Hermann Püthe, Geschäftsführende Gesellschafter von Inpotron.

Bild: Inpotron

Kundenspezifische Stromversorgung „Immer innovativ - aber nicht auf Kosten der Kunden“

29.08.2019

Mit modernen, auf den jeweiligen Anwendungsfall maßgeschneiderten Produkten verfolgt das badische Elektronikunternehmen Inpotron Schaltnetzteile eine kundenzentrierte Strategie im Bau von Stromversorgungen. Welche technologischen Perspektiven und Herausforderungen dieses Geschäft hat, erläutert der Geschäftsführende Gesellschafter Hermann Püthe.

Bezieht Inpotron Technologien wie Gallium-Nitrid (GaN) oder Siliziumcarbid (SiC) in seine Entwicklungen ein?

Natürlich untersuchen wir die Einsatzmöglichkeit von Wide Bandgap-Bauteilen für unsere Stromversorgungslösungen. 600 V SiC Dioden in PFC-Schaltungen für CCM sind heute Stand der Technik. SiC-Transistoren sind zwar mittlerweile durchaus verfügbar und für bestimmte Anwendungen im Kilowatt-Bereich sinnvoll, jedoch ist es im Leistungsbereich unserer Netzteile von 1 Watt bis ca. 1 Kilowatt technologisch und kommerziell bisher vernünftiger, Superjunction-MOSFETs zu verwenden, denn deren Weiterentwicklung bleibt schließlich auch nicht stehen.

Welche Vorteile bieten SiC und GaN aus Ihrer Sicht?

SiC-Transistoren zeichnen sich durch eine sehr hohe Spannungsfestigkeit aus. Dies prädestiniert die Bauteile für dreiphasige Anwendungen, zum Beispiel Solar-Umrichter, was allerdings gegenwärtig nicht zu unserem Portfolio gehört. Ein weiterer Vorteil von SiC ist die deutlich geringere Drift des Innenwiderstandes über die Temperatur gegenüber Superjunction-MOSFETs. SiC und GaN sind aufgrund ihrer geringen Eigenkapazitäten optimal für den Einsatz bei hohen Schaltfrequenzen. Durch ihre sehr hohe thermische Zerstörungsgrenze sind die Bauteile, rein von den technologischen Fähigkeiten des Halbleiters, stark überlastfähig. Die Gehäuse und Anschlussmaterialien begrenzen indessen die Nutzung dieser Fähigkeiten im Moment noch. Diesen Vorteilen stehen allerdings auch einige gravierende Nachteile gegenüber, wie die aufwendige, aber zwingend erforderliche präzise Ansteuerung. Das nur sehr kleine Fenster der Gate-Spannung für den optimalen Betriebspunkt und, daraus resultierend, die Gefahr der Zerstörung bei auch nur leicht überhöhter Ansteuerspannung stellen ebenfalls einen Nachteil dar. Zudem sind noch keine Informationen zur Robustheit in industriellen Applikationen über viele Jahre hinweg verfügbar. Die schnellen Schaltflanken sind auch nicht immer ideal. Ein Stromversorgungsentwickler muss deswegen beim Einsatz von SiC- und GaN-Bauteilen vom Leistungselektroniker zum HF-Spezialisten mutieren, um die EMV-Aussendungen im Griff zu behalten. Aber wir wollen nicht jammern, die neuen Bauteile bieten mehr Chancen als Risiken, es muss nur sinnvoll zur Applikation passen.

In welchen Anwendungsfällen lohnt sich der finanzielle Mehraufwand für solche Bauteile?

Es hilft nur eine TCO-Betrachtung, natürlich auch unter Abwägung der Vorteile, die mir ein solches, vergleichsweise teures Bauteil zum Beispiel beim Kühlkonzept beschert. Einen Kostenvorteil bieten diese Bauelemente sicherlich im Leistungsbereich größer 3-5 Kilowatt; zum Teil auch für dreiphasige Netzteile.

Wie sieht mittelfristig die Perspektive für den Einsatz dieser Bauteile aus, berücksichtigt man die wahrscheinliche Preisentwicklung für solche Bauteile, die sicherlich in Richtung günstigerer Beschaffungspreise gehen wird? Und welche neuen Anwendungsfälle werden dadurch in das Spektrum der Anwendungen rücken, wie schätzen Sie den zeitlichen Horizont hierfür ein?

