Wir sind AEconversion, Ihre Spezialisten für individuelle Stromversorgungslösungen. Unser Unternehmen hat sich auf die Entwicklung und Herstellung maßgeschneiderter Systeme spezialisiert, die genau auf Ihre spezifischen Anforderungen zugeschnitten sind. Dabei entwickeln wir auch das passende Kühlkonzept für Ihre Stromversorgung, um optimale Leistung und Langlebigkeit zu gewährleisten. Mit unserer langjährigen Erfahrung und unserem Engagement für höchste Qualität bieten wir Ihnen innovative und zuverlässige Lösungen, die Ihren höchsten Ansprüchen gerecht werden. Entdecken Sie, wie unsere durchdachten Ansätze zur Kühlung und unsere maßgeschneiderten Stromversorgungen Ihre Projekte voranbringen können.
Die Kühlung von Stromversorgungen ist ein wesentlicher Faktor, der nicht nur die Effizienz, sondern auch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit dieser Geräte maßgeblich beeinflusst. Da Stromversorgungen immer kompakter und funktionsreicher werden, stellt das Wärmemanagement eine zunehmende Herausforderung dar. Ein effektives thermisches Design sowie eine geeignete Wärmeabfuhr sind entscheidend, um eine hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten und das Risiko von Überhitzung und Ausfällen zu minimieren.
Mit der fortschreitenden Miniaturisierung und den steigenden Anforderungen an Stromversorgungen erhöht sich zwangsläufig auch die Anforderung an das Thermokonzept. Hersteller investieren daher viel Zeit und Ressourcen in die Optimierung der Wärmeabfuhr, um die Betriebssicherheit zu maximieren und Ausfälle zu vermeiden. Dies erfordert ein tiefes Verständnis der verschiedenen Kühlmethoden, ihrer spezifischen Vor- und Nachteile sowie ihrer Anwendung in unterschiedlichen Szenarien.
Die Konvektionskühlung nutzt die natürliche Luftzirkulation zur Wärmeabfuhr. Diese Methode ist relativ einfach und wartungsarm, jedoch in ihrer Effizienz begrenzt. Sie eignet sich vor allem für Anwendungen mit niedriger bis mittlerer Leistungsdichte, bei denen die Wärmeentwicklung moderat ist und keine extremen Temperaturanstiege zu erwarten sind. Die natürliche Konvektion beruht darauf, dass warme Luft aufsteigt und kühle Luft nachströmt, wodurch ein stetiger Luftstrom entsteht, der die Abwärme vom Gerät wegführt. Bei stärkerer Hitzeentwicklung wird oft zu Lüftern gegriffen. Die Stromversorgung mit AC- und DC-Eingang und mehreren Ausgängen auf der Referenzseite ist ein Beispiel für eine unserer Entwicklungen mit Konvektionskühlung.
Lüfter werden häufig eingesetzt, da sie leicht zu integrieren und zu warten sind. Sie bieten eine hohe Kühlleistung und sind in verschiedenen Größen und Leistungsstufen erhältlich. Die Dimensionierung und Positionierung der Lüfter ist entscheidend für ihre Effektivität. Ein gut platzierter Lüfter kann die Wärmeabfuhr erheblich verbessern, indem er die Luft direkt über die heißesten Komponenten leitet und so Hotspots verhindert. Zudem sind Lüfter relativ günstig und einfach zu ersetzen, was sie zu einer praktischen Wahl für viele Anwendungen macht. Auf unserer Referenzseite ist zum Beispiel der Ultra-effiziente Batterielader 2kW ein Beispielprojekt mit Lüfter.
Neben der Geräuschentwicklung, die in ruhigen Umgebungen störend sein kann, können Lüfter auch Staub und Feuchtigkeit ins Gerät ziehen. Dies führt zu Verschmutzung und möglichen Ausfällen der Stromversorgungseinheit. Zudem muss der Systemwiderstand überwunden werden, was die Auswahl des richtigen Lüfters erschwert. Ein Lüfter muss nicht nur ausreichend Luft bewegen können, sondern auch in der Lage sein, den durch die Gehäusearchitektur entstehenden Widerstand zu überwinden. Dies erfordert eine genaue Berechnung und Auswahl, um sicherzustellen, dass der Lüfter die erforderliche Leistung erbringt.
Die Kontaktkühlung leitet die Abwärme direkt über eine thermisch optimierte Grundplatte ab. Diese Methode vermeidet die typischen Probleme von Lüftern und bietet eine geräuschlose Kühloption. Sie ist besonders effizient, wenn es darum geht, die Wärme von den kritischen Komponenten der Stromversorgung abzuleiten.
