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16 Trend Guide Stromversorgung Power Management 2022 www markttechnik de Stromversorgungen liche zeitliche Verhältnis von Spitzenleistung zu Regelleistung aber auch die anliegende AC-Eingangsspannung Zudem spielt auch das Derating in Bezug auf die Betriebstemperatur eine wichtige Rolle Rechenbeispiel Um die Leistungsperformance des Netzteils HRP-300N3-12 an einem theoretischen Beispiel ersichtlich zu machen gilt folgende Annahme Bei der Nennleistung kann in einer Beispielanwendung ein Leistungspuffer von 20 Prozent berücksichtigt werden Dadurch wird das Netzteil kontinuierlich durch die Endanwendung die am 230-Voder 110-V-Wechselstromnetz betrieben werden kann mit maximal 260 Watt belastet Der verwendete Motor benötigt zum Anlaufen für fünf Sekunden mit 600 Watt annähernd die doppelte Nennleistung des HRP-300N3-12 Nach einem Motorstopp ist ein erneutes Anfahren des Motors im ungünstigsten Fall in einem Zyklus von 30 Sekunden zu erwarten Die maximal erwartete Betriebstemperatur liegt unter 50 °C • Eingangsspannung mindestens 100 V AC • Spitzenleistung maximal 600 Watt für max 5 Sekunden • Gesamtzykluszeit 30 Sekunden oder länger • Belastungszyklus t T 5 30 16 67 Prozent • Betriebstemperatur < 50 °C Pav Ppk · t + Pnpk · Tt T 600 · 5 + 260 · 30–5 30 W 316 67 W Aus der angewendeten Beispielrechnung ergibt sich eine Durchschnittsleistung von 316 67 Watt und somit eine Leistung unterhalb der Nennleistung von 324 Watt die das Netzteil erbringen muss Es wäre also möglich den angeschlossenen Motor problemlos zu betreiben und alle 30 Sekunden mit dem beschriebenen erhöhten Leistungsbedarf erneut zu starten Müsste das Netzteil in ähnlichen Anwendungen höhere Spitzenleistungen liefern wäre dies bei einer Versorgungsspannung von 230 Vund der Berücksichtigung der möglichen Spitzenlastperiode je nach Belastung wie in der obigen Grafik dargestellt bis zu 1050 Wmachbar Ein weiterer Vorteil des spitzenlastfähigen HRP-300N3-12 Es hat die gleichen äußeren Abmessungen wie das Schwestermodell HRP-300-12 Somit bleiben trotz 600 Watt beziehungsweise maximal 1050 Watt Spitzenleistung die kompakten Abmessungen eines 300-Watt-Netzteils gewahrt Zudem ist die performantere Version HRP-300N3-12 nur unwesentlich teurer als das Standardmodell und wäre somit immer einem überdimensionierten Netzteil zu bevorzugen Bild 2 Formel zur Errechnung der Durchschnittsleistung in Spitzenlastanwendungen links Grafik zur Darstellung des Spitzenlastzyklus Mitte und eine Erklärung der verwendeten Abkürzungen rechts aus der technischen Dokumentation der Netzteilserie HRP-300N3 °C Bild3 Links Grafische Darstellung zur maximalen Leistungsentnahme unter Berücksichtigung der AC Eingangsspannung sowie des Spitzenlastzyklus Rechts Zu berücksichtigendes Derating bezogen auf die Temperatur der HRP-300N3-Serie Effizienzvorteil Für eine lange Betriebserwartung des Netzteils und somit auch für die gesamte Endanwendungen ist die Auswahl einer möglichst effizienten Stromversorgung eines der wichtigsten Kriterien Eine Erhöhung des Wirkungsgrades um 1 bis 2 Prozent klingt erst einmal nach einem relativ überschaubaren Mehrwert Betrachtet man aber die dadurch resultierende deutlich niedrigere prozentuale Verlustleistung und die damit einhergehende geringere Eigenerwärmung der Stromversorgung entsteht ein gänzlich anderer Eindruck und die Notwendigkeit einer möglichst hohen Effizienz wird deutlich Steigert man die Effizienz bei einem 100-Watt-Netzteil von 90 Prozent auf nur 92 Prozent ergibt sich eine um mehr als 20 Prozent geringere Verlustleistung Der Wirkungsgrad eines Netzteils ist das prozentuale Verhältnis von Gesamtausgangsleistung zu Eingangsleistung Dies wird in den technischen Datenblättern der Hersteller im Allgemeinen als Grafik mit Bezug zur Auslastung oder bei Volllast und Nenneingangsspannung angegeben wie im Beispiel in Bild 4 gezeigt In den Grafiken ist meist ersichtlich dass die Effizienzkurve mit abnehmender Leistung abfällt Ziel beim Netzteildesign ist es eine über ein breites Leistungsspektrum möglichst hohe und konstant verlaufende Effizienz zu erreichen Je nach Produkt fällt der Wirkungsgrad allerdings mehr oder weniger schnell bei abnehmender Auslastung ab Betreibt man also ein Netzteil deutlich überdimensioniert und somit über einen langen Zeitraum nur auf Teillast ist die durchschnittliche Effizienz in der Regel nicht sehr hoch Die Verlustleistung die in Form von Erwärmung der intern verbauten passiven und aktiven Komponenten abgebaut wird führt so zu einer in diesem Maß nicht nötigen Erwärmung Weil die voraussichtliche Betriebserwartung der Stromversorgung unmittelbar mit seiner Erwärmung gekoppelt ist lautet das Ziel die Betriebstemperaturen so niedrig wie möglich zu halten Das bedeutet Sowohl die Umgebungstemperatur wie auch die Eigenerwärmung sollten so niedrig wie möglich gehalten werden Ist dies nicht der Fall braucht die Anwendung unter Umständen eine aufwendige Kühlung – die wiederum Aufwand und Kosten verursacht