Standard-Netzteile stellen für Entwickler eine Hürde dar, da sie sie zwingen, mit vorgegebenen Leistungsspezifikationen zu arbeiten. Konfigurierbare Netzteile, wie die NMP- und UMP-400-Serien von Mean Well, helfen dabei, diese Einschränkungen zu überwinden.

 

 

Konfigurierbare Netzteile bieten Entwicklern Flexibilität, indem sie über ihre Front-End-Module, die eine DC-DC-Regelung bereitstellen, programmierbare Ausgänge ermöglichen. „Das Front-End wird entweder per Schnellanschluss oder im Plug-and-Play-Stil mit den Modulen verbunden. Die Leistungsmodule können verwendet werden, um einfache und kompakte verteilte Stromversorgungssysteme zu schaffen“, stellt Engineering.com fest.

 

Abbildung 1. Eine traditionelle Konfiguration mit mehreren AC-DC-Netzteilen (links) im Vergleich zu einem verteilten System mit konfigurierbaren Netzteilen (rechts).

„Wir bieten verschiedene Varianten von Ausgangsmodulen an, die mit dem Front-End-Anbieter kompatibel sind, sodass die Anwender einfach das kombinieren können, was sie in Bezug auf Ausgangsspannung, Ausgangsleistungsniveau usw. benötigen“, sagte Kai Li, Projektleiter bei Mean Well, gegenüber Engineering.com. „Anspruchsvolle Maschinen erfordern mehrere Ausgangsspannungsebenen. Ein 3D-Drucker beispielsweise benötigt 24V für den Antrieb des Motors, 12V für die Displays und 3,3V zur Steuerung bestimmter Funkfunktionen. Mit einem konfigurierbaren Netzteil benötige ich nur eine einzige Einheit, um all diese unterschiedlichen Spannungen zu unterstützen.“

Das NMP-650 (650W) und das NMP1K2 (1.200W) sind 1U-Netzteile mit niedrigem Profil, die vier verstellbare Ausgangsmodule enthalten, die Bereiche von 3V bis 55V abdecken. Die NMP-Serie bietet außerdem intelligente Steuerfunktionen.

„Es ermöglicht intelligente Steuerungen über seine verschiedenen Steuersignale. Wir können das Gerät ferngesteuert ein- und ausschalten, entweder mit einem globalen Steuersignal an das Front-End oder lokal an jedem der Ausgangsmodule“, erklärte Li.

Neben den Flexibilitäts- und Steuerungsfunktionen umfassen die Vorteile der Mean Well NMP-Serie:

• Geringer Ableitstrom - beschädigte Erdungsverbindungen können sowohl AC- als auch DC-Ableitströme verursachen, die über jedes leitfähige Material, einschließlich des menschlichen Körpers, zur Erde fließen können. Dies erfordert, dass Entwickler diesen Stromwert begrenzen müssen. Standard-Netzteile können den Ableitstrom nur ungenau kontrollieren, was Probleme bei der Erfüllung spezifischer Geräteanforderungen verursacht.

Konfigurierbare Netzteile bieten einen geringeren Ableitstrom und werden als Gesamteinheit unter Berücksichtigung der gesamten Ableitstromleistung entwickelt und zertifiziert.

Die Mean Well NMP-Netzteile weisen einen Erdableitstrom von <400uA/264VAC und einen Berührungsstrom von <100uA/264VAC auf

 

• Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) - Netzteile können elektromagnetische Störungen (EMI) erzeugen, die benachbarte Geräte beeinträchtigen, was bei Standard-Netzteilen stärker ausgeprägt ist. EMV ist die Fähigkeit, die Leistung trotz EMI aufrechtzuerhalten und selbst keine zu erzeugen. Bei einem schlecht ausgelegten elektrischen System kann die EMI zunehmen. Ein einzelnes konfigurierbares Netzteil kann diesen Effekt verringern, sodass Ingenieure kein EMI-Debugging mehr durchführen müssen, den zeitaufwändigsten Teil der Entwicklung elektromechanischer Produkte. Sie können auch den Bedarf an zusätzlichen Filtern und Konstruktionskorrekturen begrenzen.