Die Preise für Wide-Bandgap–Transistoren sind zwar gesunken, jedoch wehren sich auch die bisherigen „Platzhalter“ mit technologischen Verbesserungen bei deutlichem kommerziellem Vorteil. Es geht eher darum einen technologischen Sprung zu wagen und die Schaltfrequenzen im MHz-Bereich zu nutzen. Hierzu gibt es noch vieles zu erforschen und natürlich auch Chancen und Risiken abzuwägen. Für die nächsten fünf Jahre sehe ich noch viel Forschungsarbeit vor uns liegen. Wir wollen und werden nicht die ersten sein, die sich auf dem Rücken der Kunden in ein Abenteuer stürzen werden. Natürlich immer gerne innovativ und technologisch weit vorne, aber auch mit dem konservativen Ansatz des Bewährten.

Welche schaltungstechnischen innovativen Komponenten finden sich in Inpotrons „Werkzeugkasten“? Für welche Anwendungsfälle empfehlen sich solche Komponenten?

Der Trend zu steuerbaren LED-Treibern für ein breites Anwendungsspektrum von Leuchten in Bereichen wie Pflanzenwachstum, Ambiente-Beleuchtung, Szenendarstellungen bis zu Leuchten mit komplettem Farbspektrum geht weiter voran. Hier dominiert der Softwareaufwand schon deutlich die Hardware. Gesteuert über DALI, DMX, WiFi oder sonstige Schnittstellen, wird der LED-Treiber zum Rechner mit angehängter Leistungselektronik. Weitere Innovationen, die aktuell bei Inpotron umgesetzt werden, sind digital gesteuerte LPS-Produkte, redundante Lösungen, smarte Stromversorgungen für die Gebäudesystemtechnik, Kleinleistungs-Netzteile im 5-Watt-Bereich mit Wirkungsgraden nahe 90 Prozent, Automotive-Ladegeräte mit ultraweitem Versorgungsspannungsbereich, und Bridgeless PFC für die Niedervolt-AC Versorgung.

Digital gesteuerte Schaltnetzteile sind ein viel diskutierter Trend. Was hat der Kunde davon?

Für die Anwender erschließt sich mit der digitalen Steuermöglichkeit von beispielsweise DIN-Rail-Netzteilen eine höhere Flexibilität. Der Hersteller kann ein standardisiertes Produkt fertigen, und erst kurz vor Auslieferung erfolgt die gewünschte Kunden-Konfiguration über eine digitalisierte Eingabe. Auch die Steuerbarkeit kann neue Möglichkeiten bieten; dies ist insbesondere für LED-Treiber erkennbar und dort wird auch ein entsprechender Nutzen geschaffen. Redundante Stromversorgungen erhöhen die Betriebssicherheit. Sie werden – je nach Lastbedarf - optimiert digital überwacht und gesteuert. Statusinformationen über einen digitalen Bus aus dem Netzteil zum Kunden setzen wir schon seit über 20 Jahren um. Die Möglichkeiten diese Informationen detaillierter auszuwerten und gegebenenfalls darüber eine Prozesskette zu steuern erhöhen für die Kunden den Nutzen im Sinne von Industrie 4.0.

Der Einsatz elektronischer Geräte in sicherheitsrelevanten Umgebungen wie Medizintechnik, Industriesteuerungen oder Fahrzeugelektronik rückt die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ins Schlaglicht. Wie geht Inpotron dieses Thema an?

Sicherheit und EMV gehören, neben den rein funktionellen Gesichtspunkten, zu den meist diskutierten Anforderungen. Wir versuchen unsere Lösung im Sinne eines optimalen Kundennutzens zu entwickeln. So sehen wir uns in der Verpflichtung, nicht nur das Netzteil zu entstören, sondern auch die Störphänomene der Kundenelektronik mit einzubeziehen und entsprechend die Filter und deren Anordnungen zu gestalten. Dazu gehört auch das Gehäusedesign. Unser Anspruch geht dahin, dass der Kunde kein zusätzliches Filter in seiner Applikation benötigen sollte. Entsprechendes gilt für die Störfestigkeit. Der Wunsch nach maximaler Systemverfügbarkeit bei gleichzeitig sinkender Stabilität der Versorgungsnetze macht uns das nicht leichter. Aber das ist gerade eben das Schöne an unserer Tätigkeit: Es bleibt auch in Zukunft spannend und herausfordernd.

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