Fit and Forget: RACM1200-V, eine kompakte lüfterlose 1200W AC/DC-Stromversorgung

Das AC/DC-Designteam atmet tief durch, nimmt seine Bleistifte (oder heutzutage eher Eingabestifte) in die Hand und beginnt mit der Abwägung der vielleicht Tausenden von Designentscheidungen, die getroffen werden müssen. Diese stehen oft im Widerspruch zueinander und betreffen verschiedene Disziplinen – von der Schaltungstheorie über Sicherheit, EMV, Magnetik, Mechanik, Kühlung, Ästhetik bis hin zur Normenkonformität und mehr.

Moderne Designs auf diesem Leistungsniveau enthalten stets ein digitales Element mit eingebetteter Firmware, sodass Programmierkenntnisse ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt sind. Dies ist oft dringend erforderlich, und das Produktmanagement kann Spezifikationen ändern, sodass auch das Projektmanagement zu den wesentlichen Disziplinen zählt.

Nachdem wir hoffentlich etwas Sympathie für die AC/DC-Produktentwickler geweckt haben, betrachten wir nun die RECOM RACM1200-V Serie (Abbildung 1) als ein Beispiel dafür, wie erfolgreich all diese Anforderungen umgesetzt wurden und wie das Produkt durch jüngste Upgrades weiter verbessert wurde. Dieses AC/DC-Modul arbeitet mit einer Universalspannung von 80–264VAC und bietet einen einzelnen 24V-, 36V- oder 48V-Ausgang mit breitem Einstellbereich bei 1kW Dauerleistung und einem typischen Wirkungsgrad von 95%.

Die Größe des RACM1200-V mit 228x 96,2x 40mm (9x 3,8x 1,57 Zoll) erfüllt bereits ein zentrales Kriterium. Sie stellt eine der höchsten Leistungsdichten auf dem Markt dar und passt in ein Standard-1U-Rack (1U = 1,75 Zoll). AC-Eingang und DC-Ausgang befinden sich an gegenüberliegenden Enden, was bequeme Anschlüsse und ein effizientes internes Layout ermöglicht. Die Baugröße muss jedoch stets im Verhältnis zur für die Nennleistung erforderlichen Kühlung betrachtet werden.

Bei typischen Anwendungen für diese Produkte ist ein interner Lüfter aus Wartungs- und Geräuschgründen unerwünscht, sodass das Produkt für eigenständige Kühlung, Kaltwandkühlung und Zwangsluftkühlung ausgelegt ist. Obwohl es sich um typische 1kW-Anwendungen handelt, deutet die Artikelnummer darauf hin, dass 1200W als Spitzenleistung für definierte Zeiträume oder kontinuierlich mit einem moderaten Luftstrom von 2,5m/s verfügbar sind – bei einer maximalen Grundplattentemperatur von 85°C.

Um eine bestimmte Leistung zu erreichen, sind mehrere Kompromisse zu berücksichtigen: Umgebungs- und Kaltwandtemperaturen, Luftstrom, AC-Eingangsspannung und die Dauer der Spitzenleistung. RECOM stellt im Produktdatenblatt einen umfassenden Leitfaden zu den möglichen Betriebsbedingungen bereit. Ein Parameter, der in vielen Spezifikationen fehlt, ist die zulässige Wiederholungsrate für Spitzenlasten – also die notwendige Abkühlzeit, damit die Temperaturen bei mehreren aufeinanderfolgenden Belastungsspitzen nicht unkontrolliert ansteigen. RECOM gibt hierzu eine detaillierte Anleitung, wie in Abbildung 2 gezeigt.

