In Produktionsstraßen der Automobilindustrie oder bei Prozessen in der chemischen Industrie ist eine hohe Anlagenverfügbarkeit besonders wichtig, um Ausfälle zu vermeiden und wirtschaftlichen Schaden abzuwenden. Zum Einsatz kommen deshalb zwei oder mehrere parallel geschaltete Stromversorgungen, wovon ein Netzgerät ausfallen darf, ohne dass es zu Einbußen bei der Gesamtlast kommt. Herkömmliche Netzgeräte sind zur gegenseitigen Entkopplung mittels Dioden- oder Redundanzmodulen parallelzuschalten. Im Gegensatz dazu lassen sich die Geräte der Protop-Serie direkt parallelschalten. Die integrierte O-Ring-MOSFET-Technologie entkoppelt die Geräte zuverlässig. Die Technologie ist vergleichbar mit verlustarmen, idealen Dioden.
Das größte Risiko beim direkten Parallelschalten von Netzgeräten stellen die Elektrolyt-Kondensatoren zum Glätten der Ausgangsspannung dar. Da der Elektrolyt austrocknen kann, unterliegen die Kapazitäten einem Verschleiß. Bei sachgemäßem Einsatz taucht dieses Problem selten auf, denn die Hersteller hochwertiger Netzgeräte legen die verwendeten Komponenten mit einer angemessenen Sicherheitsreserve aus. Bei übermäßiger Erwärmung sinkt jedoch die Lebenserwartung der Kondensatoren. Das Risiko besteht nun darin, dass ein Netzgerät einfach ausfällt, während das parallel geschaltete Gerät die Versorgung aufrechterhält. Ein defekter Elektrolytkondensator kann den Ausgang aber kurzschließen, sodass die Versorgungsspannung zusammenbricht. Klassischerweise wird dies durch eine Diodenschaltung verhindert. Sie schützt nicht nur bei einem gefährlichen Kurzschluss gegen Masse, sondern auch vor Rückströmen. Ein Rückstrom tritt immer dann auf, wenn die Spannung einer Stromversorgung erheblich unter den Wert der anderen sinkt und eine ungleiche Stromaufteilung resultiert.
Die Diodenschaltung kann als separates Modul ausgeführt sein. Eine Schutzschaltung mittels O-Ring-Diode ist üblich und kostengünstig, weist aber einige Nachteile auf. Zum einen ist sie mit einer deutlichen Verlustleistung behaftet. Zum anderen sind in diesen Modulen keine besonderen Überwachungseinrichtungen zur kurzgeschlossenen oder offenen O-Ring-Diode enthalten. Insgesamt wird also die Anlagenverfügbarkeit erhöht, die Schutzfunktion ist aber nicht einfach zu überwachen und wird mit einem höheren Energieverbrauch erkauft. In den Stromversorgungen der Protop-Serie setzt Weidmüller deshalb integrierte MOSFET-Komponenten (Metall-Oxid-Silizium-Feldeffekttransistoren) ein.
Effizienz und Versorgungssicherheit
MOSFET-Controller überwachen die Spannungszustände vor und hinter dem O-Ring. Im Falle einer Rückspeisung, eines Spannungseinbruchs bzw. internen Kurzschlusses wird der interne Gleichrichter vom Lastausgang getrennt. Die Leistungsverluste von MOSFETs betragen nur etwa 10 %. Zudem sparen die integrierten O-Ring-MOSFETs Platz, da keine separaten Redundanzmodule benötigt werden. Der Betriebsmodus – Einzelgerät oder Parallelschaltung – wird per DIP-Schalter gewählt. Im Single-Mode verhält sich das Gerät wie ein herkömmliches Netzteil mit IU-Kennlinie. Im Parallel-Mode wird die Spannung vom lastfreien Betrieb bis zu Nennlast um 1 VDC abgesenkt.
