AutomationTDK-Lambda Genesys+™: Stromversorgung - Welche Lüfter-Kühlung ist besser?
Auch wenn die Wirkungsgrade neuer Netzteil-Designs mittlerweile routinemäßig im Bereich von 94 bis 95 % liegen, geht der Trend nach höheren Leistungsdichten weiter. Die Lüfter-Kühlung ist eine Möglichkeit, die Gesamtgröße des Produkts für mittlere bis hohe Leistungsanforderungen zu reduzieren. Soll aber der Lüfter die Luft in das Netzteil hineinblasen oder absaugen? Dies hängt von mehreren Faktoren ab. Der Stromversorgungsexperte TDK-Lambda gibt dazu eine Übersicht.
Vogelperspektive eines typischen Produktes mit entfernter Abdeckung zeigt die Lage der Kondensatoren und des Lüfters. Da sich bei diesem Netzteil die Ein- und Ausgangsanschlüsse für den Zugang zur Systemverkabelung auf der linken Seite (Front) befinden, befindet sich der Lüfter auf der rechten Seite (Rückseite).
Bei Produkten, die in ein Rack montiert werden, wie den programmierbaren Genesys+™-Netzteilen von TDK-Lambda, wird der Luftstrom durch die Vorderseite angesaugt und auf der Rückseite abgeführt. Dadurch wird die bestmögliche Kühlung dieser Produkte gewährleistet, die Leistung des Gesamtsystems optimiert und die Belastung des Bedieners durch heiße Abluft vermieden.
Bei Einbaustromversorgungen kann die Richtung des Luftstroms davon abhängen, in welche Richtung die Systemluft geleitet wird. Wenn die Luft des Netzteils in die entgegengesetzte Richtung zu den Lüftern größerer Systeme strömt, kann der Luftstrom aufgrund des Systemdrucks drastisch reduziert werden und eine Überhitzung verursachen.
Eine weitere Überlegung ist, wo der Lüfter in einem Netzteil positioniert wird. Die Lebensdauer eines Elektrolytkondensators beispielsweise ist extrem wärmeabhängig. Ein Temperaturanstieg des Kondensators um 10° C halbiert seine Lebensdauer, daher muss kühle Luft entsprechend geleitet werden.
Ventilator, der Luft ausbläst (Absaugung) – der Ventilator bläst die heiße Luft nach außen.
Plus- und Minuspunkte für Ventilatoren, die Luft ausblasen
Wie bei jeder Konstruktion gibt es Vor- und Nachteile. Bei einem Ventilator, der Luft ausbläst (Absaugung) erreicht man die Vorteile, dass zum einen die kühle Luft über die Ausgangskondensatoren angesaugt wird und dadurch die Bauteile kühl bleiben und ihre Lebensdauer verbessert wird. Außerdem ist die Geschwindigkeit der in die Stromversorgung eintretenden Luft geringer als die Austrittsgeschwindigkeit. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Querschnittsfläche des Eingangs doppelt so groß ist wie die des Ausgangs. Zudem zieht Luft mit niedrigerer Geschwindigkeit weniger häufig Verunreinigungen wie Staub und Schmutz von außen an, was die Lebensdauer des Produkts beeinträchtigen könnte.
Die Nachteile ergeben sich dadurch, dass die Eingangskondensatoren wärmere Luft erhalten, was aber mit einer Luftleitblende und Perforationen in der Abdeckung gemildert werden kann. Im Allgemeinen sind die Eingangskondensatoren jedoch weniger empfindlich als die Ausgangsfilterkondensatoren. Allerdings kann ein Luftstrom mit höherer Geschwindigkeit nicht einfach auf heiße Gegenstände, wie z. B. Magnete, gerichtet werden. Ein weiterer Nachteil findet sich auch darin, dass heiße Luft über die Lüfter-Lager gezogen wird, was die Lebensdauer des Lüfters beeinträchtigen könnte. Wenn die Lüfter-Drehzahl in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur gesteuert wird, würde auch dies abgeschwächt werden. Es können aber auch Lüfter höherer Qualität oder höherer Temperatur verwendet werden.
Lüfter der kühle Luft einbläst – der Lüfter bläst Luft in das Gerät.
Vor- und Nachteile von Lüftern, die kühle Luft einblasen
Lüfter, die kühle Luft einblasen, punkten durch ihre gekühlte Luft, die über die Lüfter-Lager gezogen wird – das erhöht die Lüfter-Lebensdauer. Auch erzeugt schnell bewegte kühle Luft einen Gegendruck und kann somit auf heiße Bereiche, wie z. B. magnetische Komponenten, gerichtet werden, wodurch die Gesamtleistung der Stromversorgung erhöht werden kann.
Nachteilig wirkt sich allerdings in dieser Applikation aus, dass die Ausgangskondensatoren heißer werden können. Eine Lösung dafür ist, dass man größere Kondensatoren verwendet, die eine geringere Eigenerwärmung haben und deshalb kühler bleiben.
Ein weiteres Manko ist, dass mehr Schmutz in die Stromversorgung gezogen wird. Last but not least, bieten viele Lüfter gekühlte Netzteile in den Datenblättern als "Reverse Fan"-Optionen an. Hintergrund dazu ist, dass wegen der reduzierten thermischen Leistung innerhalb des Netzteils und der durch den Lüfter strömenden erwärmten Luft eine Leistungsreduzierung vorgenommen werden muss.
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