Hocheffiziente DIN-Schienen-Netzteile für energieoptimierte Anwendungen

Warum der Wirkungsgrad bei DIN-Schienen-Netzteilen relevant ist

In einem industriellen Schaltschrank werden Umwandlungsverluste als Wärme abgeführt. Diese Verlustleistung trägt zur Erwärmung im Schaltschrank bei und kann sich auf Kühlbedarf, Derating und Gesamtenergieverbrauch auswirken.

Ein hocheffizientes DIN-Schienen-Netzteil wandelt einen größeren Anteil der aufgenommenen Leistung in nutzbare DC-Ausgangsleistung um und reduziert dadurch die als Wärme auftretenden Verluste. Je nach Aufbau des Schaltschranks kann dies die thermische Belastung verringern und das Wärmemanagement vereinfachen.

Ein Netzteil mit einem Wirkungsgrad von 80–85 % setzt beispielsweise einen größeren Anteil der aufgenommenen Leistung in Wärme um als ein Gerät mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90 %. Ausgewählte Modelle der TPS-DR Series erreichen – abhängig vom jeweiligen Modell und Betriebspunkt – Wirkungsgrade von bis zu 93 %.

Der Wirkungsgrad sollte deshalb nicht isoliert betrachtet werden, sondern zusammen mit Lastprofil, Umgebungstemperatur, Gehäusekonzept, benötigter Ausgangsleistung und den vorhandenen Kühlmöglichkeiten.

Technische Merkmale der TPS-DR Series

Die TPS-DR Series arbeitet mit einer resonanten LLC-Topologie, die auf eine effiziente Leistungswandlung ausgelegt ist. Je nach Modell gehören unter anderem folgende Merkmale dazu:

• Kompakte Bauform für die DIN-Schiene: Ausgewählte 30-W-Modelle sind nur etwa 23 mm breit und können dadurch Einbauraum im Schaltschrank einsparen.
• Elektrische Isolation: Ausgewählte Modelle verfügen über eine verstärkte Isolierung mit einer Spannungsfestigkeit von 4.000 V AC.
• Aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC): Bei entsprechenden Modellen verfügbar, um Eingangsstromoberschwingungen zu reduzieren und die Einhaltung relevanter Anforderungen wie EN 61000-3-2 zu unterstützen.
• Weiter Eingangsspannungsbereich: Ausgewählte Varianten unterstützen 85–264 V AC beziehungsweise 120–370 V DC und können damit in unterschiedlichen Versorgungsnetzen eingesetzt werden.
• Geringe Verlustleistung: Ein höherer Umwandlungswirkungsgrad reduziert die internen Leistungsverluste gegenüber weniger effizienten Ausführungen.

Die für eine konkrete Anwendung erforderlichen Sicherheits-, EMV-, Isolations- und Zulassungsanforderungen sollten stets anhand des Datenblatts und der Zertifizierungsunterlagen des jeweiligen Modells geprüft werden.

Leistungsklassen und Ausgangsspannungen

Das Produktspektrum der TPS-DR Series umfasst gängige industrielle Ausgangsspannungen wie 12 V und 24 V sowie verschiedene Leistungsklassen für unterschiedliche Lastanforderungen.

Zu den verfügbaren Modellen gehören:

• DIN-Schienen-Netzteil 24 V / 10 W für Verbraucher mit geringer Leistungsaufnahme, beispielsweise Sensoren und kompakte Steuerungen.
• DIN-Schienen-Netzteil 24 V / 30 W für Anwendungen wie SPS, HMIs und kleinere I/O-Systeme.
• DIN-Schienen-Netzteil 24 V / 60 W für Automatisierungsanwendungen mit mittlerem Leistungsbedarf.
• DIN-Schienen-Netzteil 24 V / 100 W für größere Steuerungssysteme oder mehrere angeschlossene Verbraucher.
• 12-V-Varianten: 10 W, 30 W, 60 W und 100 W.
• Modelle für höhere Leistungsanforderungen umfassen 100 W / 12 V und 100 W / 24 V mit einer angegebenen Spitzenleistung von bis zu 150 W für bis zu 4 s.
• Das DIN-Schienen-Netzteil 150 W / 12 V ist für Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf vorgesehen.

