Vermogenselektronica

Wat is vermogenselektronica?

Vermogenselektronica zit in het hart van vele producten. Het zorgt ervoor dat je je elektrische auto kunt opladen met de stroom uit je zonnepanelen en dat je een MRI-scan kunt laten maken. Het zit in de motoraansturing van de trein, en de aansturing van een windmolenpark. Kortom: vermogenselektronica is overal in ons dagelijks leven.

Solderen vermogens elektronica

Wat doet vermogenselektronica?

Je kunt je laptop en auto beide opladen via het elektriciteitsnetwerk. Toch vragen ze beide heel andere vermogens. Vermogenselektronica maakt het mogelijk om de energiestroom te schakelen, aansturen of omvormen. Dit kan bij consumentenproducten (zoals opladers en inductiefornuizen), bij industriële toepassingen (zoals inductieve verwarming en motoraansturing) en zelfs in hoogspanningstechniek.

De efficiëntie van vermogenselektronica ligt vaak boven de 95%. Er gaat nauwelijks energie verloren in het schakelproces. Het is enorm schaalbaar, razendsnel, compact, flexibel en betrouwbaar zelfs onder zware omgevingscondities.

Elektronica inspectie met thermische camera Elektronica inspectie met thermische camera

Toepassingen en techniek van vermogenselektronica:

oftewel, informatie voor techneuten

Toepassingen van vermogenselektronica

  • Acculaders
  • Back-up power supply
  • Motoraansturing (borstelloze Direct Drive motor)
  • Hoog vermogen-voeding
  • Power Factor Correctors (PFC)
  • Schakelende voeding
  • Draadloos opladen
  • Draadloze energieoverdracht
  • Inductief verwarmen
  • Resistief verwarmen
  • Resonant converter
  • Ultracapacitor charger

Interfaces

  • Analoge aansturing
  • Digitale aansturing (microcontroller, DSP, FPGA)
  • Digitale interfaces (ethernet, ethercad, modbus, wifi, bluetooth, etc)
  • 1-fase netvoeding
  • 3-fase netvoeding

Type circuits

  • Flyback converter
  • Resonant converters
  • Forward converters
  • Buck converters
  • Boost converters
  • Multilevel converters
  • Volle brug
  • Dual active bridge (DAB)
  • Charge pump
  • Resonante charge pump
  • Versterkers (klasse A, AB, D en E)
  • Geïsoleerde voeding

Ondersteunende technologieën

  • Digitale elektronica
  • Embedded software
  • Koeling
  • Regeltechniek (analoog en digitaal)
  • Inductieve componentontwikkeling
Ontwerpen vermogenselektronica

Vermogenselektronica: design for manufacturability

Ik werk volgens het principe: design for manufacturability, of ‘ontwerp voor productie’. Al in de ontwerpfase denk ik na over de uiteindelijke serieproductie. Ik streef naar een eindproduct dat veilig is, optimaal werkt, en ook efficiënt en betaalbaar produceerbaar is. Dat betekent bijvoorbeeld dat ik probeer de complexiteit laag te houden, en de productie- en distributietijdlijn kort. Door hier vanaf het begin op te focussen besparen we kosten en zijn minder prototypes benodigd.

Elektromagnetische compatibiliteit (EMC)

Elektrische en elektronische apparaten hebben een elektromagnetisch veld. Dit kan storingen veroorzaken bij andere apparaten in de buurt. Elektromagnetische compatibiliteit betekent dat een apparaat zelf geen bron van elektromagnetische storingen is en ook niet kwetsbaar voor storingen (binnen door de norm vastgestelde grenswaarden).

EMC is een belangrijk aspect bij elektronica-ontwikkeling. Er zijn strenge eisen aan elektromagnetische compatibiliteit, die zijn vastgelegd in de Europese EMC-richtlijn. De eisen zijn productspecifiek: het potentieel voor storing is immers afhankelijk van de toepassing en gebruikslocatie. EMC-proof ontwerp vraagt dan ook diepgaande kennis van technologie en natuurkundige processen.

Voor ieder product breng ik in de ontwerpfase de EMC-eisen in kaart. Dankzij ruimschootse ervaring op dit vlak voldoen mijn ontwerpen hier altijd aan. Vaak is het mogelijk de EMC-test al te doorlopen met het eerste prototype.

Vermogenselektronica ontwerp: robuust, betrouwbaar en efficiënt

Heeft je product een stekker, accu of stuur je bijvoorbeeld een motor aan? Dan zit er vermogenselektronica in. Het zit dus in enorm veel producten. Het is een complex vakgebied: één printplaat kan meer dan 1000 componenten bevatten. Alleen als die allemaal optimaal samenwerken krijg je een betrouwbaar en solide eindproduct. Daarom zijn er een aantal key aspecten in mijn werkwijze.

Elektronica kwalificatie met multimeter Elektronica kwalificatie met multimeter

Vermogenselektronica ontwerp

  • Robuust design Het product moet blijven functioneren - ook onder suboptimale condities. In de ontwerpfase test ik op de optimale condities, maar ook op slechte condities (worst case design). Want als het zelfs daartegen bestand is, weet je zeker dat het altijd werkt.
  • Koeling Vermogenselektronische circuits produceren hitte, zeker bij grote vermogens. Actieve koelsystemen zijn dan een vereiste. In de conceptfase beslissen we hoe we dit aanpakken: met een effectief koelsysteem, of door te streven naar een hoge efficiënte waarbij zo min mogelijk restwarmte ontstaat.
  • Veiligheid De veiligheidseisen waaraan het product straks moet voldoen staan centraal in het ontwerp. Vooraf werk ik alle eisen en specificaties nauwkeurig uit. Hierdoor is het eerste prototype vaak al geschikt voor safety tests en (voor)keuringen zoals CE, UL, CSA en VDE.
  • Compact design Vermogenselektronica zit in grote industriële toepassingen en in producten niet groter dan je handpalm. De vormfactor kan dan van belang zijn. Met slimme keuzes in concept, topologie en componenten maak ik het design zo compact als nodig is - zonder concessies aan de functionaliteit.
  • Levensduur Vermogenselektronica kan de levensduur van producten sterk verlengen. Bijvoorbeeld door accu’s slimmer te laden, of vermogens te schakelen zonder noemenswaardig verlies. Vooraf leggen we de geplande levensduur vast, en ik zorg dat het eindproduct dit haalt.
  • Kosten Het product moet winstgevend zijn. Dus verlies ik de business case van het eindproduct nooit uit het oog. Door alleen te werken met beschikbare en, waar mogelijk, standaardcomponenten resulteert het ontwerp altijd in een concurrerend product.

Alles gelezen. En nu?

Meer weten? Lees dan meer informatie:

Sparren met een expert? Neem contact met me op voor een vrijblijvend kennismakingsgesprek.

Neem contact op
Anton Driessen vermogenselektronica specialist