Bei der Kontaktkühlung wird die Stromversorgung thermisch an eine metallische Gehäusewand oder einen Kühlkörper gekoppelt. Dadurch wird die Wärme effizient abgeführt, ohne dass ein aktiver Lüfter benötigt wird. Diese Methode eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen Geräuschentwicklung und Verschmutzung ein Problem darstellen könnten. Die Grundplatte, oft aus Aluminium oder Kupfer, sorgt für eine gleichmäßige Wärmeverteilung und ermöglicht eine effektive Wärmeabfuhr. In einigen Fällen kann die Kontaktkühlung auch mit einer Lüfterkühlung kombiniert werden, um die Effizienz weiter zu steigern. Hierbei sorgt die Grundplatte für die primäre Wärmeabfuhr, während der Lüfter zusätzliche Luftzirkulation erzeugt und die Abwärme schneller verteilt, was besonders in Hochleistungsanwendungen von Vorteil sein kann.
Kontaktgekühlte Netzteile sind ideal für Anwendungen in geräuschempfindlichen Umgebungen, wie z.B. in medizinischen Geräten oder in der Heimautomation, wo Stille entscheidend ist. Sie bieten eine lange Lebensdauer, da keine beweglichen Teile vorhanden sind, die verschleißen könnten. Zudem reduzieren sie den Wartungsaufwand und -kosten, da keine Lüfter gereinigt oder ersetzt werden müssen. Die Stromversorgung 130 W für die Gebäudetechnik auf der Referenzseite ist ein Beispiel für eine unserer Entwicklungen mit Kontaktkühlung.
Die Kontaktkühlung hat einige Nachteile. Eine ungleichmäßige Kontaktfläche zwischen den zu kühlenden Objekten und den Kühlkörpern kann die Effizienz der Wärmeübertragung erheblich verringern. Zudem erfordert die Kontaktkühlung unter Umständen regelmäßige Wartung, falls Verschmutzungen oder Oxidation auftreten und die Leistung beeinträchtigen können. Der notwendige mechanische Druck zur effektiven Wärmeübertragung kann zu Beschädigungen der Komponenten führen und stellt somit eine weitere Herausforderung dar.
Ein weiterer Nachteil ist die begrenzte Kühlleistung bei sehr hohen Wärmelasten, wodurch zusätzliche Kühlmethoden erforderlich sein können. Schließlich können thermische Übergangswiderstände an den Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Materialien die Effizienz der Wärmeübertragung beeinträchtigen, was zusätzliche Design- und Materialüberlegungen erfordert.
Die Flüssigkeitskühlung nutzt ein flüssiges Kühlmedium zur Wärmeabfuhr und ist besonders effektiv für Anwendungen mit hoher Leistungsdichte. Sie bietet eine höhere Wärmeleitfähigkeit und ermöglicht eine kompaktere Bauweise der Kühlkörper, was besonders in beengten Umgebungen von Vorteil ist.
Durch den Einsatz eines flüssigen Kühlmediums kann die Wärme effizient abgeführt werden. Der thermische Widerstand zwischen Kühlkörper und Kühlmedium ist geringer als bei der Luftkühlung, was zu einer verbesserten Wärmeleitung führt. In einem geschlossenen Kreislauf wird das Kühlmittel durch das System gepumpt. Es fließt durch Kanäle und Kühlkörper, nimmt dabei die Wärme von den heißen Komponenten auf und transportiert sie zu einem externen Wärmetauscher. Im Wärmetauscher wird die Wärme an die Umgebungsluft oder an ein anderes Medium abgegeben. Der abgekühlte Flüssigkeitsstrom kehrt anschließend zum Kreislauf zurück, um erneut Wärme aufzunehmen. Dieser Prozess erfordert eine Pumpe, die den Kühlmittelkreislauf antreibt, sowie Schläuche oder Rohre, die das Kühlmittel zwischen den verschiedenen Komponenten transportieren.
Flüssigkeitskühlung wird häufig in der Elektromobilität und bei Hochleistungsanwendungen eingesetzt, wie z.B. in Rechenzentren oder industriellen Maschinen, wo große Mengen an Wärme schnell und effizient abgeführt werden müssen. Sie ermöglicht eine höhere Leistungsdichte und reduziert die Größe der benötigten Kühlkörper. Zudem kann die Flüssigkeitskühlung zur Senkung der Energiekosten und des CO2-Footprints beitragen, da sie effizienter arbeitet und weniger Energie benötigt als herkömmliche Luftkühlungssysteme. Wir haben ein System mit Flüssigkeitskühlung für eine Stromversorgung mit einer Leistung von 12kW entwickelt, die in hoher Stückzahl parallel in Rechenzentren in Racks zum Einsatz kommen.
