Open Frame Netzteile und deren Anwendung

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Open Frame Netzteile, deren Anwendung und worauf bei der Auswahl zu achten ist.

Als Open Frame Netzteile bezeichnet man AC/DC Schaltnetzteile, die als PCB (Printed Circuit Board) Baugruppe ohne Gehäuse, für den Einbau in Geräte, aufgebaut sind.

In den Leistungsklassen 18W bis 450W haben sich die Standardabmessungen von 3“x2“ / 4“x2“ und 5“x3“ etabliert. Dies ermöglicht einen problemlosen Einbau in die Endapplikation.

Bei der Auswahl eines geeigneten Open Frame Netzteils sind folgenden Kriterien zu beachten: das Anwendungsgebiet und die Leistungsdaten, die Schutzklasse, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), sowie die Einbausituation.

Anwendungsgebiet

Je nach Anwendungsgebiet ist der Sicherheitsaufbau des Netzteils unterschiedlich. Netzteile für medizinische Anwendungen (60601-1) müssen im Vergleich zu Industrienetzteilen (60950-1) höheren Anforderungen standhalten. Für Geräte die im Haushaltsbereich (60335-1) eingesetzt werden, gelten wiederum andere Anforderungen. Gemäß den einzuhaltenden Sicherheitsnormen unterscheiden sich vor allem die Luft- und Kriechstrecken. Abhängig davon, in welchen Ländern das Gerät eingesetzt werden soll, gibt es Weitbereichsnetzteile 100V-240V oder Einbereichsnetzteile (115V/230V). Hierbei sind auch die Toleranzen zu betrachten, denn viele Netzteile bringen bei niedrigen Eingangsspannungen nicht die gleiche Leistung, wie bei hohen Eingangsspannungen. Dieses wird als Spannungsderating bezeichnet. Hinsichtlich der Effizienzrichtlinien gelten für elektrische Geräte unterschiedliche Anforderungen. So müssen z.B. die bekannten Effizienzklassen A++ bis G eingehalten werden. Eine höhere Einstufung ist mit Netzteilen die einen hohen Wirkungsgrad (94% bei 120W) und eine geringe Standby Leistungsaufnahme (<210 mW) haben, leichter zu erreichen.

FRIWO_Open_Frame_HERC175_1899059Schutzklasse

Schutzklasse I Geräte benötigen einen Schutzleiter um den Anwender auch im Fehlerfalle vor einem elektrischen Schlag zu schützen. Diese Schutzart wird häufig bei Geräten die ein Metallgehäuse haben verwendet, da der Aufbau keine zusätzliche Isolierung vorsieht. Im Fehlerfalle fließt der Strom über den Schutzleiter ab. Schutzklasse II Netzteile sind auf Grund ihrer doppelten Isolierung sicherer als Klasse I Netzteile und schützen auch im Fehlerfall vor einem elektrischen Schlag ohne das eine Sicherung, RCD (Residual Current operated Circuit-Breaker) / FI (Fehlerstromschutzschalter), ausgelöst wird.

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

Open Frame Netzteile müssen als Baugruppe selbst keine EMV Richtlinien erfüllen. Daher benötigen viele Geräte mit eingebauten Netzteilen noch zusätzliche Filter um EMV Konform zu sein. Gute Netzteile halten die Grenzwerte der EMV, auch ohne abschirmende Metallgehäuse, Filter oder Ferrite auf Verbindungsleitungen, ein. Auch zu beachten sind die harmonischen Oberwellen, die durch Schaltnetzteile generiert werden, sowie der Leistungsfaktor. Geräte mit einer Eingangsleistung >75W benötigen eine Leistungsfaktorkorrektur (PFC =Power Factor Correction). Bei besonders günstigen Schaltnetzteilen wird häufig darauf verzichtet. In diesem Fall muss der Gerätehersteller entsprechende Maßnahmen für die Einhaltung der EMV Grenzwerte treffen.

Einbausituation

Kühlung

Das Temperaturmanagement kann über drei Arten erfolgen. Unter Konvektionskühlung (CC= Convecton Cooling) versteht man einen lüfterlosen Betrieb. Dies hat den Vorteil, dass häufig keine Gehäuseöffnungen notwendig sind und auch keine Geräuschentwicklungen wahrzunehmen sind. Wird die Open Frame Baugruppe auf ein Aluminiumprofil zur Wärmeableitung geschraubt, bezeichnet man dieses als Kontaktkühlung (Conduction Cooling). Bei dieser Form der Kühlung ist besonders auf die Oberflächentemperatur der berührbaren Teile zu achten. Des Weiteren kann der Leistungsbereich bei vielen Netzteilen durch eine aktive Kühlung mittels eines Lüfters (FC= Forced Cooling), je nach zugeführtem Luftstrom, beträchtlich erweitert werden.

Einbaulage

Eine wichtige Rolle beim Temperaturmanagement spielt die Einbaulage des Netzteils. Nicht jede beliebige Einbaulage ist bei jedem Netzteil zulässig. Häufig wird die Überkopfmontage ausgeschlossen. Zudem kann eine ungünstige Einbaulage auch ein vorzeitiges Leistungsderating zur Folge haben.

Betriebs- und Umgebungstemperatur

Typische Temperaturbereiche in denen Schaltnetzteile ihre volle Ausgangsleistung liefern, sind -20°C bis 50°C. Darüber hinaus erfolgt häufig ein Derating auf 50% der Nennleistung.

Temperaturbereiche_Schaltnetzteile

Betriebshöhe und Luftdruck

Die Betriebshöhe sowie der Luftdruck haben Einfluss auf die isolierende Luftstrecke. Mit steigender Höhe nimmt sowohl der Luftdruck als auch die isolierende Wirkung der Luft ab. Deshalb müssen bei Netzteilen, die für den Einsatz in hohen Lagen bestimmt sind, die Abstände der Luftstrecken vergrößert werden. Übliche Betriebshöhen sind für IT- und Haushalts-Geräte 2000m; für Medizingeräte 3000m und für spezielle Geräte auch 5000m.

FRIWO bietet neben Einbaunetzteilen für die Industrie auch Open Frame-Stromversorgungen mit medizinischer Zulassung.

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