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Langlebige, hochdynamische Stromversorgung

Neues Modulationsverfahren erhöht Lebensdauer von Schaltnetzteilen durch digitale, hochdynamische Steuerung und den Einsatz von Filmkondensatoren.

Langlebigere Schaltnetzteile für hochwertige Geräte, wie Elektroautos, macht teure Käufe von Ersatzteilen für den Endverbraucher überflüssig.
Schaltnetzteile werden zur Stromversorgung von vielen elektrischen Geräten, z.B. Computern, LED-Leuchten oder Laserschweißgeräten, eingesetzt. Sie wandeln Wechselstrom des Netzes in den vom Gerät benötigten Gleichstrom um. Eine häufige Ausfallursache technischer Geräte ist im Versagen der integrierten Netzteile begründet. Diese limitieren damit die Nutzungsdauer der Geräte oder erfordern häufige Serviceintervalle.

Fehleranfällig sind hier vor allem die im Netzteil eingesetzten Elektrolytkondensatoren. Sie puffern elektrische Energie und glätten die Spannungsschwankungen über eine Netzperiode. Elektrolytkondensatoren bieten eine hohe Energiedichte. Wesentlich langlebiger wären hingegen Folienkondensatoren. Diese benötigen aufgrund geringerer Energiedichte jedoch den zehnfachen Bauraum für die gleiche Kapazität.

Wissenschaftler des Lichttechnischen Instituts (LTI) am KIT haben ein neues Modulationsverfahren zur digitalen und hochdynamischen Steuerung von Netzteilen entwickelt, das den Einsatz von Folienkondensatoren bei nur wenig vergrößertem Bauraum ermöglicht. Das Verfahren erlaubt die Steuerung des Ausgangsstroms unter Berücksichtigung der Zwischenkreis- und Ausgangsspannung, wobei Frequenz und Tastgrad mögliche Steuergrößen sind. Durch Einbezug dieser Größen wird die Regelung robuster, sicherer und schneller. Ein- und Ausgangsspannung werden mitbetrachtet, wodurch Steuerungsungenauigkeiten verbessert werden.

In Folge der höheren Lebensdauer der verbauten Folienkondensatoren kann die Ausfallquote der Schaltnetzteile reduziert und somit die Langlebigkeit der Endgeräte um ein Vielfaches erhöht werden. Verringerter Wartungsaufwand ist vor allem an schwer zugänglichen Stellen vorteilig. Durch die Genauigkeit und Flexibilität der hochdynamischen Regelung sind Netzteile dieser Art besonders für industrielle Anwendungen mit hohen Dynamikanforderungen, z.B. im Elektroauto, von Vorteil. Ferner ist die Internet-of-Things-Integration für eine Ferndiagnose oder Fernwartung problemlos möglich.

Ein Funktionsprototyp wurde am Institut aufgebaut und Messergebnisse, inklusive Dynamik- und Lebensdauermessungen, stehen zur Verfügung. Das KIT sucht Industriepartner zur Entwicklung von anwendungsspezifischen, hochwertigen Netzteilen im Premiumsegment.

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dr.-Ing. Philipp Scherer, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Mobilität, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-28460

E-Mail: philipp.scherer@kit.edu

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