Obwohl die Flüssigkeitskühlung viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Nachteile, die berücksichtigt werden müssen. Einer der Hauptnachteile ist die höhere Komplexität des Systems. Eine Flüssigkeitskühlung erfordert eine sorgfältige Planung und Installation, da sie aus mehreren Komponenten wie Pumpen, Schläuchen, Wärmetauschern und Kühlkörpern besteht. Diese Komponenten müssen präzise aufeinander abgestimmt sein, um eine effiziente Kühlung zu gewährleisten. Zudem erfordert die Flüssigkeitskühlung regelmäßige Wartung, um die Funktionstüchtigkeit der Pumpe sicherzustellen und das Kühlmittel nachzufüllen oder zu wechseln.
Ein weiterer Nachteil ist das potenzielle Risiko von Lecks. Da das Kühlmedium flüssig ist, können undichte Stellen in den Schläuchen oder Verbindungen zu Flüssigkeitsaustritt führen, was nicht nur die Kühlleistung beeinträchtigen, sondern auch Schäden an den elektronischen Komponenten verursachen kann. Zudem sind die Kosten für die Installation und Wartung eines Flüssigkeitskühlsystems höher als bei Luftkühlungslösungen, was insbesondere bei kleineren Budgets ein entscheidender Faktor sein kann.
Die Betriebstemperatur einer Stromversorgung hat einen direkten Einfluss auf ihre Leistung und Lebensdauer. Bei höheren Temperaturen kann es zu einer Leistungsreduzierung (Temperatur-Derating) kommen, um Überhitzung zu vermeiden. Daher ist es entscheidend, dass die maximal zulässige Betriebstemperatur nicht überschritten wird, um die Zuverlässigkeit und Effizienz der Stromversorgung zu gewährleisten.
Die Bestimmung des benötigten Volumenstroms für die Kühlung basiert auf der Verlustleistung der Stromversorgung und der maximal zulässigen Temperaturdifferenz. Ein geeignet dimensionierter Lüfter muss den erforderlichen Luftstrom liefern, um die Abwärme effizient abzuführen. Die Formel zur Berechnung des Volumenstroms berücksichtigt mehrere Faktoren, darunter die Verlustleistung, die Temperaturdifferenz und spezifische Korrekturfaktoren, die je nach Anwendung variieren können. Die allgemeine Formel lautet:
Hierbei steht:
ṁ für den Massenstrom.
V für den Volumenstrom.
g für die Dichte von Luft.
c für die spezifische Wärme Luft
𝑃 für die Verlustleistung der Stromversorgung in Watt (W),
Δ𝑇 für die Temperaturdifferenz.
Nehmen wir an, wir haben eine Anwendung mit einer Verlustleistung von 115 Watt und einer maximalen Zulufttemperatur von 33°C. Die maximale zulässige Temperatur im Gehäuse beträgt 48°C, was eine Temperaturdifferenz (Δ𝑇) von 15 K ergibt. Die Dichte von Luft beträgt 1,225 kg/m³. Die spezifische Wärme Luft (c) beträgt 1,005 kJ/kg ⋅ K.
Die Berechnung des Volumenstroms erfolgt wie folgt:
Dieser Volumenstrom von 0,373 m³/Min ist erforderlich, um die Abwärme effizient abzuführen. In der Praxis ist es wichtig, den tatsächlichen Volumenstrom zu überprüfen, da dieser von weiteren Faktoren wie dem Systemwiderstand, der Packungsdichte der Komponenten und der Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms abhängt. Ein Lüfter muss daher nicht nur ausreichend Luft bewegen, sondern auch in der Lage sein, den durch die Gehäusearchitektur entstehenden Widerstand zu überwinden.
Die Lebensdauer elektronischer Komponenten, insbesondere von Elektrolytkondensatoren, ist stark temperaturabhängig. Eine Erhöhung der Betriebstemperatur um 10°C kann die Lebensdauer der Komponenten halbieren. Daher ist es wichtig, die Betriebstemperaturen möglichst niedrig zu halten. Durch eine sorgfältige Planung und das richtige Temperaturmanagement kann die Lebensdauer der Stromversorgungseinheiten erheblich verlängert werden.
Um die Betriebstemperaturen zu kontrollieren, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Dazu gehören die Verwendung von hochwertigen Kühlkörpern, die Optimierung der Luftzirkulation im Gehäuse und der Einsatz von Temperaturüberwachungssystemen. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, die Temperatur im sicheren Bereich zu halten und die Effizienz der Stromversorgung zu maximieren.
