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Der Durchflusswandler ist das älteste aller Konzepte für Netzteile, das frühere rein passive Netzteile bereits nach diesem Konzept arbeiteten. Überträgt man dieses Konzept 1:1 auf Schaltregler, ist der Aufwand sehr hoch. Es gibt viele Lösungen, um diesen Aufwand zu reduzieren. Im Vergleich zum sehr verbreiteten Sperrwandler ist der Schaltungsaufwand höher, die Eigenschaften in Bezug auf den Wirkungsgrad und die EMV sind aber besser.

Ob AC/DC oder DC/DC Wandlung, die wesentlichen Daten für den Anwender sind die Ausgangsparameter Spannung und Strom. Doch welche Hindernisse gilt es auf dem Parcours bis zur Serienreife zu überwinden? Häufig fehlt es an klarer Definition. Natürlich sind es die Varianz der Versorgungsspannung, der Temperaturbereich, die Genauigkeiten, mechanische Abmessungen, Normen und Gesetze. Darüber hinaus kann es durchaus eine dreistellige Größenordnung der einzelnen Produktanforderungen sein. Gerne möchte ich für die Teilnehmer etwas Licht in diesen Dschungel scheinen lassen und dabei auch einige Besonderheiten betrachten.

Eine Leiterplatte (PCB) wird oft nur als physisches Substrat betrachtet, auf dem Komponenten montiert und miteinander verbunden werden können, aber sie ist einen eigenständigen Bauteil.

In dieser Präsentation wird erläutert, wie sich die Leiterplatte auf die Leistung von Hochfrequenz-DC/DC-Wandlern auswirkt und wie wir die intrinsischen Eigenschaften nutzen können, um das Design zu verbessern und unsere Arbeit zu erleichtern, ohne die Schaltung zu ändern oder zusätzliche Komponenten hinzuzufügen.

Insbesondere wird gezeigt, wie man die Leiterplatte selbst nutzen kann, um Schaltgeräusche zu reduzieren, sodass die EMV-Grenzwerte ohne zusätzliche Kosten eingehalten werden können.

In der dynamischen und sich stetig entwickelnden Welt der Elektrotechnik stehen Ingenieure und Designer von Stromversorgungssystemen vor der Herausforderung, immer effizientere und flexiblere Lösungen zu finden. Dies hat zur Entstehung von hybriden DC/DC-Wandlern geführt, die eine innovative Vermischung von analoger Präzision und digitaler Vielseitigkeit darstellen. Im Fokus des Vortrages stehen die Konzepte Digitally Enhanced Power Analog (DEPA) und Core Independent Peripherals (CIPs).

Das DEPA-Konzept ist eine innovative Technologie, die es ermöglicht, analoge Schaltungstechnik durch den Einsatz eines Mikrocontrollers mit digitaler Steuerung und Überwachung zu ergänzen. Diese Symbiose ermöglicht eine entsprechende Flexibilität bei der Konfiguration und biete die Möglichkeit der Datenkommunikation. CIPs hingegen ermöglichen es, bestimmte Aufgaben durch integrierte Peripheriekomponenten auszuführen, was zu einer Verringerung der CPU-Belastung führt, sodass der Mikrocontroller für Aufgaben wie Datenverarbeitung oder Datenanalyse zur Verfügung steht. Im Vortrag werden die Vor- und Nachteile der hybriden DCDC-Wandler erläutert, sowie mögliche Anwendungen vorgestellt. Weiterhin erfolgt ein Ausblick über das Potenzial hybrider DC/DC-Wandler für zukünftige Anwendungen und es wird ein Blick auf die zukünftige Richtung und Entwicklungsmöglichkeiten in diesem vielversprechenden Feld geworfen.

Das Zeitalter der Industrialisierung weicht dem Kollaborationszeitalter: Deutsche Unternehmen können durch gezielte Zusammenarbeit große Potenziale gegenüber internationalen Wettbewerbern ausschöpfen. Um diese Chancen zu nutzen, müssen sie lernen, ihre Prioritäten klar zu setzen und sich zu fokussieren. Kollaboration entlang der gesamten Wertschöpfungskette verschafft ihnen einen entscheidenden Marktvorteil und verkürzt die Time-to-Market.

Externe Kollaboration: Der Erfolg liegt in der Zusammenarbeit über Unternehmensgrenzen hinweg. Unternehmen, die Ressourcen und Know-how mit Partnern teilen, entwickeln gemeinsam innovative Produkte. Dies stärkt die regionale Wirtschaft und senkt die Abhängigkeit von globalen Lieferketten.

