Thermisches Design von Netzteilen

Cooles Design kommt von innen

Thermisches Design eines Hutschienen-Netzteils CP10.241

„Wärmebildaufnahmen? Vom CP10?“, lautet die Rückfrage aus dem Telefonhörer. „Ja klar können wir das machen! Aber irgendwer hat schon wieder die Infrarot-Kamera in Beschlag genommen. Ich melde mich, wenn ich sie zurückhabe.“ Infrarot-Kameras sind in der Entwicklungsabteilung von PULS heiß begehrt und praktisch im Dauereinsatz.

Doch wozu eigentlich der Aufwand einer thermografischen Analyse? Alles beginnt mit dem einzigartigen "Cool Design" der PULS-Geräte.

Die drei Grundprinzipien des "Cool Designs"

Die Bezeichnung „cool“ ist dabei in zweifacher Hinsicht relevant. Selbstverständlichen sollen PULS-Geräte durch eine hochwertiges Gehäuse und eine coole Optik überzeugen. Doch viel wichtiger ist hier der Begriff „cool“ im physikalischen Sinne – also bezogen auf die Temperatur.

Denn der größte Gegenspieler von schlanken Designs bei Stromversorgungen ist die Wärmeentwicklung. Deshalb „Cool Design“. Das Ergebnis dieser Vorgehensweise sind effektive, langlebige und optisch ansprechende DIN-Schienen-Schaltnetzteile.

 

„Cool Design“ folgt dabei drei simplen Grundsätzen:

  • Erzeugung eines möglichst hohen Wirkungsgrades
  • Optimierung der Entwärmung des Netzteils
  • Gut durchdachte Anordnung sensibler Bauteile

 

Doch wie stellt man optisch dar, dass das „Cool Design“ auch unter Last sein volles Potential entfalten kann? Für diesen Praxistest kommt die Thermografie, in Form von Hightech-Wärmebildkameras, ins Spiel.  

Thermografisches Design eines CP10.241 Netzteils

Thermografie ermöglicht den Blick ins Innere

Das Telefon klingelt. „Ich hab' sie, ihr könnt vorbeischauen.“ Der Kollege aus der Entwicklung hat sich die Infrarot-Kamera endlich zurückerobert und der Versuchsaufbau mit einem PULS CP10.241 steht.  

Noch einige kleine Anpassungen in den Einstellungen der Kamera und schon sind die ersten Thermografiebilder auf dem Display zu sehen. Diese Wärmebildaufnahmen sind gerade bei konvektionsgekühlten Schaltnetzteilen, wie PULS sie entwickelt, sehr aufschlussreich.

Bei der Konvektionskühlung wird die warme Luft durch eine Strömung nach außen geleitet. Den Effekt eines funktionierenden Luftstroms kann man durch die Thermografie belegen.

Das nebenstehende Thermografiebild eines PULS CP10 zeigt deutlich, dass sensible Bauteile, wie die Elektrolytkondensatoren (Bildbeschriftung: 1, 2, 3, 4, 5), lüftungstechnisch ideal platziert wurden und kühl bleiben.

Kühle Elektrolytkondensatoren (Elkos)

Der Konvektionsluftstrom im Inneren eines DIN-Schienen-Schaltnetzteils soll möglichst ungehindert fließen können und darf nicht unnötig durch Bauteile behindert werden. Hierzu werden entsprechende Kühlkanäle installiert und thermische Strömungsmessungen  durchgeführt.

Auffällig ist, dass in PULS-Schaltnetzteilen deutlich weniger temperaturempfindliche Elkos zu finden sind als in Konkurrenzprodukten. Auch die Abmessungen der Elkos stechen ins Auge. Während diese sensiblen Bauteile in Konkurrenzprodukten immer kleiner und damit auch kurzlebiger werden, dürfen bei PULS nur Elkos mit einem Durchmesser von mehr als 8 mm und einer entsprechend hohen Qualität verwendet werden.

Elektrolytkondensatoren (Elkos) im Luftstrom
Wärmebildkamera

+10°C halbieren die Lebensdauer

Ein Temperaturanstieg von +10°C im Netzteil halbiert die Lebensdauer der Elkos – ohne Berücksichtigung der Strombelastung des Elkos.

Das macht sich in einer deutlichen Kapazitätsminderung bemerkbar. Dieser Verlust führt zwar nicht zwangsläufig zum sofortigen Ausfall des Schaltnetzteils, beeinträchtigt aber die Lebenserwartung des gesamten Geräts beträchtlich.

Deshalb achten die Entwickler von PULS sehr genau auf die bestmögliche Platzierung der Elkos und weiterer temperaturempfindlicher Bauteile, wie den Varistoren und Optokopplern. Basierend auf resonanten Konzepten, platzieren sie diese lebensdauerbestimmenden Bauelemente möglichst weit entfernt von den „heißen“ Bauteilen, wie z. B. dem Trafo.

Den Erfolg dieser Vorgehensweise kann man anhand der thermografischen Aufnahmen gut beobachten.

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