Einige Netzteile können sowohl mit reiner Konvektionskühlung als auch mit aktiver Kühlung betrieben werden. Bei reiner Konvektionskühlung ist die Leistung oft reduziert, da die natürliche Luftzirkulation weniger Wärme abführen kann als ein aktiver Kühlmechanismus. Im Gegensatz dazu ermöglicht die aktive Kühlung, dass die volle Nennleistung des Netzteils genutzt werden kann, da die forcierte Luftzirkulation oder andere Kühlmethoden effizienter Wärme abführen. Diese Flexibilität erlaubt den Einsatz in verschiedenen Anwendungen und Umgebungen, je nach den spezifischen Anforderungen an die Kühlung und Leistung des Netzteils.
Die Montageposition kann die Leistung der Kühlung beeinflussen. Für eine optimale Kühlung sollte die Einbaulage gemäß den Empfehlungen des Herstellers erfolgen. Bei abweichender Montageposition muss die Temperatur an kritischen Komponenten überwacht werden, um sicherzustellen, dass keine Überhitzung auftritt. Eine falsche Montageposition kann zu einem Wärmestau führen und die Effizienz der Kühlung erheblich beeinträchtigen.
Wir geben Ihnen genaue Empfehlungen zur Dimensionierung und Positionierung von Lüftern, um eine ausreichende Kühlung und die Entnahme der maximalen Leistung zu gewährleisten. Eine sorgfältige Beachtung der Strömungsrichtung und des Volumenstroms kann die Kühlleistung optimieren und die Lebensdauer der Stromversorgung verlängern.
Wärmeleitmaterialien (Thermal Interface Materials, TIMs) füllen mikroskopisch kleine Hohlräume zwischen zwei Oberflächen und verbessern die Wärmeleitfähigkeit. Sie sind entscheidend für die effiziente Wärmeübertragung in einem Kühlsystem. Ohne geeignete Wärmeleitmaterialien würde die Wärmeübertragung ineffizient sein, was zu Überhitzung und potenziellen Ausfällen führen könnte.
Es gibt verschiedene Typen von Wärmeleitmaterialien, die jeweils spezifische Eigenschaften und Anwendungsbereiche haben:
Jedes Wärmeleitmaterial hat spezifische Vor- und Nachteile. Wärmeleitfolien sind einfach zu verwenden und bieten konsistente Ergebnisse, während Pasten flexibler, aber schwieriger zu handhaben sind. Klebstoffe bieten Haftung, sind jedoch oft klebrig und schwer zu verarbeiten. Phasenwechselmaterialien sind effizient, aber teurer.
Bei AEconversion arbeiten wir eng mit Ihnen zusammen, um das optimale Wärmeleitmaterial für Ihre spezifischen Anwendungen zu finden. Die Auswahl des richtigen Materials hängt stark von den individuellen Anforderungen und Einsatzbedingungen ab. Für Anwendungen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Flexibilität erfordern, können Wärmeleitpasten die beste Wahl sein. Wenn hingegen eine saubere und wiederholbare Anwendung im Vordergrund steht, sind Wärmeleitfolien ideal. Mit unserer Expertise und Ihrem speziellen Anwendungswissen finden wir gemeinsam die beste Lösung, um die Effizienz und Zuverlässigkeit Ihrer Kühlung erheblich zu verbessern.
Bei AEconversion bieten wir umfassende Unterstützung bei der Auswahl geeigneter Stromversorgungen und Kühllösungen. Unser erfahrenes Team berät Sie zu den besten Komponenten und hilft Ihnen, leistungsstarke und langlebige Lösungen zu finden. Diese individuelle Beratung ist besonders wichtig, da die richtige Auswahl von Stromversorgung und Kühlungslösung entscheidend für die Effizienz und Zuverlässigkeit Ihres gesamten Systems ist. Der beste Beitrag zum Thermokonzept: Wirkungsgrad des Geräts erhöhen, und damit die Verlustleistung reduzieren. Dies erreichen wir über optimierte Architekturen incl. projektspezifischer magnetischer Komponenten.
Wir bei AEconversion bieten ein breites Portfolio an hochwertigen AC/DC- und DC/DC-Stromversorgungen sowie weiteren Produkten. Unser Entwicklungsteam arbeitet eng mit Ihnen zusammen, um die bestmöglichen Lösungen für Ihre spezifischen Anwendungen zu finden. Dank unserer intensiven Zusammenarbeit mit führenden Komponentenherstellern und unserer fundierten Fachkenntnis entwickeln wir maßgeschneiderte Lösungen, die genau auf Ihre Anforderungen abgestimmt sind.
Interessiert an unseren maßgeschneiderten Stromversorgungslösungen? Kontaktieren Sie uns noch heute und lassen Sie uns gemeinsam die ideale Lösung für Ihre Anforderungen entwickeln. Bei uns sind wir stolz darauf, innovative und zuverlässige Stromversorgungssysteme zu liefern, die den höchsten Standards entsprechen und Ihnen helfen, Ihre Ziele zu erreichen.
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