Wärmemanagement von Leistungselektronik Neues Kühlkonzept für Netzteile zum Patent angemeldet

TDK hat bekanntgegeben, dass eine Patentanmeldung von TDK-Lambda für Power Supply Apparatus vom UK Intellectual Property Office genehmigt wurde. Die neue thermische Strategie, die durch das Patent abgedeckt wird, soll zu Stromversorgungen führen, die flexibel in ihren Kühlungsanforderungen sind, hörbare Geräusche auf ein Minimum beschränken und für Kunden einfach in ihre Systeme zu integrieren sind.

„Das thermische Management ist eine der größten technischen Herausforderungen, die es bei der Entwicklung eines jeden Systems zu bewältigen gilt“, sagt Martin Coates, Engineering Director bei TDK-Lambda UK. „Sehr oft gibt es Hot Spots in Systemen, die einen unverhältnismäßig hohen Luftstrom erfordern, um die Temperaturen der Komponenten in akzeptablen Grenzen zu halten. Dies wiederum führt oft zu übermäßiger Geräuschentwicklung durch die Lüfterkühlung und/oder zu Einschränkungen in der thermischen Leistung des Systems.“

Möglichkeiten des thermischen Managements

Es gibt aktuell zwei bewährte Techniken, um die Herausforderung des thermischen Managements zu bewältigen. Eine Methode besteht darin, die Abmessungen des Geräts zu vergrößern, um einen besseren Luftstrom zu ermöglichen. Eine andere sieht vor, den Wirkungsgrad zu erhöhen und so die interne Wärmeabgabe zu minimieren.

Eine Vergrößerung der Einheiten ist oft nicht akzeptabel, da sie als nicht wettbewerbsfähig und zu groß angesehen werden, was ihre Integration in Systeme erschwert. Außerdem gilt mit zunehmender Effizienz der Stromversorgung das Gesetz der abnehmenden Wirtschaftlichkeit, und schrittweise Verbesserungen werden übermäßig teuer. Vor allem aber sind beide Techniken mit höheren Materialkosten verbunden.

Die neue Kühltechnik

Die neue Strategie des thermischen Managements, die bei der Herstellung der AC/DC-Netzteile aus der CUS400M-Serie zum Einsatz kommt, überwindet diese Probleme, indem sie die vorhandenen Metallteile des Systems zur Kühlung nutzt. Durch ein spezielles Leiterplattendesign und die Verwendung wärmeleitender Kunststoffe wird die von den elektronischen Komponenten erzeugte Wärme verteilt und in das Systemgehäuse geleitet. Dadurch lässt sich eine gute thermische Leistung mit einem wesentlich geringeren Luftstrom erreichen, was wiederum zu einer Verringerung der hörbaren Geräusche des langsameren Lüfters führt.

Viele medizinische und industrielle Anwendungen erfordern eine Spitzenausgangsleistung für einige Minuten, aber eine relativ geringe Dauerausgangsleistung im Ruhezustand. „Die Konstruktionsmethodik bedeutet auch, dass das Gerät widerstandsfähiger gegen Spitzenbelastungen ist, da die thermische Zeitkonstante wesentlich länger ist als bei herkömmlichen Konstruktionen“, erklärt Coates. „Das bedeutet, dass die internen Bauteiltemperaturen bei Spitzenbelastungen nicht so schnell ansteigen, was die Belastung der Bauteile verringert und die Lebensdauer des Netzteils erhöht. Dies ermöglicht es uns, die CUS400M-Serie mit einer fünfjährigen Garantie anzubieten.“

Darüber hinaus könne die Netzteilserie größere und teurere konvektionsgekühlte Produkte ersetzen, die kontinuierlich für den Spitzenbedarf ausgelegt sind. Kunden sparen laut Coates dadurch weitere Kosten ein.