ACDC_USV - Entwicklung eines kompakten, thermisch optimierten AC/DC-USV-Netzteils für Mini-PCs

Projektbeschreibung

Das FuE-Kooperationsprojekt zwischen der Hochschule Kempten, der VRI GmbH und der spo­comm GmbH entwickelt ein kompaktes AC/DC-Netzteil mit USV-Funktion. Dabei soll eine modifizierte Flyback-Topologie zum Einsatz kommen. Zur Substitution von Elektrolytkondensatoren werden Blindströme über den angeschlossenen Batteriespeicher geführt, um die notwendige Kapazität zu verringern. Weiterhin soll durch eine komplexe Regelung Zero-Voltage-Swit­ching (ZVS) auf der Primärseite erreicht werden, um eine Wirkungsgraderhöhung zu erreichen. Auch eine Kommunikation via USB mit Speicher und Endgerät ist für optimale Performance vor­gesehen. Ein umfangreiches Kühlkonzept mit Metallgehäuse, modern designten Kühlrippen und Heatpipes, Oberflächenbeschichtung sowie Entlüftungsschlitzen sollen hohe Betriebstemperaturen ermöglichen. Anhand von durchzuführenden Performancemessungen wird ein geeig­neter Speichertyp und innovatives Batteriemanagementsystem speziell für das USV-Netzteil für den Mini-PC entwickelt.

Das Team der Hochschule Kempten übernimmt dabei die Entwicklung einer Topologie für ein AC/DC-USV-Netzteil durch Modifizierung der Flyback-Topologie. Außerdem entwickelt es eine Methode zur Kapazitätsverringerung im Schaltkreis und ein spezifiziertes Prüfsystem für die Leiterplatinen.

Die Vorteile des Projekts können folgendermaßen zusammengefasst werden:

• Erhöhte Lebensdauer des USV-Netzteils durch die Substitution von Elektrolytkondensatoren.
• Optimale Nutzung von Batteriespeichern durch die Analyse der Zellauswirkungen.
• Gleichzeitige Ladung und Versorgung des Mini-PCs.
• Erhöhte Performance der Energieleistung durch die Konzipierung von optimierten thermischen Komponenten zur Wärmeabfuhr.

Hintergrund:

Mini-PCs kommen in einem breiten Feld von Branchen zum Einsatz. Dazu gehören unter anderem der Kommunikationssektor, der Digital Signage Markt, die (Fertigungs-)Industrie und das Transportwesen. Vorteil dieser Mini-PCs ist der geringere Platzbedarf und die geringeren Kosten durch eine optimal auf den Bedarf abgestimmte Hardware und Software. Allerdings existieren für Mini-PCs aktuell keine gängigen USV-Systeme auf dem Markt, die die Anforderungen nach einer ebenfalls platzsparenden Alternative erfüllen. USV steht für „Unterbrechungsfreie Stromversorgungen“. Diese werden eingesetzt, um die Energieversorgung für elektrische Endgeräte, deren ununterbrochener und störungsfreier Betrieb unerlässlich ist, aufrecht zu erhalten.

Neben den Anforderungen an die Baugröße sind auch Wirkungsgrad, Temperaturbeständigkeit und Lebensdauer wichtige Kundenanforderungen. Die notwendige Speicherkapazität ist dabei je nach Kundenwunsch variabel und sollte daher flexibel geändert werden können. Aktuell verfügbare Systeme sind nicht für diese Sparte ausgelegt und ausreichend entwickelt. Obwohl der Bedarf, hauptsächlich in der Industriebranche und dem Transportwesen, nach solchen Systemen für Mini-PCs hoch ist, sind USV-Geräte an die direkte Anbindung an Standard-PCs, Server oder Maschinen angepasst. Auch für den Digital Signage Markt können die USV-Systeme den Vorgaben insbesondere an die notwendige geringe Baugröße nicht gerecht werden. Weiterhin ist auch bei den Standard-USV-Lösungen Steigerungspotential bei den oben genannten Faktoren (Wirkungsgrad etc.) zu sehen, weswegen eine Neuauslegung den Anforderungen nicht genügt, sondern eine Neuentwicklung erforderlich ist.