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Eisenkernlose Netzteile

Kernlos und hochpräzise

10. April 2017, 15:19 Uhr | Michael Eckstein

Der Wandler GB350 liefert eine Leistung von 350 W. Für Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf können Wandler im Interleave-Mode parallelgeschaltet werden.

Für Anwendungen in starken Magnetfeldern hat Powerbox eine ferritkernlose Netzteiltechnologie entwickelt. Sie verhindert die induktive Sättigung bei der Energieübertragung.

Medizinische und industrielle Applikationen wie Magnetresonanztomographen (MRT) oder Teilchenbeschleuniger generieren starke magnetische Felder. Mit hochenergetischen Feldern induzieren sie Energie zum Aktivieren der Wasserstoffkerne in bildgebenden Verfahren oder zum Beschleunigen von Teilchen in Industrie und Forschung.

Moderne MRT-Systeme erzeugen in der Regel Magnetfelder mit einer Stärke von 1,5 bis 4 Tesla. Konventionelle Netzteile mit Ferritkernen können in einem solchen Umfeld nicht verwendet werden, weil der MRT-Magnet aufgrund der induktiven Sättigung die Energieübertragung stört. Um eine solche unerwünschte und daher parasitäre Sättigung zu verhindern, werden die Netzteile traditionell außerhalb des geschirmten Untersuchungsraumes untergebracht. Die langen Anschlussleitungen in Kombination mit den hohen Stromstärken lassen die elektrischen Verluste in die Höhe schnellen.
Zur Reduktion der Verluste und um eine hohe Strom- und Spannungsqualität für das Equipment sicherstellen zu können gehen Systemhersteller verstärkt dazu über, lokale Netzteile möglichst nahe an der Last zu verbauen. Konventionelle Ansätze bereiten jedoch die beschriebenen Probleme und lassen sich nicht ohne Weiteres einsetzen.

Abhilfe durch kernlose Wandler

Aufgrund dieser Anforderungen hat Powerbox ein Netzteil entwickelt, das auf einem kernlosen Abwärtswandler in Verbindung mit einer modernen Schaltstufe basiert. Ziel war es, einen hohen Wirkungsgrad und präzise geregelte Ausgangsspannungen unter allen Lastbedingungen garantieren zu können. Die Steuerung des »GB350« genannten Produkts übernimmt ein Prozessor. Dieser überwacht mit einer Firmware Schaltparameter wie die Totzeit und optimiert andere Parameter, etwa das Tastverhältnis oder die Ausgangscharakteristik.
Das Ergebnis: »Der Abwärtswandler GB350 ist die erste Baugruppe in seiner Kategorie, die auch in starken magnetischen Feldern von 2 bis 4 Tesla sicher arbeitet«, sagt Tomas Isaksson, Chief Technology Officer von Powerbox. Dabei bleibe die Lösung trotzdem flexibel. Wenn etwa ein Endgerätehersteller seine Lösung aufrüsten, verändern, verbessern oder ein Software-Update aufspielen möchte, kann der GB350-Mikrocontroller über ein digitales Interface mit der gewünschten Konfiguration versorgt werden. »Durch die Kombination von neuesten Technologien aus der digitalen Leistungselektronik und der ferritkernlosen Energieübertragung ist die Plattform GB350 ein wichtiger Baustein in unserer Powerbox Custom Power Solution Toolbox«, erklärt Isaksson. Vor dem Hintergrund von mehr als 3500 realisierten kundenspezifischen Projekten sei es sehr wichtig, sich auf ein bewährtes Portfolio an Plattformen verlassen zu können. »Das reduziert die Entwicklungszeiten signifikant, auch wenn es sich um besondere Anforderungen wie bei den Bildgebungsverfahren in der Medizintechnik handelt«, führt der Manager aus.

Flexibel anpassbare Plattform

Die GB350-Plattform liefert in ihrer Standardkonfiguration einen Nominalstrom von 50 A mit Ausgangsspannungen von 6, 8, 3,3 oder 1,6 V. Als Teil der Custom Power Solution Toolbox kann Powerbox auf Anfrage auch andere Ausgangsspannungen realisieren. Innerhalb des Magnetfeldes installierte elektronische Geräte erfordern häufig Leistungen über 350 W. Gleichzeitig müssen die Störpegel sehr gering sein. Mit der Schaltfrequenz von 600 kHz und einem 4-Phasen-Interleave-Modus ergibt sich für den GB350 eine Ausgangsfrequenz von 2,4 MHz. Das ermöglicht einfaches Filtern und schnelle Ausregelzeiten. Das Netzteil ist ausreichend geschirmt, um die Störstrahlung so weit wie möglich zu reduzieren. Laut Powerbox sind das GB350 und alle Produkte mit dieser Technik als Teil der Custom Power Solution Toolbox in Übereinstimmung mit den Spezifikationen des Endkunden getestet, verifiziert und qualifiziert.