Interne Kollaboration: Innerhalb einer Firma bieten kollaborative Ansätze enorme Möglichkeiten, mehr Wert zu liefern. Transparenz, klare Priorisierung und strategische Führung sind dabei essenziell. Eine kultursensible Organisationsentwicklung fördert eine neue Kultur des Verständnisses und der Zusammenarbeit. Diese Faktoren verbessern das Time-to-Market und steigern die Zufriedenheit der Mitarbeiter.

Durch die geschickte Kombination von externer und interner Zusammenarbeit werden Unternehmen zukunftsfähig und langfristig am Markt erfolgreich. Das Kollaborationszeitalter bietet die Grundlage für nachhaltiges Wachstum und Innovation.

Warum gehen Schalttransistoren bei Überspannung häufig kaputt, obwohl die Avalanche-Energie deutlich unterhalb des spezifizierten Wertes liegt? Erfahrungen aus der Praxis und Erklärungsversuche am Beispiel eines Sperrwandlers. 

Geklärt wird u.a.: Woher kommen die Überspannungen in der Leistungselektronik? Wie spezifizieren Mosfet-Hersteller die Avalanche-Energie im Datenblatt? Was ist der Unterschied zwischen der Avalanche-Energie Spezifikation und der Anwendung im Schaltnetzteil? Braucht man ein Dämpfungsglied? Wie misst man die Überspannung richtig? Wieviel Marge ist sinnvoll? 

Das Design und die Auswahl der in einem AC/DC-Netzteil verwendeten Komponenten hängen von mehreren Faktoren ab: der erforderlichen Leistung, den gewünschten Abmessungen, die erwartete Anwendung oder Anwendungsfall und natürlich den Zielkosten.

Was möglicherweise oft übersehen wird, sind die erforderlichen Sicherheits- und EMV-Standards, die für die erwartete Anwendung erforderlich sind. Dies ist wichtig, da zur Erfüllung der technischen Anforderungen möglicherweise Änderungen am Layout und an den Komponenten erforderlich sind. 

In dieser Präsentation wird am Beispiel eines kompakten AC/DC-Wandlers für die Medizintechnik untersucht, wie sich die Normen auf das Design und das Layout des Wandlers auswirken. Wie verändert eine technische Norm die Stückliste? Warum muss das PCB-Layout geändert werden, um die Konformitätsprüfung zu bestehen? Und welche Topologien oder Techniken müssen eingesetzt werden, um die EMV-Anforderungen zu erfüllen?

Aufgrund dieser physikalischen Änderungen am Design ist es unerlässlich, die erforderlichen Sicherheits- und EMV-Standards festzulegen, bevor das Projekt in die Prototypenphase geht.

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Die Potentiale von Gleichspannung liegen auf der Hand und wurden erfolgreich nachgewiesen. Lösungen mittels Gleichspannung in industriellen Applikation wurden in Kooperationsprojekten validiert, realisiert und für weitere Umsetzungen umfangreich spezifiziert. Durch die ODCA wurde par excellence sichergestellt diese Ergebnisse zu sicher und weiter zu tragen. Was uns antreibt, wie die Projektion in weitere Use Cases zur Verbreitung mit der ODCA gelingt und wie wir gemeinsam gestalten – dazu laden wir Sie ein.

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Heutzutage ist in unserer digitalisierten Welt überall verfügbare Elektrizität ein Grundbedürfnis. Geräte wie Telefone, Laptops und jetzt auch Ladegeräte für Elektrofahrzeuge sowie PV-Panel-Anschlüsse verwenden Gleichstrom (DC), während das Netz Strom in Wechselstrom (AC) verteilt. Diese Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom führt zu Leistungsverlusten und höheren Kosten.

Unser derzeitiges Stromnetz wird den massiven elektronischen Anforderungen des modernen Technologiezeitalters nicht mehr gerecht. Die Lösung sind skalierbare Gleichstromnetzarchitekturen wie DC Microgrids, die die Vorteile der Arbeit mit Gleichstrom und hybriden Systemen bieten.

Anhand von Projekten zum Laden von Elektrofahrzeugen in den Niederlanden und Frankreich werden die Herausforderungen der traditionellen Infrastruktur thematisiert und wie man sie mit Gleichstrom überwinden kann.

Im späten 19. Jahrhundert entbrannte der "Stromkrieg" zwischen Thomas Edison, einem Verfechter des Gleichstroms (DC), und Nikola Tesla sowie George Westinghouse, die den Wechselstrom (AC) unterstützten. AC setzte sich aufgrund seiner Effizienz bei der Übertragung von Strom über lange Distanzen durch. Der wesentliche Vorteil von AC lag in der einfachen Spannungsanpassung, die es kostengünstiger für den Ferntransport machte. Seitdem haben sich sowohl AC- als auch DC-Technologien erheblich weiterentwickelt und an Sicherheit und Effizienz gewonnen. In jüngerer Zeit erlebt DC durch den Aufstieg erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windkraft sowie durch die Verbreitung von Elektrofahrzeugen eine Renaissance. Die Open Direct Current Alliance (ODCA) fördert die Integration von DC in industrielle Energiesysteme, indem sie Standards setzt, Forschung unterstützt und Kooperationen zwischen führenden Unternehmen initiiert. Rittal trägt mit innovativen Produkten und Lösungen dazu bei, die Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zu verbessern und die wichtige Rolle von DC in der Zukunft der Energieversorgung zu stärken.

