Diodenmodule für redundante Stromversorgung: Zuverlässige Versorgung durch Entkopplung
29.10.2026
Diodenmodule für redundante Stromversorgungen kommen zum Einsatz, um die Zuverlässigkeit von Gleichstrom-Versorgungssystemen in der industriellen Automatisierung, in Schaltschränken, Kommunikationsgeräten und anderen kritischen Anwendungen zu erhöhen. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Ausgänge von zwei oder mehr (n+1) Stromversorgungen parallel zu schalten, um Fehlerredundanz oder eine Lastverteilung zu gewährleisten und gleichzeitig zu verhindern, dass eine Stromversorgung Strom in eine andere Stromversorgung zurückspeist. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Prozesssteuerung, Maschinenautomatisierung, sicherheitsrelevante Steuerkreise, Geräte im Bereich der Telekommunikation sowie die industrielle 24V- oder 48V-Gleichstromverteilung. Überall dort, wo ungeplante Ausfallzeiten kostspielig oder inakzeptabel sind, gewährleisten sie die Verfügbarkeit der Systemstromversorgung.
Inhaltsverzeichnis
So funktionieren Diodenmodule für redundante Stromversorgungen
Das Funktionsprinzip ist einfach: Jedes Netzteil ist über ein Entkopplungselement mit der Last verbunden, das nur in eine Richtung arbeitet.
Ein Diodenmodul für redundante Stromversorgungen (Redundancy Diode Module) erfüllt zwei Hauptfunktionen:
Kurz gesagt bieten Diodenmodule für redundante Stromversorgungen eine kompakte und zuverlässige Möglichkeit, fehlertolerante Systeme zur Gleichstromversorgung aufzubauen. Sie schützen Stromversorgungen vor Rückströmen, isolieren ausgefallene Einheiten und halten kritische Lasten in Betrieb, wenn ein Versorgungspfad ausfällt. Die folgenden Beispiele zeigen einige typische fehlertolerante Anordnungen, wobei diese Liste der Beispiele jedoch keineswegs vollständig ist.
Ein Diodenmodul für redundante Stromversorgungen (Redundancy Diode Module) erfüllt zwei Hauptfunktionen:
- Fehlerisolierung und Rückstromschutz: Fällt eine Stromversorgung oder deren vorgelagerte Energieversorgung aus, blockiert das Redundanzmodul den Rückstrom in das defekte Gerät, während die verbleibende Stromversorgung die Last weiterhin mit Strom versorgt (Bild 1). Dies ermöglicht eine vollständige OR-ing-Redundanz: Selbst wenn eine Stromversorgung bei einem Kurzschluss am Ausgang ausfällt, bleibt die Last mit Strom versorgt.
- Stromkombination und Leistungsaufteilung: Das System kombiniert die Ausgänge von zwei oder mehr (n+1) Stromversorgungen, um den insgesamt verfügbaren Ausgangsstrom zu erhöhen und gleichzeitig das Risiko auszuschließen, dass eine Stromversorgung Strom in eine andere zurückspeist.
Empfehlungen für das System-Design
Ein Diodenmodul für redundante Stromversorgungen entfaltet seine volle Wirksamkeit am besten, wenn es als Teil einer ordnungsgemäß ausgelegten Stromversorgungs-Architektur zum Einsatz kommt. Die Stromversorgungen sollten unabhängig voneinander abgesichert, korrekt dimensioniert und idealerweise über separate vorgelagerte Stromkreise über unabhängige Sicherungen gespeist werden. Dadurch wird sichergestellt, dass ein einzelner Fehler im vorgelagerten Bereich nicht das gesamte System zur Gleichstromversorgung außer Betrieb setzt.Kurz gesagt bieten Diodenmodule für redundante Stromversorgungen eine kompakte und zuverlässige Möglichkeit, fehlertolerante Systeme zur Gleichstromversorgung aufzubauen. Sie schützen Stromversorgungen vor Rückströmen, isolieren ausgefallene Einheiten und halten kritische Lasten in Betrieb, wenn ein Versorgungspfad ausfällt. Die folgenden Beispiele zeigen einige typische fehlertolerante Anordnungen, wobei diese Liste der Beispiele jedoch keineswegs vollständig ist.
