Wichtigste Erkenntnisse
- AC/DC Print-Module wie die Serie TPS-AWS10/1523S sind kompakte AC/DC-Wandler für die direkte Leiterplattenmontage in platzkritischen Industrie-4.0-Anwendungen.
- Der weite Eingangsspannungsbereich von 85–305 VAC bzw. 100–430 VDC unterstützt den Einsatz in unterschiedlichen industriellen Versorgungsumgebungen.
- Verstärkte Isolation, erweiterter Temperaturbereich und integrierte Schutzfunktionen machen die Module für anspruchsvolle Industrieelektronik interessant.
- Dank kompakter Bauform, geringem Gewicht und Wirkungsgraden von bis zu 84 % eignen sich die Module für dezentrale Versorgungskonzepte.
- Bei geeigneter externer Beschaltung können Anforderungen an Sicherheit und EMV gemäß Datenblatt berücksichtigt werden.
Industrie-4.0-Anwendungen arbeiten zunehmend mit verteilten, intelligenten Endgeräten. Dazu zählen unter anderem elektronische Regaletiketten, RFID-Leser, Sensoren, Statusanzeigen und kompakte HMI-Einheiten. Diese Geräte benötigen eine zuverlässige Niederspannungsversorgung direkt in der Nähe des Verbrauchers.
Genau hier setzen AC/DC Print-Module an. Es handelt sich nicht um Druckerzubehör, sondern um kompakte AC/DC-Module, die Netzspannung in geregelte Gleichspannung umwandeln und sich direkt auf der Leiterplatte integrieren lassen.
1. Was sind AC/DC Print-Module?
AC/DC Print-Module sind vergossene AC/DC-Wandler für die direkte Montage auf Leiterplatten. Der Begriff „Print“ bezieht sich auf die Eignung für die Leiterplattenbestückung. Je nach Ausführung können diese Module in elektronische Baugruppen integriert und wie andere Komponenten im Layout berücksichtigt werden.
Wie das Datenblatt der Serie TPS-AWS10/1523S zeigt, stellen diese Module eine isolierte und geregelte DC-Ausgangsspannung zur Verfügung. Typische Ausgangsspannungen sind 3,3 V, 5 V, 12 V oder 24 V. Damit eignen sie sich für eine Vielzahl industrieller Elektronikanwendungen.
Im Umfeld von Industrie 4.0 können sie beispielsweise eingesetzt werden für:
- elektronische Regaletiketten (ESL)
- E-Paper-Anzeigen
- RFID-Lesegeräte
- Sensorik und Statusanzeigen
- kompakte Steuer- und Kommunikationsbaugruppen
2. Warum dezentrale Stromversorgung in Industrie 4.0 an Bedeutung gewinnt
Klassische Produktionsanlagen arbeiten oft mit zentralen Stromversorgungskonzepten und langen Leitungswegen zu den Feldgeräten. Mit zunehmender Dezentralisierung steigt jedoch die Anzahl intelligenter Endpunkte entlang der Linie deutlich.
Lange Niederspannungsleitungen können dabei unter anderem folgende Nachteile mit sich bringen:
- Spannungsabfall
- zusätzliche Verdrahtung
- Störeinkopplung
- höherer Integrationsaufwand
Ein dezentrales Versorgungskonzept kann diese Punkte reduzieren. AC/DC Print-Module werden direkt am Verbrauchsort eingesetzt und wandeln die lokale AC-Versorgung oder einen Hochvolt-DC-Bus in die benötigte Niederspannung um. Das kann die Verdrahtung vereinfachen und die Systemarchitektur flexibler machen.
3. Technische Merkmale im Überblick
3.1 Weiter Eingangsspannungsbereich
Die Serie TPS-AWS10/1523S unterstützt laut Datenblatt einen Eingangsspannungsbereich von:
- 85–305 VAC bei 47–63 Hz
- 100–430 VDC
Damit eignen sich die Module für Systeme, die in unterschiedlichen Netzinfrastrukturen eingesetzt werden. Für Maschinenbauer kann das die Variantenvielfalt reduzieren, wenn Anlagen international betrieben werden.
3.2 Verstärkte Isolation
Die Module bieten eine verstärkte Isolation von 4000 VAC zwischen Ein- und Ausgang. Das kann dazu beitragen,
- Niederspannungsschaltungen von Netzseite zu trennen,
- die Störfestigkeit zu unterstützen,
- Anforderungen an die elektrische Sicherheit im Gesamtsystem zu erleichtern.
Ob und in welchem Umfang daraus Vorteile für das Endprodukt entstehen, hängt stets von der Gesamtauslegung der Anwendung ab.
3.3 Erweiterter Betriebstemperaturbereich
Der im Datenblatt genannte Betriebstemperaturbereich liegt bei -40 °C bis +85 °C. Für die 15-W-Serie gilt eine Leistungsreduzierung oberhalb von 55 °C, für die 10-W-Serie oberhalb von 60 °C.
