Im Normalfall sind DC/DC-Wandler zwischen Eingang und Ausgang galvanisch getrennt aufgebaut. Sie unterscheiden sich in der Qualität der Isolation und damit in der Höhe der Isolationsspannung. RECOM-Ingenieuren ist es jetzt mir einer zum Patent angemeldeten Technik gelungen, im Gehäuse eines normal isolierten Wandlers einen "Reinforced"-Wandler unterzubringen, der bis 10kV_DC isoliert ist und gleichzeitig 20% mehr Leistung bringt.

Gründe für den Einsatz isolierter DC/DC-Wandler gibt es viele: Galvanische Trennung vermeidet Erdschleifen und reduziert so Signalrauschen bzw. Brummspannungen. Sie schafft aber auch eine Sicherheitsbarriere zur Vermeidung elektrischer Schocks oder hoher Kurzschlussströme, die zur Brandursache werden könnten. Voneinander isolierte Einheiten können z.B. an einem gemeinsamen Bussystem betrieben werden, ohne Sorge, dass ein fehlerhaftes Modul das gesamte Netzwerk lahm legen könnte.

Genügt zur Vermeidung von Erdschleifen schon eine vergleichsweise niedrige Isolationsspannung von 1kVDC, sind die Anforderungen an die Isolationsspannung in medizinischen Applikationen, in der Energie- und Hochspannungstechnik oder bei IGBT-Schaltungen weitaus höher. Für sicherheitsrelevante Applikationen oder Isolationsspannungen jenseits von 4 kV ist es erforderlich, Primär- und Sekundärwicklung getrennt voneinander zu wickeln.

Bisherige Versuche, einen kompakten, kleinen Trafo mit "Re³Inforced"-Isolation zu bauen, waren erfolglos. Grund dafür ist die Tatsache, dass sich mit steigenden Luftstrecken zwischen den Wicklungen das Ãœbertragungsverhältnis "Elektrisches Feld – magnetisches Feld – elektrisches Feld" massiv verschlechtert und damit der Wirkungsgrad des Trafos. Ein normaler DC/DC-Wandler mit funktionaler Isolation hat einen Wirkungsgrad von ca. 84%. Das bedeutet, dass er bei 3 Watt Nennleistung unter Volllast 3,6 Watt Leistung aufnimmt. Die Differenz von 600mW muss als Verlustwärme abgestrahlt werden. Bei hohen Umgebungstemperaturen ist es diese Verlustwärme, die die maximale Betriebstemperatur vorgibt. Verfügt der Wandler über einen Trafo mit schlechtem Wirkungsgrad, z.B. mit einem von nur 75%, dann sinkt die Betriebstemperatur - natürlicher Kühlung vorausgesetzt - von +85°C auf +71°C . Damit wäre er für viele industrielle Applikationen untauglich oder müsste extern gekühlt werden.

Geht man davon aus, dass ein isolierter 5 Watt-Wandler in einem DIP24-Gehäuse untergebracht werden muss, so kann es kaum verwundern, dass die meisten dieser Wandler nur funktional isoliert sind. Ein herkömmlicher Trafo, der die von UL geforderten Luft- und Kriechstrecken einhält, wird zum einen nicht in ein nur 10mm hohes Gehäuse passen, zum anderen aufgrund seines schlechten Wirkungsgrads kaum für einen DC/DC-Wandler in Betracht kommen.

Dennoch ist dem Entwicklungsteam von RECOM jetzt ein Quantensprung gelungen. Auf Basis einer neuen, unter dem Begriff "Re³inforced" zum Patent angemeldeten Technik wurde eine Wandler-Familie geschaffen, die die maximalen Isolationskriterien erfüllt, in ein DIP24-Standardgehäuse passt und bei Umgebungstemperaturen bis +85°C obendrein noch 20% mehr Nennleistung liefert.

Der Standard-Wandler REC3 (im Bild 3 links) bedient sich eines herkömmlichen Trafos mit "Basic"-Isolation. Der "Re³inforced"-Wandler rechts verwendet eine komplett neue Technologie. Diese garantiert Luftstrecken von 2,4mm zwischen den Wicklungen. Die interne Isolation ist mehrschichtig konstruiert. Die auf dem Foto sichtbare, bräunliche Kunststofffolie sorgt für Kriechstrecken jenseits der geforderten 4,6mm.