Konfigurationen redundanter Gleichstromversorgungen
Beispiel 1: Vollständig redundante Stromversorgung
Dies ist die klassische Anordnung einer redundanten Stromversorgung, bei der die Ausgänge von zwei voneinander unabhängigen Stromversorgungen kombiniert werden, um eine hochgradig fehlertolerante Gleichstromversorgung zu schaffen.
| Art des Fehlers | Wahrscheinlichkeit | Ergebnis |
|---|---|---|
| Kein Fehler | 100% Maximallast (960W) | |
| Fehlauslösungen der Sicherungen von #1 oder #2 | 1 | Keine Veränderung |
| Ausfall der Phase | 2 | Keine Veränderung (volle Leistung mit zwei von drei Phasen) |
| Loser Anschluss am Gleichstrom-Ausgang von PSU1 (Stromversorgung Nummer 1) oder PSU 2 | 3 | Keine Veränderung |
| PSU1 oder PSU2 schaltet sich ab (OTP) | 4 | Keine Veränderung |
| Fehlerhafte Unterbrechung am Ausgang von PSU1 oder PSU2 | 5 | Keine Veränderung |
| Fehlerhafter Kurzschluss am Ausgang von PSU1 oder PSU2 | 6 | Keine Veränderung |
Beispiel 2: Stromversorgung mit Stromteilung
In diesem Beispiel werden die Ausgänge zweier identischer Netzteile kombiniert, um den Ausgangsstrom zu verdoppeln.
| Art des Fehlers | Wahrscheinlichkeit | Ergebnis |
|---|---|---|
| Kein Fehler | 200% Maximallast (960W) | |
| Fehlauslösungen der Sicherungen von #1 oder #2 | 1 | 100% der Maximallast (480W) |
| Ausfall der Phase | 2 | Keine Veränderung (volle Leistung mit zwei von drei Phasen) |
| Loser Anschluss am Gleichstrom-Ausgang von PSU1 oder PSU 2 | 3 | 100% der maximalen Last |
| PSU1 oder PSU2 schaltet sich ab (OTP) | 4 | 100% der maximalen Last |
| Fehlerhafte Unterbrechung am Ausgang von PSU1 oder PSU2 | 5 | 100% der maximalen Last |
| Fehlerhafter Kurzschluss am Ausgang von PSU1 oder PSU2 | 6 | 100% der maximalen Last |
Beispiel 3: HV-DC-Backup-Stromversorgung
Dieses Beispiel zeigt, wie eine Hochspannungs-Gleichstrom-Notstromquelle (in diesem Fall eine Batteriebank mit 24-V-Batterien) integriert werden kann, um für eine unterbrechungsfreie Gleichstromversorgung der Niederspannung zu sorgen.
| Art des Fehlers | Wahrscheinlichkeit | Ergebnis |
|---|---|---|
| Kein Fehler | 100% Last (480W) | |
| Fehlauslösungen der Sicherungen von #1 oder #2 | 1 | Keine Veränderung (automatische Umschaltung auf die alternative Stromversorgung) |
| Ausfall der Phase (Wechselstrom) | 2 | Keine Veränderung (automatische Umschaltung auf die Backup-HVDC-Stromversorgung) |
| Ausfall der Hochvolt-Gleichstrom-Versorgung | 3 | Keine Veränderung (Betrieb am Wechselstromnetz) |
| PSU1 oder PSU2 schaltet sich ab (OTP) | 4 | Keine Veränderung |
| Loser Anschluss am Wechselstrom- oder Gleichstrom-Eingang | 5 | Keine Veränderung |
| Loser Anschluss am Gleichstrom-Ausgang von PSU1 oder PSU 2 | 6 | Keine Veränderung |
| Fehlerhafte Unterbrechung am Ausgang von PSU1 oder PSU2 | 7 | Keine Veränderung |
| Fehlerhafter Kurzschluss am Ausgang von PSU1 oder PSU2 | 8 | Keine Veränderung |
Beispiel 4: Phasenredundanz am Wechselstrom-Eingang
Dieses Beispiel zeigt eine Anordnung, bei der drei einphasige Stromversorgungen jeweils aus einer separaten Phase eines Drehstromnetzes gespeist werden. Solange mindestens eine Phase aktiv bleibt, ist die Gleichstromversorgung sicher gestellt.
