Wirkungsgrad bei AC/DC Netzteilen

Die Forderung nach kleineren Stromversorgungen geht mit der Notwendigkeit der Wirkungsgraderhöhung Hand in Hand. Dabei besteht der direkte Zusammenhang, je kleiner die Stromversorgung wird, umso weniger Raum steht für die Wärmeabgabe mittels Konvektion oder Kontaktierung zur Verfügung.

Die Forderung nach kleineren Stromversorgungen geht mit der Notwendigkeit der Wirkungsgraderhöhung Hand in Hand. Dabei besteht der direkte Zusammenhang, je kleiner die Stromversorgung wird, umso weniger Raum steht für die Wärmeabgabe mittels Konvektion oder Kontaktierung zur Verfügung. Durch Berechnungen und Tests ergab sich ein Richtwert, der die maximale Verlustleistung bei einer festgelegten Größe und Konvektionskühlung beschreibt.

Bei diesen Verlusten arbeiten alle eingesetzten Bauteile innerhalb ihrer zulässigen Temperaturgrenzen, wobei Lüfterkühlung einen großen Einfluss auf diese Werte hat. In vielen Fällen wird in den Datenblättern eine Verdopplung der Leistungsdaten bei forcierter Kühlung beschrieben. Allerdings ist in manchen Applikationen forcierte Kühlung nicht erwünscht, da durch den Einsatz eines Lüfters zwangsläufig die Lebensdauer reduziert, Kosten erhöht, Geräusche erzeugt und Wartung erforderlich wird.

Die wichtigsten Punkte die bei der Netzteilauswahl zu bedenken sind, dass der Wirkungsgrad auch von den Umgebungsbedingungen und den Einsatzbedingungen beeinflusst wird.

Der Wirkungsgrad wird oftmals unter den Bedingungen angegeben bei denen sich die besten Werte ergeben, wobei dies oft bei nahezu maximaler Last ist. In der Regel ist es unwahrscheinlich, dass eine Stromversorgung exakt mit der benötigten Leistung gewählt wird. Es ist möglich, dass die maximale Leistung nur für einen kurzen Zeitraum der Gesamtbetriebszeit benötigt wird. Die übrige Zeit läuft es mit geringerer Last und der Wirkungsgrad ist dabei wahrscheinlich deutlich niedriger als beschrieben.

Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Eingangspannung des Gerätes dar. Bei der geringst möglichen Eingangsspannung, oft als „Low Line“ bezeichnet, ist der Wirkungsgrad merklich niedriger als beim Betrieb mit der maximal möglichen Spannung oder bei „High Line“. So ist üblich ein Gerät mit Eingangsspannungsbereich 90VAC bis 230VAC als Weitbereichsnetzteil zu bezeichnen. Je geringer der Einfluss, den die Eingangsspannung auf den Wirkungsgrad hat, umso leichter wird ihre Berechnung des wahrscheinlichen Wirkungsgrads und der Verlustleistung welche beim Einsatz unter verschiedensten Betriebsbedingungen beachtet werden muss. Als Beispiel eines Netzteils das über eine nahezu flache Wirkungsgradkurve über den gesamten Eingangsspannungsbereich verfügt, ist das CCM250 von XP Power. Dieses 250W Netzteil bietet einen Wirkungsgrad bis zu 95%  bei 240VAC und 92% bei 90VAC.

Als abschließender Punkt ist ebenfalls zu beachten, dass der Wirkungsgrad bei fester Eingangsspannung abhängig von der Ausgangsspannung ist. So ist in der Regel bei Geräten mit geringerer Ausgangsspannung der Wirkungsgrad niedriger. Ein Kurzdatenblatt enthält oftmals die Daten für eine ganze Gerätefamilie mit den unterschiedlichen Ausgangsspannungen. Der in der Überschrift angegebene Wirkungsgrad von z. B. “typisch 88%” kann sich daher auf ein Gerät mit 48VDC Ausgangsspannung beziehen. Falls sie die Daten eines 5V Gerätes in dieser Reihe betrachten, ist der Wirkungsgrad oftmals geringer als bei Geräten mit höheren Spannungen. Das detaillierte Studium der Daten ist daher extrem wichtig um den tatsächlichen Wirkungsgrad und der daraus entstehenden Verlustleistung des Gerätes in ihrer Applikation zu erfassen.

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