Das Industrielle Internet der Dinge (IIoT) und das Internet der Dinge (IoT) für Unterhaltungselektronik haben viel gemeinsam. Beide nutzen in hohem Maße die ständige Verfügbarkeit von Kommunikationsmöglichkeiten und die Leistungsfähigkeit von Cloud-Diensten. Auch die Protokolle und Rahmenbedingungen sind in weiten Teilen identisch. Es gibt jedoch auch Unterschiede.

Das IIoT wurde für die Digitalisierung von Industriekomplexen konzipiert und bietet Fabriken, Bergwerken und Logistikzentren den gleichen Sprung in der betrieblichen Effizienz, durch den der PC die Effizienz in Büros gesteigert hat. Systeme, die früher manuell eingeschaltet und von Bedienern überwacht wurden, werden nun stattdessen aus der Ferne gesteuert und überwacht.

Wärme, Spannungsspitzen und neue Normen

Fabriken und ähnliche Industrieanlagen stellen zahlreiche Herausforderungen in Bezug auf die Stromversorgung von IIoT-Geräten dar. Öfen und Kühlgeräte in der Lebensmittelherstellung arbeiten in weiten Temperaturbereichen, und das ständige Ein- und Ausschalten leistungsstarker Motoren und Heizungen führt zu Schwankungen in der Versorgungsspannung. Daher müssen IIoT-Entwickler bei der Stromversorgung (Power Supply Unit, PSU) Folgendes berücksichtigen:

• Erweiterter oder breiter Betriebstemperaturbereich: Idealerweise sollte ein einzelnes Netzteil sowohl für Ofen- als auch für Kühlanwendungen geeignet sein. Viele PSUs können bei hohen Temperaturen betrieben werden, aber die maximale Ausgangsleistung kann dabei reduziert werden.
• Grundplatte oder Kühlkörper: Manche Umgebungen sind einfach heiß. Um sicherzustellen, dass es nicht zu einer Überhitzung kommt, können Grundplatten oder Kühlkörper die thermische Auslegung vereinfachen.
• Überspannungskategorie (Overvoltage Category, OVC): In einem Schaltschrank verdrahtete Industriegeräte sind fest installiert. Diese werden gemäß IEC 60664-1 als Geräte der Kategorie III (OVC III) betrachtet, was bedeutet, dass ein Gerät mit einer Nennspannung von 300 VAC in der Lage sein sollte, Transienten von bis zu 4000 V standzuhalten.
• IEC 62368: Die Normen IEC 60950 (IKT-Geräte) und IEC 60065 (Audio-/Videogeräte) wurden in der IEC 62368 zusammengefasst, die in den meisten Ländern bereits jetzt oder in Zukunft vorgeschrieben ist.

DC/DC-Wandler

Wenn Sie einen DC/DC-Wandler für Ihre IIoT-Anwendung benötigen, sind die DC/DC-Wandler mit einem isolierten Ausgang für 50 W und 75 W von CUI, INC., wie beispielsweise der PST50W und PST75W eine Überlegung wert. Sie liefern zwischen 12 VDC und 48 VDC von einem 9,5 VDC- bis 75 VDC-Eingang und verfügen außerdem über eine Ferneinschaltfunktion. Die Versionen nur mit Grundplatte ermöglichen mit einem typischen Wirkungsgrad von 90 % die Konstruktion einer anwendungsspezifischen thermischen Lösung (Abbildung 1). Der PST50W ist auch mit integriertem Kühlkörper, Gehäusemontage oder DIN-Schienen-Montage erhältlich. Ein EMI-Filter ist integriert und beide Netzteile sind nach IEC 62368 zertifiziert.

Beide Produktreihen bieten einen weiten Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis etwa 105 °C. Die Entwickler sollten jedoch die Derating-Kurven berücksichtigen. Der PST75W weist beispielsweise bei über 75 °C und bei einer Eingangsspannung unter 12 VDC eine reduzierte Ausgangsleistung auf (Abbildung 2).

