Die Herausforderung und Lösung für Spitzenlastanwendungen

Was ist Spitzenlast?

Lastspitzen in Systemen werden häufig durch kapazitive und induktive Lasten verursacht. Kapazitive Lasten entstehen durch das Vorhandensein großer, glatter Kondensatoren im System, die aufgrund ihrer inhärenten Eigenschaften eine größere Strommenge benötigen, wenn der Strom zunächst eingeschaltet wird. Andererseits entstehen induktive Lasten durch Komponenten mit induktiven Parametern, die die elektromagnetische Induktion nutzen. Diese Lasten bewirken, dass der Strom der Spannung hinterherhinkt, was zu einem erheblichen Strombedarf beim Einschalten führt. Die unten dargestellte Wellenform solcher Spitzenlasten wird häufig bei Anwendungen mit elektromechanischen Motoren, Pumpen, Lüftern und Magnetventilen beobachtet.

Warum ein Netzteil mit Spitzenleistungsfähigkeit verwenden

In den meisten Fällen ist die von diesen Anwendungen geforderte Spitzenleistung deutlich höher als die Nennleistung. Da das Netzteil den Ausgangsstrom nicht über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten kann, könnte es den Überstromschutz (OCP) auslösen. Es ist jedoch möglich, den Spitzenstrom für kurze Zeiträume zu liefern, die typischerweise im Bereich von Mikrosekunden bis Sekunden liegen, und zwar mit niedrigen Tastverhältnissen.

Bei der herkömmlichen Leistungsauslegung müsste der Systemingenieur das System auf der Grundlage der maximal erforderlichen Leistung entwerfen, was dazu führt, dass die Größe, das Gewicht und die Kosten des Systems durch den Spitzenleistungsbedarf bestimmt werden. Mit zunehmender Leistungsdichte stünden die Systemingenieure vor großen Herausforderungen, wenn es darum ginge, Platz- oder Gewichtsbeschränkungen einzuhalten.

Eine Alternative zur Bewältigung dieser Herausforderungen besteht darin, die Stromversorgung nach dem durchschnittlichen Leistungsbedarf und nicht nach der Spitzenleistung zu konzipieren. Dieser Ansatz trägt dazu bei, übermäßige Konstruktionseinschränkungen zu vermeiden. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die durchschnittliche Leistungsaufnahme des Systems unter der Nennleistung des Netzteils liegt. Hier ist ein Beispiel:

In diesem Fall können wir das CFM81S von CINCON mit einer Spitzenleistung von 160 W anstelle eines 160-W-Netzteils wählen.

Wie man die richtige Lösung für Spitzenlastanwendungen wählt

Im Allgemeinen reicht die Dauer der Spitzenlast von einigen Millisekunden bis zu Sekunden. Der Spitzenlastbedarf kann anhand seiner Dauer in zwei Typen unterteilt werden:

1. Spitzenleistung für mehrere Millisekunden

Um die Herausforderung zu meistern, einen mehrere Millisekunden dauernden Spitzenstrom zu liefern, wenn das Netzteil nicht für einen solchen Bedarf ausgelegt ist, besteht die einfache Lösung in diesem Fall darin, das CFM500M180 zusammen mit einem Kondensator zu verwenden, um den Spitzenleistungsbedarf zu decken. Bei der Konfiguration dieses Stromversorgungssystems muss der Ingenieur jedoch die maximale kapazitive Last des Netzteils berücksichtigen und den Kondensator entsprechend anpassen, um sicherzustellen, dass der Spannungsabfall an der Last innerhalb akzeptabler Toleranzen bleibt.

In einem Szenario, in dem die Spitzenlast 1 kW beträgt und 1 ms andauert, während im Normalbetrieb nur 300 W benötigt werden, würde der herkömmliche Ansatz darin bestehen, das Netzteil für die volle Leistung von 1 kW zu konfigurieren, obwohl die durchschnittliche Leistung deutlich geringer ist. Im Gegensatz dazu erweist sich der vorgeschlagene Ansatz als erfolgreich, indem ein 500-W-Netzteil in Kombination mit einem zusätzlichen Kondensator verwendet wird, um den 1-kW-Spitzenlastbedarf zu decken, wie unten dargestellt.

∆V: zulässiger Spannungsabfall

Ip: Spitzenstrom

In: Normaler Strom

C: Kapazität des externen Kondensators

2. Spitzenleistung für einige Sekunden

Einige Hersteller haben sich auf die Entwicklung von Stromversorgungen spezialisiert, die explizit auf die Lieferung erheblicher Spitzenströme zugeschnitten sind. Diese Netzteile sind in der Lage, für kurze Zeit einen Spitzenstrom von 200 % bis 300 % ihres Nennstroms zu liefern, ohne dass der Überstromschutz ausgelöst wird. Cincon bietet eine Reihe von Stromversorgungen mit einer Spitzenleistung (200%) für 10 Sekunden von 25W bis 80W an. Die Tabelle zeigt die Produktkombination:

 

Da die meisten Überstromschutzvorrichtungen (OCP) auf etwa 140 % des Nennstroms eingestellt sind, sind bestimmte Netzteile so konzipiert, dass sie für einige Sekunden eine zusätzliche Leistung von 20 % (unterhalb des OCP-Schwellenwerts) bieten. Diese Konstruktion hilft, die Aktivierung des Überstromschutzes zu verhindern. Die nachstehende Tabelle zeigt die AC/DC-Netzteile von Cincon mit einer Spitzenleistung (120 %) für 5 Sekunden von 130 W bis 500 W.

Schlussfolgerung

Im Zuge der fortschreitenden Entwicklung von Smart Homes und intelligenter Fertigung benötigen zahlreiche elektromechanische Anwendungen häufig kurzzeitig Spitzenströme. Die Wahl von AC/DC-Netzteilen, die im Gegensatz zu herkömmlichen Netzteilen mit Spitzenlastfähigkeiten ausgestattet sind, bringt mehrere Vorteile mit sich, darunter geringeres Volumen, niedrigere Kosten und geringeres Gewicht. Cincon bietet eine Reihe von Netzteilen an, die speziell für Spitzenlastanforderungen entwickelt wurden. Bei der Entwicklung dieser Netzteile berücksichtigen wir sorgfältig die vorgesehenen Lastanforderungen.

Wenn Sie Unterstützung bei einem Peak-Power-Projekt benötigen, zögern Sie bitte nicht, sich an uns zu wenden. Wir würden uns freuen, Ihre Anforderungen zu besprechen und auf Ihre speziellen Bedürfnisse einzugehen. Kontakt: office@vitecpower.com