Power Management

Seit mehr als 100 Jahren fokusieren wir uns auf zwei elektrische Grössen - Stromstärke und Spannung. Zunächst ging es darum, stabile Stromversorgungen zu liefern, die die Versorgung elektrischer Lasten sicherstellte. Mit wachsender zentralisierter Stromerzeugung und komplexeren Stromverteilungssystemen für kommerzielle und industrielle Zwecke wuchsen auch die Gründe für Messung und Überwachung. Bei gewerblichen wie privaten Verbrauchern stieg das Interesse am eigenen Stromverbrauch (Watt) und der Effektivität (Leistungsfaktor).
Vor den 1980er Jahren waren alle Stromzähler elektromechanische (analoge) Geräte, die zur Messung grundlegende elektromagnetische Prinzipien nutzen. Dies änderte sich mit dem Einsatz von Mikroprozessor-Systemen.
Mikroprozessoren fanden ihren Weg in fast alle Bereiche und wurden zu alltäglichen Komponenten des digitalen Zeitalters. Bezogen auf Power Management fanden Mikroprozessoren früh ihren Einsatz in Elektrizitätszählern und im Schaltkreisschutz. Die Vorteile waren enorm: Ein digitales Messgerät konnte leicht mehrere analoge Messgeräte ersetzen. Der Wechsel von analogen zu digitalen Geräten brachte in den 1990 und 2000er Jahren ein grosses Wachstum; das momentane Wachstum ist auf intelligente Anwendungen zurückzuführen. Heutzutage erwarten Kunden genaue und aktuelle Daten zur schnellen Entscheidungsfindung und Maximierung von Produktivität und Energieeffizienz. Im Laufe dieses Artikels werfen wir noch einen Blick auf zwei Hauptbereiche der Stromversorgung - Linearnetzteile und Schaltnetzteile (SNT). Zunächst aber betrachten wir Embedded Lösungen, die die Entwicklung von Stromversorungen vereinfachen sollen.

Embedded Lösungen

Von Power-Management ICs bis hin zu eigenständigen Netzteilen stehen eine Reihe von Lösungen zur Verfügung. 
Der Einsatz von PMICs vereinfacht erheblich die Entwicklung von Netzteilen und reicht von einfachen Spannungs- oder Schaltreglern bis hin zu komplexeren PMIC-Geräten mit mehreren Funktionen, einschliesslich Leistungsumwandlung, Überwachung und Power-Sequencing. Komplett integrierte Lösungen stehen in Form von Embedded Netzteilen zur Verfügung. Diese bieten eine Komplettlösung zur direkten Integration in Geräte mit Linear- sowie SMPS-Optionen für Single Rail oder Multi Rail Anwendungen.

DC/DC-Wandler

DC/DC-Wandler bieten eine einfache Lösung, bei der Gleichstrom zur Verfügung steht. Sie sind in sich geschlossen, Leiterplatten-montierbar - bei einer Nennleistung von bis zu etwa 200 W.

Level VI Standard für externe Netzteile

Anfangs des 21. Jahrhunderts nutzten viele Systeme und Geräte Stromversorgungen ohne Abschalt-Funktion, so dass auch weiterhin Strom verbraucht wurde, auch wenn das Gerät oder System inaktiv war.  Netzteile können leicht 1 W verbrauchen, was mit steigender Anzahl der Geräte zu einer massiven Energieverschwendung führt. Aus diesem Grund gerieten Entwickler von externen Netzgeräten zunehmend unter Druck, die Energieeffizienz zu erhöhen. Entwickler bemühen sich nun, die strengsten Normen zu erfüllen, um auch weiterhin international wettbewerbsfähig zu bleiben.

Erfahren Sie mehr über Level VI-Standards für die Stromversorgung in unserem DesignSpark-Artikel.

Lineare- und Schaltnetzteile

Im Diagramm unten zeigen wir 2 Hauptbereiche der Stromversorgung: Linear- und Schaltnetzteile. 
Hinsichtlich des Einsatzes gilt es wichtige Faktoren zu berücksichtigen:

• Ihre spezifischen Anforderungen an Leistung, Schutz, Geräuschpegel und Einschwingzeit
• Sicherheit und elektromagnetische Verträglichkeit
• Effizienz-Anforderungen
• Relevante Industriestandards und Gesetze betreffend der oben genannten Punkte, inklusive (aber nicht beschränkt auf): EMV-Richtlinien, CE, TÜV, FCC- und UL-Zertifizierung

Linearnetzteile und Spannungsregler

Linearnetzteile sind technisch recht einfach aufgebaut und reparabel. Bezüglich heutiger moderner 
Energieeffizienzanforderungen können sie als etwas veraltet betrachtet werden, sind aber kaum störanfällig. Spannungsregler stabilisieren die Betriebsspannung der Eingangsspannung. Eine konstante und stabile Ausgangsspannung ist für viele Anwendungen dringend notwending, Netzspannungen kommen aber aus verschiedenen Energiequellen und können daher variieren. 

Schaltnetzteile

Im Vergleich zu linearen Netzteilen sind Schaltnetzteile kleiner, leichter, preiswerter und effizienter. Allerdings sind sie auch komplexer aufgebaut und wegen des Schaltbetriebs mit hohen Frequenzen anfällig hinsichtlich des EMV-Verhaltens.

Steckverbinder in Stromversorgungen

Alle elektrisch angetriebenen Systeme sind auf sichere und zuverlässige Methoden der Stromversorgung angewisen. Damit wird die Wahl der passenden Steckverbinder zum wesentlichen Bestandteil der Entwicklung. Von der einfachen Klemme bis zum schweren Industrie-Stecker gewährleistet die grosse Auswahl an Steckverbindern von RS Sicherheit für jede Anwendung.