Das ist für industrielle Anwendungen relevant, in denen erhöhte oder niedrige Umgebungstemperaturen auftreten können, etwa in unbeheizten Lagerbereichen oder in der Nähe wärmeerzeugender Anlagenkomponenten.
3.4 Schutzfunktionen
Laut Datenblatt verfügen die Module über mehrere Schutzmechanismen, darunter:
- Kurzschlussschutz (SCP) mit selbsttätiger Wiederherstellung
- Überstromschutz (OCP)
- Überspannungsschutz (OVP) in Verbindung mit externer Beschaltung, etwa einer TVS-Diode im Applikationsschaltkreis
Diese Funktionen können dazu beitragen, die Stromversorgung gegenüber typischen Fehlerfällen robuster auszulegen.
3.5 Restwelligkeit und Störverhalten
Für die Serie TPS-AWS10/1523S wird eine Restwelligkeit von typisch 80 mV und maximal 150 mV angegeben, gemessen bei 20 MHz Bandbreite und 10–100 % Last.
Das ist insbesondere für Anwendungen mit Kommunikationsmodulen, Displays oder empfindlicher Elektronik relevant, bei denen die Qualität der Versorgungsspannung eine Rolle spielt.
3.6 Wirkungsgrad und natürliche Kühlung
Je nach Modell erreichen die Module laut Datenblatt Wirkungsgrade von bis zu 84 %. Ein höherer Wirkungsgrad reduziert die Verlustleistung und kann die thermische Auslegung erleichtern.
Da die Module für freie Konvektion ausgelegt sind, lässt sich in vielen Anwendungen auf aktive Kühlung verzichten. Ob dies im Einzelfall ausreicht, hängt jedoch von Einbauraum, Lastprofil und Umgebungstemperatur ab.
3.7 Kompakte Bauform
Die Serie ist mit Abmessungen von 32,0 × 14,5 × 20,0 mm und einem Gewicht von typischerweise 10,2 g sehr kompakt. Das erleichtert die Integration in platzkritische Systeme und unterstützt Leiterplattendesigns mit hoher Funktionsdichte.
3.8 Normen, Sicherheit und EMV
Laut Artikel sind die Module mit Sicherheitsstandards wie IEC/UL 62368-1 sowie IEC/EN 60335-1 und IEC/EN 61558-1 verbunden. Zudem kann mit empfohlener externer Beschaltung die Einhaltung von EN55032 Klasse B unterstützt werden.
Wichtig ist dabei: Ob das Endgerät die jeweiligen Anforderungen erfüllt, hängt nicht allein vom Modul, sondern immer von der Gesamtkonstruktion, dem Layout und der Systemintegration ab.
4. Typische industrielle Einsatzbereiche
4.1 Elektronische Regaletiketten in Lager- und Logistiksystemen
Elektronische Regaletiketten benötigen eine kompakte und zuverlässige Stromversorgung. AC/DC Print-Module können dafür direkt in die Steuerelektronik integriert werden und eignen sich für stationäre Installationen mit verfügbarer AC-Versorgung.
4.2 RFID-Lesegeräte auf Förderanlagen
RFID-Lesegeräte auf Förderstrecken benötigen häufig 12 V oder 24 V. Eine dezentrale AC/DC-Wandlung direkt im Gerät kann lange DC-Leitungswege vermeiden und die Integration vereinfachen.
4.3 HMI-Displays und Bedienanzeigen
Kleine Industrieanzeigen oder HMI-Einheiten können lokal aus der Netzspannung versorgt werden. Die Kombination aus kompakter Bauform und galvanischer Trennung ist hier besonders relevant.
4.4 Intelligente Anzeigen und IO-Link-nahe Anwendungen
Auch Statusanzeigen, Signalsäulen oder weitere kompakte Baugruppen im Umfeld vernetzter Sensorik profitieren von dezentralen Versorgungslösungen, wenn am Einbauort Netzspannung verfügbar ist.
5. Auswahlkriterien für das passende Modul
Bei der Auswahl eines geeigneten AC/DC Print-Moduls sollten unter anderem folgende Punkte berücksichtigt werden:
5.1 Ausgangsspannung und Leistung
Die erforderliche Ausgangsspannung und Leistung müssen zur Last passen. Verfügbare Spannungen sind unter anderem 3,3 V, 5 V, 9 V, 12 V, 15 V und 24 V.
5.2 Eingangsspannung
Zu prüfen ist, ob die Anwendung mit AC-Netzspannung, einem DC-Bus oder in unterschiedlichen Regionen betrieben wird. Der weite Eingangsspannungsbereich kann hier ein Vorteil sein.
5.3 Isolationsanforderungen
Je nach Einsatzfall, Berührungsschutz und Systemarchitektur kann eine verstärkte Isolation erforderlich oder vorteilhaft sein.
5.4 Umgebung und Thermik
Temperaturbereich, Einbausituation, Luftströmung und Derating-Kurven sollten früh in die Auslegung einbezogen werden.
