Sollten Sie eine vorgefertigte AC/DC-Wandlerlösung erwerben oder Ihre eigene entwickeln? Wir verraten Ihnen, was Sie berücksichtigen müssen, wenn Sie eine AC/DC-Stromversorgungslösung entwerfen oder kaufen.
Die meisten elektrischen Komponenten benötigen eine Gleichspannung, aber dennoch müssen sie aus der Wandsteckdose versorgt werden. Je nachdem, wo Sie leben, versorgt das Stromnetz Haushalte mit 120 VAC bei 60 Hz, 220 VAC bei 50 Hz oder einem Wert dazwischen. In jedem Fall jedoch handelt es sich um eine relativ hohe Wechselspannung, die umgewandelt werden muss.
Was spricht für den Kauf?
Netzgeräte mit üblichen Leistungswerten sind mittlerweile ein Massenprodukt geworden. Es ist daher unwahrscheinlich, dass der Durchschnittskunde ein eigenständiges Netzgerät zu geringeren Kosten als dem Kaufpreis eines fertigen Geräts herstellen kann. Ein Transformator ohne Gehäuse und sonstige Bauteile kostet bereits einige Euro. Gleichzeitig sind fertige, CE-zertifizierte 5-V-Netzgeräte bereits für weniger als 10 Euro zu haben. Aus ökonomischer Sicht ist der Aufwand für den Eigenbau daher nicht zu rechtfertigen.
Selbst bei teureren oder spezielleren Ausführungen lohnt sich in der Regel der Kauf eines Fertiggeräts. Netzgeräte zur Anwendung in der Medizintechnik können mehrere Hundert Euro kosten, besitzen dafür aber alle notwendigen Zertifizierungen, die ein Unternehmen mehrere Zehntausend Euro an Gebühren kosten kann. Außerdem werden solche Geräte von Ingenieuren mit Erfahrung in Übereinstimmung mit den strengen Standards für die medizinische Versorgung konzipiert.
Was spricht für den eigenen Entwurf?
Für Stromversorgungen gibt es keine Universallösung. So kann es beispielsweise sein, dass der Wirkungsgradverlust durch die Nachschaltung eines Spannungsreglers für die erforderliche Spannungsreduktion von 5 V auf 3 V in einer Anwendung nicht akzeptabel ist. Ebenso kann es sein, dass ein externes Netzgerät überhaupt nicht infrage kommt, weil das Gerät direkt in die Wandsteckdose eingesteckt wird, sodass Gleichrichtung und Spannungsregelung auf der Platine stattfinden müssen.
Tipps für den Entwurf von AC/DC-Spannungsversorgungen
Die meisten Schaltnetzteile (SMPS)* basieren auf einem AC/DC-Wandler oder -Regler. Durch den Regler selbst fließt dabei nur wenig Strom. Seine Aufgabe besteht darin, die Merkmale und den Verlauf der Eingangswechselspannung zu erfassen und Steuersignale an die Peripheriekomponenten zu übermitteln, etwa an MOSFETs, die die eigentliche Arbeit übernehmen. Die teuersten Bauteile sind wahrscheinlich der Transformator, große Kondensatoren und Spulen, die in den meisten Schaltungskonzepten dieser Art eingesetzt werden und die Charakteristik der ausgangsseitigen Gleichspannung bestimmen. Eine Änderung der Werte dieser Bauelemente kann die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom ändern und die Qualität des Ausgangssignals erhöhen, indem Spannungsabweichungen und Stromwelligkeit kompensiert werden.
Im Datenblatt des von Ihnen ausgewählten Reglers ist wahrscheinlich eine Beispielschaltung mit Formeln für die Dimensionierung von externen Bauelementen zu finden. Jede Anwendung stellt eigene Anforderungen, weshalb Sie die Musterschaltung wahrscheinlich im einen oder anderen Punkt ändern müssen. Selbst wenn die Eingangs- und Ausgangsspannung bereits zu Ihrer Anwendung passen, sind in diesen Beispielschaltungen selten Aspekte wie der Schaltungsschutz berücksichtigt, auf den Sie möglicherweise nicht verzichten können.
Falls Sie eher lösungsorientiert arbeiten, sollten Sie sich unsere riesige Sammlung an Referenzdesigns für Gleichspannungsnetzgeräte mit einer oder mehreren Ausgangsspannungen ansehen. Sie können nach Anwendung oder Stichwort suchen oder Schaltungen für eine bestimmte Reglerfamilie durchgehen, um zu sehen, was sich andere Entwickler überlegt haben. Zu den Ergebnissen für die beliebte VIPer-Familie von STMicroelectronics gehören ein 6-W-Konstantstrom-LED-Treiber, ein 300-W-3-Phasen-Industriemotorantrieb und Hunderte von anderen Designs. Die meisten dieser Entwürfe sind auch als Entwicklungsboards erhältlich. So können Sie die Bauelemente in ihrer eigenen Umgebung testen, bevor Sie überhaupt noch das Layout einer Platine ausprobieren.
Wenn Sie sich für eine eigene AC/DC-Lösung entscheiden, zählt jedes Detail. Mehrere Anbieter stellen Tools zur Verfügung, mit denen der Wirkungsgrad und die Ausnutzung der Leiterplattenfläche optimiert werden können. Denken Sie auch daran, die Verlustwärme von stromführenden Bauelementen zu berücksichtigen und ausreichend großen Abstand zu den Elektrolytkondensatoren zu halten, wenn Sie eine Platine zum ersten Mal unter Spannung setzen.
Tauchen Sie tiefer in das Thema der personalisierten Stromversorgungen ein – mit unserer Auswahl an Artikeln, einschließlich unserer Übersicht über Arten von DC/DC-Wandlern und unseres Überblicks darüber, wie ein Schaltnetzteil funktioniert. Benötigt Ihr Entwurf eine unterbrechungsfreie Spannungsversorgung? Finden Sie es heraus.
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