Vom Ladegerät für das Smartphone über das Netzteil des Laptops oder der Waschmaschine bis zu LED-Leuchten oder der Ladestation für E-Autos – bei der Stromversorgung von Elektrogeräten sind Schaltnetzteile allgegenwärtig. Sie wandeln den Wechselstrom aus der Hausleitung in den vom Gerät benötigten Gleichstrom um. Das Problem: Die Netzteile sind fehleranfällig, was auch die Lebensdauer der Endgeräte verkürzt. Forscherinnen und Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben jetzt ein deutlich langlebigeres Netzteil entwickelt.
Die heute verbreiteten Schaltnetzteile sind leicht und kompakt, wegen der darin verbauten Elektrolytkondensatoren aber auch fehleranfällig. Wesentlich langlebiger wären Folienkondensatoren. Diese brauchen aber bis zu zehnmal mehr Platz. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Lichttechnischen Instituts (LTI) am KIT haben jetzt ein digitales Regelungsverfahren entwickelt, welches es erlaubt, Folienkondensatoren einzusetzen – bei nur leicht gesteigertem Platzbedarf.
Das Regelungsverfahren, das auf einem im Netzteil eingebauten Mikroprozessor läuft, erkennt störende Umgebungseinflüsse, sodass beispielsweise höhere Spannungsschwankungen ausgeglichen werden können. Dadurch sind Speicherkondensatoren mit geringerer Kapazität ausreichend. Die Vorteile fasst Michael Heidinger vom LTI zusammen: „Die Verwendung dieser Folienkondensatoren eliminiert die Hauptausfallursache von Netzgeräten, die Elektrolytkondensatoren. Dies kann je nach Design die Betriebsdauer verdreifachen.“ Das Ergebnis sei ein viel geringerer Wartungsaufwand. „Ein großer Vorteil vor allem an Stellen, bei denen es auf höchste Zuverlässigkeit ankommt, wie in der Luftfahrt, bei Elektroautos oder industriellen Anwendungen.“
Möglich sei diese Technologie erst mit der Verbreitung von sehr leistungsstarken Mikroprozessoren geworden, erklärt Heidinger. „Man kann die Digitalisierung der Netzteile mit dem Technologiesprung von der analogen zur digitalen Fotografie vergleichen.“ Die Technologie bringt weitere Vorteile der Digitalisierung, wie die Fähigkeit zur Fernwartung und die damit verbundene Integration in das Internet of Things.
Die Forscherinnen und Forscher suchen jetzt Industriepartner, die basierend auf dem existierenden Prototypen für ihre Anwendung passende Netzteile konzipieren. Weitere Informationen auch in der Technologiebörse des KIT: https://www.kit-technology.de/de/technologieangebote/details/664/.
Details zum KIT-Zentrum Information · Systeme · Technologien (in englischer Sprache): http://www.kcist.kit.edu
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