5.5 EMV-Konzept
Die EMV-Eigenschaften des Gesamtsystems hängen auch von Layout, Beschaltung und Leitungsführung ab. Die im Datenblatt empfohlene externe EMV-Beschaltung sollte daher berücksichtigt werden.
6. Konstruktive Hinweise aus der Praxis
Das Datenblatt verweist auf externe Komponenten wie Filterelemente und Schutzbeschaltung. Dazu können je nach Anwendung beispielsweise gehören:
- Pi-Filter
- MOVs
- TVS-Dioden
- Gleichtaktdrosseln
Solche Elemente sind relevant, um EMV- und Schutzanforderungen im konkreten Endgerät zu unterstützen. Entscheidend ist dabei immer das Zusammenspiel zwischen Modul, Layout und Systemumgebung.
7. Vergleich mit konventionellen Stromversorgungslösungen
Im Vergleich zu größeren, gekapselten Netzteilen oder externen Adaptern können AC/DC Print-Module in bestimmten Anwendungen Vorteile bieten:
- geringer Platzbedarf durch direkte Leiterplattenintegration
- kürzere Niederspannungswege im dezentralen Aufbau
- weniger Verdrahtungsaufwand in kompakten Geräten
- modulare Systemarchitektur für verteilte Anwendungen
Ob diese Lösung wirtschaftlich und technisch sinnvoll ist, hängt jedoch von der jeweiligen Gerätearchitektur ab.
8. Hinweise zu Montage und Thermik
Die Module sind als Through-Hole-Bauteile ausgeführt und lassen sich in geeigneten Fertigungsprozessen verarbeiten. Das Datenblatt nennt hierfür unter anderem Parameter für den Lötprozess.
Für die Integration sollten insbesondere beachtet werden:
- empfohlene Leiterplattenabstände
- ausreichende Kupferflächen zur Wärmeabfuhr
- Einhaltung der Derating-Vorgaben
- Positionierung im Luftstrom bzw. im Gehäuse
Eine sorgfältige thermische und elektrische Auslegung bleibt trotz kompakter Bauform erforderlich.
9. Anwendungsbeispiel: Dynamische Kennzeichnung in der Fertigung
In Fertigungsumgebungen mit E-Paper-Displays oder elektronischen Kennzeichnungseinheiten kann eine dezentrale Versorgung direkt an der Anzeige sinnvoll sein. Statt eine separate Niederspannungsverteilung über längere Strecken aufzubauen, wird das Modul lokal integriert und aus der vorhandenen AC-Infrastruktur gespeist.
Ein solcher Ansatz kann die Verdrahtung vereinfachen und die Integration verteilter Anzeigepunkte unterstützen. Die konkrete Systemleistung hängt jedoch von Anwendung, Lastprofil und Umgebungsbedingungen ab.
10. Entwicklungstendenzen bei AC/DC Print-Modulen
Mit zunehmender Vernetzung industrieller Systeme steigt auch der Bedarf an kompakten, leistungsfähigen Stromversorgungslösungen. Mögliche Entwicklungstendenzen in diesem Bereich sind:
- weitere Miniaturisierung
- höhere Integration von Schutz- und Filterfunktionen
- Anpassung an neue Energiearchitekturen mit DC-Verteilung
- zusätzliche Diagnose- oder Monitoring-Funktionen
Welche dieser Entwicklungen sich in konkreten Produkten durchsetzen, bleibt anwendungs- und marktabhängig.
11. Häufig gestellte Fragen
Können die Module mit 50 Hz und 60 Hz betrieben werden?
Ja. Laut Datenblatt unterstützen sie 47–63 Hz und sind damit für beide Netzfrequenzen geeignet.
Ist eine externe Sicherung erforderlich?
Ja. Laut Datenblatt ist eine träge 1-A-Sicherung vorgesehen.
Gibt es eine Mindestlast?
Das Datenblatt nennt eine Mindestlast von 0 %. Bei sehr niedriger Last kann die Restwelligkeit oberhalb der Spezifikation liegen.
Sind die Module für den Außeneinsatz geeignet?
Das Modul selbst ist nicht wasserdicht. Ein Außeneinsatz setzt daher eine geeignete Gehäuse- und Schutzkonzeption voraus.
12. Fazit
AC/DC Print-Module wie die Serie TPS-AWS10/1523S sind eine kompakte Lösung für die dezentrale AC/DC-Wandlung in industriellen Anwendungen. Sie verbinden Leiterplattenintegration mit einem weiten Eingangsspannungsbereich, galvanischer Trennung und relevanten Schutzfunktionen.
Damit eignen sie sich insbesondere für Industrie-4.0-Anwendungen, in denen kompakte, verteilte Elektronik zuverlässig versorgt werden muss. Für die Praxis entscheidend bleiben jedoch stets die konkrete Systemauslegung, die externe Beschaltung sowie die thermische und EMV-gerechte Integration.
Weitere technische Details sollten direkt dem jeweiligen Datenblatt und den Applikationshinweisen entnommen werden.
