrscheinlichkeit eines Systemausfalls