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Langlebige, hochdynamische Stromversorgung

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

Durch das neue Modulationsverfahren könnte der Wartungsaufwand für Netzteile in Schaltschränken erheblich verringert werden.
Schaltnetzteile werden zur Stromversorgung von vielen elektrischen Geräten, z.B. Computern, LED-Leuchten oder Laserschweißgeräte, eingesetzt. Sie wandeln Wechselstrom in den vom Gerät benötigten Gleichstrom um. Eine häufige Ausfallursache dieser technischen Geräte ist im Versagen der Netzteile begründet. Diese limitieren damit die Nutzungsdauer der Geräte oder erfordern häufigere Serviceintervalle.

Fehleranfällig sind hier vor allem die im Netzteil eingesetzten Elektrolytkondensatoren. Sie puffern elektrische Energie und glätten dabei die Spannungsschwankungen über eine Netzperiode. Elektrolytkondensatoren bieten eine hohe Energiedichte und werden zum Großteil analog geregelt. Wesentlich langlebiger wären hingegen Filmkondensatoren. 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 Filmkondensatoren bei leicht gesteigertem Bauraum ermöglicht. Das Verfahren erlaubt erstmals 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. Abweichungen können schnell und präzise sowohl an der Ein- als auch an der Ausgangsspannung angepasst werden, womit Steuerungsungenauigkeiten minimiert werden.

In Folge der höheren Lebensdauer des verbauten Filmkondensators 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 oder bei hochwertigen Geräten, z.B. Elektroautos, vorteilig. Durch die Genauigkeit und Flexibilität der hochdynamischen Regelung sind Netzteile dieser Art besonders für industrielle Anwendungen mit hohen Dynamikanforderungen von Vorteil. Ferner ist die Internet-of-Things-Integration für eine Fernwartung problemlos möglich.

Ein Funktionsprototyp wurde am Institut aufgebaut und Messergebnisse, inklusive 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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