Netzteile und raue Umgebungen

In diesem Artikel besprechen wir Netzteile in rauen Umgebungen, die Herausforderungen, Lösungen und auf dem Markt erhältliche Produkte.

Für Netzteile sind raue Umgebungen weitaus mehr Probleme als nur Feuchtigkeit und Staub. Für diese Anwendungen werden robuste und dennoch effiziente interne Netzteile benötigt, die den Anforderungen industrieller Umgebungen gerecht werden.

Netzteile und raue Umgebungen

Eine Vielzahl von Anwendungen erfordert eine interne Stromversorgung für raue Umgebungen, angefangen bei Anwendungen in einer allgemeinen Industrieumgebung, einschließlich Umrichtern für die industrielle Steuerung. Solche Netzteile verwenden eine intelligente Fertigung, einschließlich CNC-Maschinen, Schweißmaschinen und Roboterarmen.

Netzteile für raue Umgebungen eignen sich für den intelligenten Transport, einschließlich geschäftskritischer Systeme wie elektronische Verkehrssteuerung und Verkehrs-LED-Anzeigen. Umweltschutzsysteme erfordern auch Stromversorgungen für raue Umgebungen, einschließlich Überwachungssystemen für Luft, Wasser, Bodenqualität, Mülltrennung und Klassifizierung. Andere Anwendungen für Stromversorgungen für raue Umgebungen umfassen Produkte wie automatisierte Lagerschränke (z. B. Amazon-Briefkästen oder Medikamentenschränke in Krankenhäusern), Ladesäulen und Batteriemanagementsysteme.

Mit der steigenden Nachfrage nach solchen Systemen und Geräten wächst auch der Bedarf an zuverlässigen, effizienten Netzteilen, die in rauen Umgebungen funktionieren.

Herausforderungen für Netzteile in rauen Umgebungen

Interne Stromversorgungen für die oben beschriebenen Anwendungen und Systeme stehen vor eigenen Herausforderungen. Sie können erheblichen Spannungsschwankungen, extremen Überspannungen und Blitzeinschlägen ausgesetzt sein, die schwere Schäden an der Stromversorgung und den von ihr betriebenen Geräten verursachen können. Starke EMI, insbesondere in industriellen Umgebungen, sind ebenfalls ein ernstes Problem (wo die Vermeidung elektromagnetischer Störungen aufgrund der vielen Quellen schwierig sein kann).

Oftmals müssen die Netzteile auch bei niedrigen Temperaturen effizient und effektiv anlaufen können und großen Temperaturschwankungen sowie den Herausforderungen durch hohe Luftfeuchtigkeit standhalten. Für die Integration in das von ihm gespeiste System hat das Netzteil selbst auch Kühlprobleme, die behoben werden müssen, aber dafür steht nur begrenzter Platz zur Verfügung.

Abbildung 1. Raue Umgebungsfaktoren für Netzteile

Eigenschaften von robusten Netzteilen

Robuste Netzteile müssen einen weiten Eingangsspannungsbereich und eine ausgezeichnete Immunität gegenüber Überspannungen und Überspannungen aufweisen, um sicher und zuverlässig zu funktionieren.

Beachten Sie, dass eine Überschreitung der Eingangsspannungsnennleistung zu Schäden oder Ausfällen von Komponenten und Systemen führen und die Wirksamkeit von EMI-Filtern beeinträchtigen kann. Ein breiter Eingangsspannungsbereich und robuste Transientenschutzschaltungen ermöglichen es der Stromversorgung, Schwankungen aufgrund von Problemen wie Stromstößen und Spannungsausfällen zu kompensieren.

Überspannungen treten am Verteilerfeld am stärksten auf und Netzteile müssen der entsprechenden Überspannungskategorie für ihren Standort im System entsprechen, siehe Abbildung 2.

Abbildung 2. Überspannungskategorien

Außerdem müssen sie einen breiten Betriebstemperaturbereich unterstützen und gegen hohe Luftfeuchtigkeit beständig sein. Wenn die maximale Betriebstemperatur eines Netzteils überschritten wird, kann dies schnell zu Leistungsänderungen, Komponentenausfällen und Zuverlässigkeit führen. Feuchtigkeit kann zu Kondensation führen – und Wasser ist sowohl leitfähig als auch korrosiv, weshalb ein Netzteil für robuste Umgebungen auch bei erhöhter Luftfeuchtigkeit zuverlässig und vorhersehbar funktionieren muss.

Darüber hinaus erfordern moderne Anwendungen eine kompakte Größe mit niedrigem Profil, die von einem haltbaren Material umgeben sein muss, das die Kühlung durch freie Luftkonvektion unterstützt. Dies gilt natürlich zusätzlich zur Erfüllung der Anforderungen geltender Normen und dem Besitz entsprechender Zertifizierungen.

CUI VGS 100W Netzteile für raue Umgebungen

Die CUI VGS 100W-Produktserie besteht aus internen AC/DC-Netzteilen für die Chassismontage mit einem Ausgang, die eine Ausgangsleistung von bis zu 110 W bieten. Sie wurden speziell für industrielle Anwendungen in rauen Umgebungen entwickelt und sind in einem flachen, robusten Metallgehäuse untergebracht.

Die CUI VGS 100W-Netzteile haben einen weiten Eingangsbereich von 85 ~ 305 VAC (120 ~ 431 VDC) und sind für Eingangsüberspannungskategorie III mit stärkerer Überspannungsfestigkeit als normal ausgelegt. Als Kategorie III sind die Netzteile für den Einsatz mit Schutz- und Schalttafeln, Steckdosen und Geräten zur Überwachung elektrischer Werte vorgesehen. Sie bieten auch einen Kurzschluss-Überstromschutz und einen Ausgangs-Überspannungsschutz.

Die industriellen AC-DC-Netzteile sind mit 129 x 97 mm kompakt und haben ein sehr niedriges Profil von 30 mm. Wie bereits erwähnt, sind sie in einem robusten, verzinkten Aluminium 1100-Metallgehäuse untergebracht, das Konvektionskühlung unterstützt. Außerdem haben sie einen weiten Betriebstemperaturbereich von -30°C bis 70°C und eine maximale Betriebsfeuchtigkeit von 90%. Als zusätzliche Option können diese Netzteile auch mit einer Schutzbeschichtung geliefert werden, die die internen Schaltkreise vor Schäden durch Feuchtigkeit, Staub und andere Verunreinigungen schützt.

Die CUI VGS 100-W-Netzteile (Abbildung 3) sind nach UL/EN/IEC 62368 zertifiziert und so ausgelegt, dass sie die Systemanforderungen von IEC/EN 61558, IEC/EN 60335 und die Anforderungen für abgestrahlte/leitungsgebundene Emissionen der CISPR/EN55032 Klasse B erfüllen. Sie sind auch IEC-Sicherheitsklasse I mit einer Basisisolierung und einem geerdeten leitfähigen Chassis. Wenn die Basisisolierung versagt, werden alle unter gefährlicher Spannung führenden Leiter durch das Chassis geerdet, um den Kontakt mit der Hochspannung zu verhindern.

Abbildung 3. AC/DC-Netzteil der Serie VGS-100W von CUI

Zur Reduzierung des Standby-Stromverbrauchs in industriellen Anwendungen ist diese Netzteillinie in der Lage, sich an einen Leerlauf-Stromverbrauch zwischen 0,3 und 0,5 W anzupassen. Je nach Modell; Wirkungsgrad reicht von 85,5 bis 90,5% gemessen bei 230 VAC.

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