• Hohe Leistungsdichte - angesichts der stetig wachsenden Nachfrage nach kleineren Netzteilen mit gleicher oder höherer Leistung erfordern Probleme der Leistungsdichte eine effiziente Kühlung. Die NMP-Netzteile erreichen dadurch einen Wirkungsgrad von bis zu 91 Prozent. Das NMP-650 (650W Ausgangsleistung) verfügt über einen eingebauten Kühlventilator, das NMP-1K2 (1.200W) über zwei.

„Bei der Entwicklung des [NMP] mussten wir die Aerodynamik, den Luftstrom der Lüfter und die Wechselwirkung des Luftstroms mit den Komponenten sehr sorgfältig berücksichtigen“, sagte er. „Es ist also insgesamt eine kombinierte Entwicklungserfahrung aus über 35 Jahren, in denen Mean Well Schaltnetzteile entwickelt hat.“

Funktionen konfigurierbarer Netzteile

Die Mean Well NMP-Serie verfügt über zusätzliche Funktionen, die die Flexibilität ihrer Netzteile verbessern. 

• Eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC)-Funktion - diese schützt sämtliche entwickelten Geräte und verbessert gleichzeitig den Wirkungsgrad der Umwandlung. Aktives Stromsharing und Parallelsteuerungsfunktionen ermöglichen es den Anwendern, den gesamten Ausgangsstrom zu erhöhen, indem sie bis zu vier (NMP650) oder sechs (NMP1K2) Module mit der gleichen Ausgangsspannungsklasse verbinden (das heißt, die Spannungsdifferenz sollte weniger als 0,2V betragen).

• Höhere Ausgangsspannungen - dies erreicht Mean Well durch die Reihenschaltung von Ausgangsmodulen (wobei der gesamte Ausgangsstrom die Stromklasse des am niedrigsten bewerteten in Reihe geschalteten Moduls nicht überschreiten sollte).

Abbildung 2. Parallelschaltung von sechs NMS240-Modulen. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Mean Well.)

Die Ausgangsspannung der Module kann über den Stufenspannungsregler (SVR) angepasst werden, der durch Drehen des VR60-Potentiometers in der Nähe der Ausgangsklemmen eingestellt wird. Das Drehen des VR60 im Uhrzeigersinn erhöht die Spannung, das Drehen gegen den Uhrzeigersinn verringert sie. Die Ausgangsspannung ist im Bereich von 3–6V (NMS-240-05), 6–15V (NMS-240-05), 15–30V (NMS-240-24) und 30–55V (NMS-240-48) programmierbar. Zusätzlich können Spannung und Strom durch Anlegen externer DC-Spannungen auf 40–100 Prozent der Nennwerte eingestellt werden (siehe Grafik unten).

Abbildung 3. Der Ausgangsstrom kann durch Anlegen einer externen DC-Spannung angepasst werden. (Bild mit freundlicher Genehmigung von MEAN WELL.)

„Wir haben nur vier verschiedene Module mit den Nennspannungen 5V, 12V, 24V und 48V“, erklärte Li. „Jedes Modul verfügt über einen sehr weiten Einstellbereich. Einige unserer Wettbewerber stellen über hundert verschiedene Module her. Unsere Anwender müssen nicht viele Seiten von Datenblättern durchgehen, nur um das richtige Modul zu finden.“

Das eingebaute Remote-Sense-Ausgangsmodul der NMP-Serie kann Spannungsabfälle von bis zu 0,5V ausgleichen. Das Verdrillen oder Abschirmen der Spannungsmessleitungen verhindert externe Störeinflüsse. Der Status des Netzteils wird über das DC-OK-Signal überwacht; bei ordnungsgemäßem Betrieb ist das DC-OK-Signal HOCH (4,5~5,5V) und die LED-Anzeige leuchtet.

Die NMP-Ausgangsmodule verfügen über eingebaute Stromschutzfunktionen, die aktiviert werden, wenn der Ausgang kurzgeschlossen ist oder der Ausgangsstrom 115% ± 10% des Nennausgangsstroms überschreitet. Jedes Ausgangsmodul verfügt außerdem über einen eingebauten Überspannungsschutz. Sobald der Schutz ausgelöst wird, schalten sich die Geräte für 10 Sekunden ab, bevor die AC-Versorgung erneut zugeschaltet wird, um das Gerät wieder einzuschalten. Es gibt außerdem eine eingebaute Lüfterblockierschutzschaltung. Der Ausgang der NMP-Module schaltet sich ab, wenn der DC-Lüfter nicht mehr funktioniert (bei Lüfterblockierung, losen Steckverbindern oder gebrochenen Kabeln). Es ist notwendig, die AC-Versorgung abzuschalten und die Ursache für die Lüfterblockierung zu beheben.