Das RACM1200-V wurde mit Blick auf Vielseitigkeit entwickelt. Die mitgelieferten thermischen Daten ermöglichen es dem Benutzer, unter bestimmten Bedingungen die maximale Leistung aus dem Produkt herauszuholen und so den Einsatz eines teureren, größeren und leistungsstärkeren AC/DC-Wandlers zu vermeiden. Eine Überlastung des Produkts wird durch ein umfassendes Schutzsystem verhindert, das eine präzise Überstromerkennung, einen Konstantleistungsmodus für kleine Überlasten und schließlich eine Abschaltung im Stil eines „Hiccup Mode“ umfasst, die viermal durchläuft, bevor sie sich selbst verriegelt (Abbildung 3). Gleichzeitig sind ein Übertemperatur- und ein Ausgangsüberspannungsschutz aktiv.

Das Produkt bietet zusätzliche Flexibilität, da die Schutzstufen über die integrierte PMBus™-Schnittstelle einstellbar sind. Auch der Übertemperaturschutz verfügt über mehrere Stufen: eine „harte“ und sofortige Abschaltung durch die Erkennung der Primärschalter sowie eine „weichere“ Abschaltung durch die Erkennung von Ausgangskomponenten. In diesem Fall reagiert die Stromversorgung zunächst mit einer Reduzierung der Ausgangsleistung und setzt ein Warnflag, bevor sie sich bei weiterem Temperaturanstieg sicher abschaltet.

Die Firmware für die digitale Intelligenz des RACM1200-V wurde erheblich verbessert, sodass das Produkt den Strombedarf in Echtzeit effektiv überwachen und mit seinen Fähigkeiten abgleichen kann, basierend auf den gemessenen externen Bedingungen wie AC-Netzspannung und Temperatur an mehreren Punkten. Dadurch kann der Benutzer sicher sein, dass das Produkt nicht beschädigt oder überbeansprucht wird, was seine Lebensdauer verkürzen würde. Zur zusätzlichen Unterstützung wird ein Ausgang für die Lüftersteuerung des Endsystems bereitgestellt, dessen Geschwindigkeit und Status über ein integriertes Tacho-Signal überwacht werden können. Durch die temperaturgesteuerte Lüfterregelung werden sowohl Verlustleistung als auch Geräuschentwicklung minimiert.

Der PMBus bietet zusätzliche Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten, sodass der RACM1200-V in ein SCADA- (Supervisory Control and Data Acquisition) oder intelligentes Energiemanagementsystem integriert werden kann. Auch die schnelle und zuverlässige analoge Steuerung ist berücksichtigt: Remote Sense und On/Off stehen ebenso zur Verfügung wie ein ACOK-Signal zur Warnung nach einem Netzausfall, aber vor Ablauf der Überbrückungszeit. Ein PSU-GOOD-Signal zeigt an, dass der Ausgang innerhalb der Spezifikation liegt, und ein „immer eingeschalteter“ 5V-Standby-Ausgang bei 1A verfügt über eine 1,5kV-Isolierung vom Hauptausgang. Der bereits erwähnte Lüfterausgang kann auf „Aus“ oder auf eine Spannung zwischen 5V und 12V bei 1A eingestellt werden. Zur visuellen Rückmeldung signalisiert eine RGB-LED sieben verschiedene Zustände der Stromversorgung mit einer Kombination aus kontinuierlichen, blinkenden und wechselnden Farben:


Dank der hochpräzisen Steuerung eignet sich das Produkt für eine Vielzahl von Lasttypen. Motoren mit hohem Einschaltstrom profitieren beispielsweise von der integrierten Konstantstrom-Charakteristik. Eine weitere typische Anwendung ist das Laden von Batterien. Blei-Säure-Batterien sind nach wie vor weit verbreitet und werden mit konstantem Strom und konstanter Spannung geladen – eine Anforderung, die sich mit der Steuerungsfunktion des RACM1200-V umsetzen lässt. Wer mehr Leistung benötigt, kann bis zu drei Geräte parallel schalten. Die Lastverteilung erfolgt über die „Droop“-Methode, wodurch jeder Ausgang einen gleichmäßigen Stromanteil übernimmt.