Bei der Auswahl der Leistungsklasse sollte nicht nur die kontinuierliche Last berücksichtigt werden. Ebenso relevant sind transiente Betriebszustände wie Motoranlaufströme, das Laden kapazitiver Lasten und kurzzeitige Leistungsspitzen.

Für Anwendungen mit erhöhtem temporärem Leistungsbedarf bietet die TPS100-DR+ Series zusätzliche kurzzeitige Leistungsreserven. Zulässige Dauer und Betriebsbedingungen sollten anhand der jeweiligen Produktdokumentation geprüft werden.

Verlustleistung und thermische Integration

Der Wirkungsgrad eines Netzteils wirkt sich unmittelbar auf die thermischen Verluste aus. Bei gleicher Ausgangsleistung gibt ein effizienterer Wandler weniger Verlustleistung als Wärme an seine Umgebung ab.

Ausgewählte TPS-DR-Modelle erreichen Wirkungsgrade von bis zu 93 %. Gegenüber weniger effizienten Ausführungen kann dies die Wärmeentwicklung reduzieren und – abhängig vom Gesamtdesign – kompaktere Schaltschrankkonzepte oder einen geringeren Kühlbedarf unterstützen.

Zu den thermisch relevanten Eigenschaften zählen:

• natürliche Konvektionskühlung bei dafür ausgelegten Modellen;
• geringere Umwandlungsverluste bei höherem Wirkungsgrad;
• kompakte Gehäuseabmessungen für Anwendungen mit begrenztem Einbauraum;
• modellspezifisches Derating in Abhängigkeit von Umgebungstemperatur und Last.

Ein 100-W-Netzteil mit einer Verlustleistung von weniger als 5 W führt beispielsweise deutlich weniger Wärme in einen Schaltschrank ein als ein vergleichbares Gerät mit wesentlich höheren Umwandlungsverlusten.

Eine kompakte Installation ersetzt jedoch nicht die thermische Auslegung. Benachbarte Komponenten, Schaltschranktemperatur, Einbaulage, Abstände und Lastprofil sollten bei der thermischen Bewertung berücksichtigt werden.

Der Leitfaden zur Installation und Verdrahtung von DIN-Schienen-Netzteilen enthält zusätzliche Hinweise zu Montage, Abständen und Luftzirkulation.

PFC, SELV, EMV und internationale Anforderungen

Bei Geräten und Anlagen für internationale Märkte sollte die Auswahl der Stromversorgung auch die Normen, Zulassungen und Konformitätsanforderungen des vollständigen Endprodukts berücksichtigen.

Abhängig vom jeweiligen Modell der TPS-DR Series können folgende Eigenschaften und Zulassungen relevant sein:

• Aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC) gemäß den jeweils anwendbaren Anforderungen, beispielsweise EN 61000-3-2.
• SELV-Ausgangseigenschaften entsprechend der anwendbaren Sicherheitsnorm und der jeweiligen Modellkonfiguration.
• Sicherheitsbewertung auf Grundlage von Normen wie IEC 62368-1.
• Zulassungen für industrielle Steuerungseinrichtungen wie UL 508, sofern für das jeweilige Modell vorhanden.
• Verstärkte Isolierung mit einer Spannungsfestigkeit von bis zu 4.000 V AC bei entsprechend spezifizierten Varianten.
• EMV-Bewertung nach anwendbaren Normen wie CISPR 32 / EN 55032.
• CE-Kennzeichnung sowie RoHS- und UKCA-Konformität beziehungsweise -Kennzeichnung, soweit jeweils anwendbar.

Da sich Zulassungen und Konformitätsmerkmale zwischen einzelnen Modellen und Varianten unterscheiden können, sollte der jeweilige Status vor der Spezifikation für ein Projekt anhand des aktuellen Datenblatts, der Konformitätserklärungen und der zugehörigen Zulassungsunterlagen geprüft werden.