Überschreitet die Innentemperatur einen voreingestellten Wert, sendet die eingebaute Temperaturerkennungsschaltung des NMP-Systems ein HOCH-Signal. Der Ausgang schaltet sich automatisch ab, wenn die Innentemperatur weiter ansteigt und den „Sicherheitsgrenzwert“ überschreitet. Dieses Signal ist NIEDRIG, wenn die Innentemperatur innerhalb eines normalen Wertes liegt.

Sicherheit von Netzteilen

Die Sicherheit von Netzteilen ist ein entscheidender Faktor, und die NMP-Serie erfüllt unter anderem die medizinischen Anforderungen an den zweifachen Patientenschutz (MOPP) sowie die ITE-Normen.

MOPP ist der Standard für die grundlegende Sicherheit, die für medizinische elektrische Geräte erforderlich ist, und regelt das Isolationsniveau der Netzteile. Die IEC/EN 60601-1 regelt die elektrische Sicherheit von Medizinprodukten mit detaillierten Maßnahmen zum Schutz vor Stromschlägen.

Es gibt zwei MOP-Schutzarten: MOOP und MOPP. MOOP steht für Bedienerschutz und ist für Geräte vorgesehen, die nicht mit dem Patienten in Kontakt kommen. Für MOOP gelten in der Regel geringere Anforderungen an Isolation und Ableitstrom; hauptsächlich wird damit das Isolationsniveau der Netzteileinheiten festgelegt.

„Ein weiteres wichtiges Merkmal [des NMP] ist, dass sowohl die medizinischen als auch die ITE-Sicherheitsnormen [informationstechnische Geräte] zugelassen sind“, sagte Li. „Kunden können es daher für industrielle Anwendungen wie 3D-Drucker und auch für medizinische Geräte wie Bildgebungs- oder Operationsgeräte einsetzen.“

Das lüfterlose Mean Well UMP-400

Das andere konfigurierbare Netzteil von Mean Well, das UMP-400, kann als unabhängiges 400W-Netzteil (24V oder 48V) mit einem einzigen Ausgang betrieben werden. Das UMP-400 ist ein vollständig konfigurierbares lüfterloses Netzteil; es ist keine forcierte Luftströmung zur Kühlung der Einheit erforderlich. Dies macht es zu einem geräuschlosen Gerät, das sehr beliebt für lärmempfindliche Umgebungen wie Krankenhäuser oder Einkaufszentren ist.

Abbildung 4. Ein MEAN WELL UMP-400-Netzteil. (Bild mit freundlicher Genehmigung von MEAN WELL.)

Das UMP-400 kann durch die Integration der nicht isolierten DC-DC-Wandler der NID-Serie zu einem mehrkanaligen modularen Netzteil konfiguriert werden. Mit einer Ausgangsleistung von bis zu 100W, einstellbar für die gängigen Spannungen 5V, 12V, 15V und 24V, ist das UMP-400 nach ITE 62368-1-Sicherheitsstandards zertifiziert und für die Einhaltung der 2x MOPP-Sicherheitsstandards ausgelegt.

Der Verzicht auf einen Lüfter in einem Netzteil kann dessen Zuverlässigkeit verbessern, die Kosten für die Systemkonstruktion senken und akustische Geräusche eliminieren. Das Mean Well UMP-400 vermeidet Probleme durch Lüfterausfälle und senkt die Wartungskosten. Das Unternehmen empfiehlt das UMP-400 für Anwendungen wie diagnostische oder biologische Einrichtungen, Test- oder Messsysteme, Telekommunikationsausrüstung, industrielle Automatisierungsmaschinen, industrielle Steuerungssysteme sowie mechanische und elektrische Ausrüstung.

Um mehr über die Vorteile konfigurierbarer Netzteile zu erfahren, besuchen Sie onlinecomponents.com für weitere Informationen zum Mean Well NMP-1K2, NMP-650und zum UMP-400.