Die steigende Anzahl elektronischer Systeme in Kraftfahrzeugen hat zu einem deutlichen Anstieg des Strombedarfs geführt. Um die damit verbundenen Leitungsverluste bei 12-V-Bordnetzspannungen zu reduzieren, ist eine Umstellung auf 48-V-Systeme notwendig. Gleichzeitig erfordert der zunehmende Einsatz von künstlicher Intelligenz und die steigende Rechenleistung in Rechenzentren eine höhere Rackspannung von 48 V. In beiden Bereichen sind hocheffiziente DC/DC-Wandler mit großer Leistungsdichte entscheidend, um Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.

Bisherige Forschung konzentriert sich meist auf einzelne Aspekte der Effizienz oder Leistungsdichte von 48-V-DC/DC-Wandlern, ohne deren Zusammenspiel umfassend zu betrachten. Im Vortrag wird ein ganzheitlicher Ansatz vorgestellt, um ein optimales Gleichgewicht zwischen Effizienz und Leistungsdichte bei 48-V-DC/DC-Wandlern zu erreichen. Dazu wurde eine umfangreiche Studie zu realen Bauteilparametern und Topologien durchgeführt, um die Grundlage für das Design von hocheffizienten Wandlern zu schaffen. Ein innovatives Designframework wird vorgestellt, das parasitäre Effekte berücksichtigt und durch Messungen an einer Hardware-Implementierung validiert wird.

Das entwickelte Modell ermöglicht einen optimierten Entwurf von 48-V-DC/DC-Wandlern unter Berücksichtigung realer Bauteilparameter. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass hybride Switched-Capacitor-Wandler die besten Ergebnisse hinsichtlich Effizienz und Leistungsdichte liefern. Ein 9:1-Wandler von 48 V auf 5 V wurde für einen Ausgangsstrom von 20 A und eine Ausgangsleistung von 100 W bei hoher Leistungsdichte entwickelt. Der Wandler wurde erfolgreich in Hardware umgesetzt und validiert.

Digitalisierung und Elektrifizierung sind Wegbereiter für die Transformation zu einer nachhaltigen und klimaneutralen Wirtschaft und Gesellschaft. Digitale Produktpässe können bei richtiger Ausgestaltung – dezentral und sektorspezifisch – zu einem verbesserten Informationsfluss über den gesamten Produkt-Lebenszyklus beitragen. Die Einführung eines solchen Digitalen Produktpasses, wie er aktuell unter dem Gesetzesentwurf für die EU-Ökodesign-Verordnung diskutiert wird, sollte so ausgestaltet werden, dass die Bedürfnisse der gesamten Produktregulierung EU-weit einheitlich adressiert werden.

Der ZVEI hat mit dem Konzept „DPP 4.0 – Der Digitale Produktpass für Industrie 4.0“ für industrielle Anwendungen (B2B-Bereich) einen dezentralen Lösungsansatz für einen digitalen Produktpass auf Basis sog. Teilmodelle der Verwaltungsschale (IEC 63278-1) entwickelt und die Anwendbarkeit im Rahmen eines Pilotprojektes zum digitalen Typenschild erfolgreich demonstriert.

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EMV Filter sind ein integraler Teil aller Stromversorgungen und Motorsteuerungen. EMV Filter werden eingesetzt, um Störaussendungen zu minimieren und die Robustheit des Wandlers auf externen Signalen zu erhöhen.  Allerdings können EMV Filter auch unerwünschte Resonanzen im Versorgungssystem und Instabilitäten in den Steuerungen der Wandler verursachen. Diese Probleme sind besonders ausgeprägt in der Leistungselektronik in der Industrie- und Antriebstechnik, wo EMV Filter hohen harmonischen Strömen von elektrischen Motoren ausgesetzt sind und viele Wandler mit verschiedenen EMV Filter parallel von derselben Quelle versorgt werden.

In diesem Vortrag wird vorgestellt, warum EMV Filter Resonanzen und Instabilitäten verursachen können. Zudem werden klassische und neue Methoden präsentiert, um dieses unerwünschte Verhalten in EMV-Filtern zu unterbinden. Im besonderen Fokus steht die Auswahl der optimalen magnetischen Materialien für die EMV Filter.

Beschreibung folgt.

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