Ein Netzteil mit den für die Anwendung erforderlichen Zulassungen kann die Dokumentation auf Komponentenebene während der Systementwicklung vereinfachen. Die Konformität der vollständigen Maschine oder Anlage hängt jedoch weiterhin vom Gesamtdesign und den jeweils geltenden regulatorischen Anforderungen ab.

Typische Einsatzbereiche

Die Kombination aus kompakten Abmessungen, industriellen DC-Ausgangsspannungen und hohem Umwandlungswirkungsgrad macht die TPS-DR Series für verschiedene Steuerungs- und Automatisierungsanwendungen geeignet.

Typische Einsatzbereiche sind:

• Industrielle Automatisierung: SPS, HMIs, I/O-Module, Sensoren und Steuerungselektronik. Für Anwendungen mit höheren Anforderungen siehe auch die TPS PRO Series.
• Gebäudeautomation: HVAC-Steuerungen, Zutrittskontrollsysteme, Beleuchtungssteuerungen und Gebäudemanagementsysteme.
• Test- und Messtechnik: Hilfsversorgung für Messgeräte, Prüfaufbauten und automatisierte Testsysteme.
• Embedded- und Steuerungssysteme: 12-V- und 24-V-Versorgungsschienen für Industrieelektronik.
• Erneuerbare Energien und Monitoring-Systeme: Steuerungs-, Kommunikations- und Überwachungstechnik, bei der eine Montage auf der DIN-Schiene erforderlich ist.

Bei Anwendungen mit besonderen sicherheitstechnischen Anforderungen, beispielsweise in medizinischen Geräten, müssen die konkrete Netzteilvariante und die erforderlichen Zulassungen separat bewertet werden. Medizinische Anwendungen erfordern in der Regel anwendungsspezifische Dokumentation und Sicherheitszulassungen, die nicht von einem Standard-Industrienetzteil abgeleitet werden sollten.

Installationshinweise für den Schaltschrankbau

Eine fachgerechte mechanische und elektrische Installation ist für thermisches Verhalten, EMV-Eigenschaften und Wartungsfreundlichkeit von Bedeutung.

Bei der Integration eines hocheffizienten DIN-Schienen-Netzteils sollten insbesondere folgende Punkte berücksichtigt werden:

• Das Netzteil auf der spezifizierten DIN-Schiene, beispielsweise TS35, mit dem dafür vorgesehenen Befestigungsmechanismus montieren.
• Die in der Produktdokumentation angegebenen Mindestabstände einhalten, um die natürliche Konvektion zu unterstützen.
• Leiterquerschnitte entsprechend Laststrom, Verlegeart, geltenden Normen und Klemmenspezifikation dimensionieren.
• Anschlussklemmen mit dem vom Hersteller vorgegebenen Drehmoment anziehen.
• AC-Eingangs- und DC-Ausgangsleitungen so führen, dass unerwünschte elektromagnetische Kopplungen begrenzt werden.
• Den Einschaltstrom bei der Auswahl vorgeschalteter Schutzorgane berücksichtigen.
• Transiente und kurzzeitige Spitzenlasten getrennt von der kontinuierlichen Ausgangsleistung bewerten.
• Die angegebene Derating-Kennlinie in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur beachten.
• Anforderungen an Schutzleiteranschluss und Erdung für das jeweilige Modell prüfen.

Bei kurzzeitig erhöhtem Leistungsbedarf, beispielsweise beim Start von Motoren oder beim Laden kapazitiver Lasten, kann ein Modell mit definierter Power-Boost-Funktion eine unnötige Überdimensionierung vermeiden. Zulässiger Spitzenstrom, Dauer, Wiederholrate und thermische Randbedingungen sollten im Datenblatt geprüft werden.

Weitere Hinweise enthält der Leitfaden zur Installation und Verdrahtung von DIN-Schienen-Netzteilen.

RFQ-Checkliste für den technischen Einkauf

Eine technisch vollständige Anfrage erleichtert es Entwicklungs- und Einkaufsteams, eine geeignete Netzteilvariante zu identifizieren, ohne unnötige Rückfragen.

