Herausforderung Schaltnetzteil

Telekommunikationsnetze als Lebensadern der heutigen Wirtschaft stellen hohe Anforderungen an die Telekommunikationsanlagen sowie ihre Server-Komponenten – und damit nicht zuletzt an deren Netzteile.

Entwickler von Server-Systemen für die Telekommunikation begreifen die Stromversorgung mitunter als gegeben. Da sich das Netzteil erst spät im Projekt spezifizieren lässt, laufen dann meist sehr widersprüchliche Anforderungen zusammen, die die Power Supply Unit (PSU) erfüllen soll. Welche das im Einzelnen sein können, zeigt das Beispiel eines gemeinsamen Projekts von GE Intelligent Platforms Business und dem Schaltnetzteil-Anbieter inpotron.

Oliver Grafe, Projektleiter Embedded Systems Business bei GE Intelligent Platforms Business, erläutert, was bei der Entwicklung eines neuen Servers zusammenkam: „Wir benötigten eine 120-Watt-PSU mit Peak-Leistungen von 180 Watt, die alle unsere Anforderungen erfüllt – beispielsweise Energy-Star-Server-Gold-Kriterien auch im 20-Prozent-Teillastbereich, eine hohe kalkulierte Lebensdauer von mindestens zehn Jahren im 24/7-Betrieb, eine kompakte Bauform, die Möglichkeit eines Baugruppenwechsels im Betrieb, einen sehr speziellen Formfaktor und last but not least eine servicefreundliche Austauschbarkeit der Power Unit.“ Mit Standardnetzteilen ließen sich diese widersprüchlichen Anforderungen nicht abdecken.

Auf der Suche nach einem Entwicklungspartner für das Projekt stieß das GE-Team im Dezember 2013 auf die Firma inpotron. Die Vorgaben waren sportlich – bereits im März 2014 sollten die diversen Zulassungen des neuen Servers laufen. Ein ausschlaggebender Punkt in diesem zeitkritischen Projekt waren die kurzen Wege zwischen allen Beteiligten – vorteilhaft also die Tatsache, dass inpotron am Standort Hilzingen sowohl entwickelt als auch produziert.
Der persönliche Kontakt zur Projektleitung, zum Entwicklerteam und zur Produktion in Deutschland versprach eine einfache Kommunikation sowie Zeit- und Prozessvorteile.
Markus Keller (R&D-Projektleiter bei inpotron) und Matthias Schellmann (Sales & Key Account Manager bei inpotron) erläutern: „Das ist typisch für die Entwicklung kundenspezifischer Netzteile. Neben den expliziten, technischen und terminlichen Spezifikationen des Herstellers stellen solche Projekte viele zusätzliche Anforderungen – von Datenschnittstellen über die Fähigkeit, Muster schnell zur Verfügung stellen zu können, bis zur Unterstützung bei Zulassungen und Tests sowie der Logistik und Liefertreue bei der Serienfertigung der Baugruppen.“

Bei inpotron werden Projekte nach einem strammen Milestone-Plan abgearbeitet. Durch Tools wie Simulationen, Spezialinstrumente, Statusreports oder Checklisten unterstützt, können sich die Entwicklerteams auf die Besonderheiten der Kundenprojekte fokussieren. Die im März benötigten Prototypen für die Zertifizierungsmessungen konnten termingerecht bereitgestellt werden. Bereits der 3D-Datenaustausch zwischen beiden Unternehmen funktionierte gut, auch die mechanischen Mockups passten. Da inpotron eine systembezogene, thermische Analyse mit der eigenen Power-Baugruppe und dem kompletten Kundensystem durchgeführt hatte, wurden reale Bedingungen getestet. So lief die Gesamtzulassung des Servers reibungsfrei.

Die Spezifikationen von GE wiesen einige knifflige Besonderheiten auf: So musste die PSU nicht nur in einem speziellen Formfaktor – relativ lang, sehr schmal, niedrig – und redundant realisiert werden; es galt auch, in dieser Bauform zugleich eine AC-DC- und eine DC-DC-Variante zu entwickeln. Dabei sind die AC-DC- und DC-DC-Baugruppen optional auch so kombinierbar, dass sich die Server mit einer Batterielösung zur Netzausfall-Überbrückung einsetzen lassen. Im 20-Prozent-Teillastbetrieb sollten in der AC-DC-Baugruppe Effizienzkriterien wie ein Power-Faktorwert von >0,8 eingehalten werden. Hierfür mussten die Netzteil-Entwickler eine spezielle Topologie entwickeln. Zudem waren die EMI/EMV-Messkriterien höher als im Industriestandard.

Last but not least wurde die DC-DC-Baugruppe mit einem Verpolschutz sowie einer aktiven Einschaltstrombegrenzung ausgestattet. Damit erreicht sie einen Effizienzgrad von 94 % und hält EMV Class B mit den geforderten Reserven ein. Die PSU wurde für einen Wechsel im laufenden Betrieb (Hot Swap) entwickelt und erfüllt eine kalkulierte Lebensdauer von mehr als zehn Jahren im Dauerbetrieb.

Nur knapp zwei Monate nach Projektstart standen im Februar 2014 bereits die ersten Prototypen für Testgeräte und Vertriebs-Samples zur Verfügung. Seit Spätsommer 2014 werden die GE-Telekommunikations-Server an Kunden geliefert.

Pressekontakt:
Peter Kronfeld
Freier Journalist