Die isolierten, vollständig gekapselten Quarter- und Half-Brick-DC/DC-Wandler der Baureihen PSC150W und PVC300 sind ebenfalls gemäß IEC 62368 zertifiziert. Der PSC150W liefert bis zu 150 W bei einer Eingangsspannung von 14 VDC ~ 160 VDC mit einer Ausgangsspannung von 12 VDC bis 54 VDC über den Bereich von -40 °C bis 105 °C. Der PVC300 liefert bei einer Eingangsspannung von 9 VDC ~ 36 VDC zwischen 12 VDC und 48 VDC bei maximal 300 W.

Beide Wandler bieten eine Spannungsanpassung, wobei der PSC150W auch Pins für einen externen Stützkondensator (10 ms - 30 ms) und einen Unterspannungs-Sperrwiderstand besitzt (Abbildung 3). Die Datenblätter für beide Produkte enthalten auch Hinweise zu cirCUI, Inc., für EMV-Entwürfe der Klasse A und Klasse B.

Interne AC/DC-Wandler

CUI, INC. bietet für IIoT-Anwendungen in beengten Platzverhältnissen und mit geringer Leistung offene und gekapselte Optionen an. Die Baureihen VOF-4 und PSK-4 liefern 4 W bei 3 VDC ~ 24 VDC aus einer Versorgung von 85 VAC ~ 305 VAC. Beide sind gemäß IEC 62368 zertifiziert, und die Baureihe VOF-4 erfüllt die Anforderungen der Überspannungskategorien OVC II und OVC III. Die PSK-4 erfüllt OVC III bis zu einer Höhe von 2.000 m. Sie zeichnen sich durch einen Spitzenwirkungsgrad von 82 % und eine Leerlaufleistung von <0,075 W aus.

Bei Temperaturen über 60 °C muss eine thermische Leistungsminderung berücksichtigt werden, wobei die Ausgangsleistung bei 80 °C auf 50 % der Nennleistung begrenzt ist.

Externe AC/DC-Stromversorgungen

Für einige IIoT-Anwendungen ist eine externe Stromversorgung erforderlich, die überall auf der Welt eingesetzt werden kann. Wenn eine kontinuierliche Leistung von bis zu 36 W über 5,0 VDC bis 48,0 VDC benötigt wird, sind die SWI36 AC/DC-Netzteile eine geeignete Lösung.

Für größere Leistungen sollten die nach IEC 62368 zertifizierten SDI90B AC/DC-Netzteile in Erwägung gezogen werden. Der SDI90B-U verfügt über einen AC-Eingang nach IEC320/C14, während das Modell SCI90B-T mit einem Eingang nach IEC320/C6 ausgestattet ist. Die Optionen für Gleichstromstecker ähneln denen der SWI36-Baureihe, mit der zusätzlichen Option eines 4-poligen DIN-Steckers.

Leistungswandler für anspruchsvolle IIoT-Anwendungen

Im Vergleich zum IoT stellt das IIoT hohe Anforderungen an die gewählte Stromversorgung. Daher ist es unerlässlich, die Produktdatenblätter zu überprüfen und die Funktionen mit Ihren Anforderungen zu vergleichen. Die Temperaturschwankungen in industriellen Umgebungen sind oft extrem, wobei hohe Temperaturen das größte Problem für elektronische Systeme darstellen. Es ist auch wichtig, die Auswirkungen einer eventuellen Leistungsminderung auf Ihre Anwendung zu berücksichtigen.

Zudem ist zu bedenken, dass fest installierte AC-Netzteile die Anforderungen nach OVC III erfüllen müssen und dass weltweit die Norm IEC 62368 eingeführt wurde bzw. wird, was bedeutet, dass selbst Baugruppen wie Leistungswandler diese neue Norm erfüllen müssen.