Soweit verfügbar, sollten folgende Angaben enthalten sein:

• erforderliche Ausgangsspannung;
• kontinuierlicher Ausgangsstrom beziehungsweise Ausgangsleistung;
• erforderlicher Spitzenstrom beziehungsweise Spitzenleistungsbedarf;
• Dauer und Häufigkeit von Spitzenlasten;
• erforderlicher Eingangsspannungsbereich;
• Umgebungstemperaturbereich im Betrieb;
• Gehäuseart und zu erwartende thermische Randbedingungen;
• verfügbarer Einbauraum auf der DIN-Schiene;
• erforderliche Sicherheits- und EMV-Zulassungen;
• besondere Anforderungen an Isolation oder SELV;
• erwartete Jahres- beziehungsweise Projektstückzahl;
• gewünschter Liefertermin beziehungsweise Lieferzeitraum.

Produktinformationen und verfügbare Modelle finden Sie in der Kategorie DIN-Schienen-Netzteile.

Häufig gestellte Fragen

Welchen Wirkungsgrad erreicht die TPS-DR Series?

Der Wirkungsgrad hängt vom jeweiligen Modell, der Eingangsspannung und dem Betriebspunkt ab. Ausgewählte Modelle der TPS-DR Series erreichen Wirkungsgrade von bis zu 93 %. Die relevante Wirkungsgradkennlinie beziehungsweise die Daten für den jeweiligen Betriebspunkt sollten im modellspezifischen Datenblatt geprüft werden.

Können TPS-DR-Netzteile parallel betrieben werden?

Ob ein Parallelbetrieb möglich ist, hängt vom jeweiligen Modell ab. Bei Modellen, die einen Parallelbetrieb unterstützen, sollten die erforderliche Verschaltung und gegebenenfalls notwendige externe Komponenten entsprechend der Herstellerdokumentation ausgeführt werden.

Bei Redundanzkonzepten sollte die gesamte Stromversorgungsarchitektur auf Systemebene bewertet werden. Dazu gehören unter anderem Stromaufteilung, OR-ing, Schutzkonzept und Verhalten im Fehlerfall.

Sind Varianten für medizinische Anwendungen verfügbar?

Medizinische Anwendungen erfordern Netzteile mit einer für das jeweilige Gerät geeigneten Sicherheitsarchitektur und den erforderlichen Zertifizierungen.

Sofern entsprechende medizinische TPS-Netzteilvarianten verfügbar sind, sollten Merkmale wie 2 MOPP, Ableitstrom und IEC-60601-1-Konformität für das konkrete Modell vor der Spezifikation geprüft werden.

Welche Spitzenleistung ist verfügbar?

Die mögliche Spitzenleistung ist modellspezifisch. Ausgewählte Produkte können für kurze Zeit eine Ausgangsleistung oberhalb ihrer kontinuierlichen Nennleistung bereitstellen.

So bieten spezifizierte 100-W-Modelle beispielsweise bis zu 150 W für bis zu 4 s. Die TPS100-DR+ Series ist für Anwendungen mit höherem temporärem Leistungsbedarf ausgelegt.

Zulässige Spitzenleistung, Dauer, Wiederholrate und Betriebstemperaturbedingungen sollten grundsätzlich im jeweiligen Datenblatt geprüft werden.

Erfüllen diese Netzteile ErP-Anforderungen?

Welche Ökodesign-Anforderungen gelten, hängt von Produktkategorie und Anwendung ab. Sofern ErP- oder andere Energieeffizienzanforderungen relevant sind, sollte die Konformität anhand der Dokumentation des konkreten Netzteilmodells und der für das Endgerät geltenden Anforderungen geprüft werden.

Wie kann ich ein Angebot für größere Stückzahlen anfordern?

Für eine technische Anfrage sollten Ausgangsspannung, kontinuierliche und kurzzeitige Last, Umgebungsbedingungen, benötigte Zulassungen, Stückzahl und gewünschter Lieferzeitraum angegeben werden.

Aktuelle Produktinformationen und Preise finden Sie im TPS-Sortiment für DIN-Schienen-Netzteile.