Entwicklung EuP-konformer Schaltnetzteile von Armin Jenninger (B.Eng.)

Ansmann EuP PowerSupplies (PresseBox) (Assamstadt, ) Die am 27.April 2009 in Kraft getretene Verordnung (EG) Nr.278/2009 zur Festlegung der Leistungsaufnahme und Effizienz im Betrieb von externen Netzteilen erreicht am 27.April 2010 ihre erste Stufe. So müssen alle nach diesem Datum in Verkehr gebrachte externe Netzteile den Ökodesign-Anforderungen bezüglich Leistungsaufnahme unter Nulllast und durchschnittliche Effizienz im Betrieb entsprechen.

Die Leistungsaufnahme bei Nulllast darf, unabhängig von der Ausgangsleistung des Netzteiles, 0,5W nicht überschreiten. Die zulässige durchschnittliche Effizienz ist dagegen von der Ausgangsleistung abhängig. Der Wirkungsgrad von Netzteilen mit einer Leistung größer 51W beträgt mindestens 85%.

Um ein EuPkonformes Netzteil zu entwickeln, müssen bereits bei der Planung des Schaltnetzteils die Anforderungen der EuP-Verordnung mitberücksichtigt werden.

Die Wahl einer passenden Wandlertopologie inklusive eines entsprechenden Schaltnetzteil-IC steht dabei an erster Stelle. Hiermit kann bereits ein großer Einfluss auf die spätere Effizienz genommen werden. Einfach aufgebaute Wandlertopologien wie z.B. Sperrwandler oder Eintaktdurchflusswandler haben ihren Vorteil in den Kosten durch wenig benötigte Bauteile, sind jedoch, aufgrund der Energieübertragung nur während der Ausschaltzeit bzw. Einschaltzeit des Schaltmosfets, bezüglich ihrer Effizienz begrenzt. Eine höhere Effizienz weisen Flusswandler mit Halb- oder Vollbrückengegentaktansteuerung auf, da in diesem Fall sowohl Ein- und Ausschaltzeit zur Energieübertragung genutzt werden. Diese erfordern jedoch einen höheren Bauteilaufwand. Die Verringerung der Schaltverluste steigert zusätzlich die Effizienz. Ein Beispiel hierfür ist der Resonanzwandler, welcher es ermöglicht den Schaltmosfet verlustfrei, d.h. im Nullspannungsdurchgang (ZVS) oder Nullstromdurchgang (ZCS), zu schalten. Diese beiden Verfahren können auch auf Sperrwandler (Quasiresonanz-Sperrwandler) und Flusswandler (Asymmetrischer Halbbrückenwandler) übertragen werden.

Zusätzlich werden durch Schalten des Schaltmosfets bei Nullspannung bzw. Nullstrom die EMV-Emissionen verringert. Das wirkt sich wiederum auf die Eingangsfilter und RCD-Beschaltungen von Primärwicklung und Schaltmosfets aus, welche kleiner und sparsamer ausgelegt werden können.

Neben der Wahl der Wandlertopologie kann eine Auswahl von effizienten Bauteilen, wie z.B. Schaltmosfets mit niedrigem RDSon und schnellen Schaltzeiten, Dioden mit niedriger Durchlassspannung oder Übertrager mit Ferritkernen die niedrige Kernverluste aufweisen, die Verlustleistung verringern.

Bei niedrigen Ausgangsspannungen kann zusätzlich, anstatt der sekundärseitigen Dioden, eine Synchrongleichrichtung eingesetzt werden, was wiederum besonders bei Schaltnetzteilen mit kleiner Ausgangsspannung den Wirkungsgrad steigert.

Durch die Wahl eines Schaltnetzteil-ICs mit Möglichkeit zur Energieeinsparung, wenn keine Ausgangsleistung benötigt wird, kann die Leerlaufleistung unter die EuP-Vorgabe gesenkt werden. Hier existieren verschiedene Möglichkeiten, wie z.B. Änderung der Schaltfrequenz unter Nulllast, Sense-Pulse für die Erkennung ob Ausgangsleistung benötigt wird, Wechseln des Bezugs der Versorgungsspannung oder Abschalten einzelner Hardwarekomponenten (z.B. PFC).

Mit einer sorgfältigen Durchführung der Entwicklung eines EuPkonformen Schaltnetzteiles hält dieses die Vorgaben aus der EuP-Verordnung für die erste Stufe und eventuell auch bereits die zweite Stufe, die ein Jahr später am 27.April 2011 in Kraft tritt, ein.

Eine weitere Möglichkeit die Verlustleistung im Leerlauf zu verringern bzw. ganz zu eliminieren ist, dass man abhängig vom Eingangsstrom des Netzteiles das Netzteil ganz abschaltet, wie es z.B. in den Zero Watt Geräten der Fa. ANSMANN realisiert wurde.

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ANSMANN AG
Industriestraße 10
D-97959 Assamstadt
Martin Hahn
Marketing
Pressesprecher der Ansmann AG

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