| Art des Fehlers | Wahrscheinlichkeit | Ergebnis |
|---|---|---|
| Kein Fehler | 100% Last (240W) | |
| Fehlauslösungen der Sicherungen von #1 oder #2 | 1 | Keine Veränderung |
| Ausfall von einer von drei Wechselstrom-Phasen | 2 | Keine Veränderung (Versorgung über die verbliebenen zwei Phasen) |
| Ausfall von zwei von drei Wechselstrom-Phasen | 3 | Keine Veränderung (Versorgung über die verbliebene Phase) |
| PSU1, PSU2 oder PSU3 schaltet sich ab (OTP) | 4 | Keine Veränderung |
| Loser Anschluss am Eingang L1, L2 oder L3 | 5 | Keine Veränderung |
| Loser Anschluss am DC-Ausgang von PSU1, PSU2 oder PSU3 | 6 | Keine Veränderung |
| Fehlerhafte Unterbrechung am Ausgang von PSU1, PSU2 oder PSU3 | 7 | Keine Veränderung |
| Fehlerhafter Kurzschluss am Ausgang von PSU1, PSU2 oder PSU3 | 8 | Keine Veränderung |
Beispiel 5: Fehlertolerantes Batterieladegerät
Dieses Beispiel zeigt eine Anordnung, bei der eine zweiphasige Wechselstromversorgung zum Schnellladen einer Batterie mit hoher Kapazität verwendet wird. Die Stromversorgungen vom Typ RACPRO1-S480/24 werden in den Konstantstrom-Modus geschaltet, um den maximalen Gesamt-Ausgangsstrom strikt auf 40 A zu begrenzen. Dies vereinfacht die Auslegung des PWM-Ladereglers, der lediglich so lange den anfänglichen Ladestrom begrenzen muss, bis die Batteriezellen ausreichend vorgeladen sind; anschließend schaltet er den vollen Schnellladestrom zu. Fällt entweder eine Netzphase oder ein Netzteil aus, wird der Ladevorgang fortgesetzt, jedoch auf 20 A begrenzt. Das RACPRO1-RD40 verfügt zudem über eine Störfestigkeit gegen Rückspannungen von 70V DC. Damit schützt das RACPRO1-RD40 die Netzteile somit wirksam vor Lastabfall-Transienten und Überspannungen der Batterie.
Beispiel 6: Vertikale Installation
Die meisten Schaltschränke verfügen über horizontal montierte Schienen, und viele Netzteile für die Montage auf DIN-Schienen sind so ausgelegt, dass sie nur bei Montage in der standardmäßigen vertikalen Ausrichtung ordnungsgemäß per Konvektionskühlung durch die Luft in der Umgebung gekühlt werden.
Die Baureihe RACPRO1 bildet hier eine Ausnahme, da sie in jeder nicht standardmäßigen Ausrichtung mit einer Leistungsreduzierung von nur 15 % montiert werden kann – selbst bei horizontaler Montage auf vertikal ausgerichteten Schienen. Außerdem sind diese Geräte deutlich schmaler als konkurrierende Produkte, so dass sie weniger Platz auf der Schiene einnehmen. Diese Eigenschaften sind besonders nützlich für die hohen und schmalen Schaltschränke, die an Telekommunikationsmasten, Lichtmasten, Werbetafeln, kleinen Windkraftanlagen und Turmkränen zum Einsatz kommen.
Die Baureihe RACPRO1 bildet hier eine Ausnahme, da sie in jeder nicht standardmäßigen Ausrichtung mit einer Leistungsreduzierung von nur 15 % montiert werden kann – selbst bei horizontaler Montage auf vertikal ausgerichteten Schienen. Außerdem sind diese Geräte deutlich schmaler als konkurrierende Produkte, so dass sie weniger Platz auf der Schiene einnehmen. Diese Eigenschaften sind besonders nützlich für die hohen und schmalen Schaltschränke, die an Telekommunikationsmasten, Lichtmasten, Werbetafeln, kleinen Windkraftanlagen und Turmkränen zum Einsatz kommen.
Fazit
Der Aufbau einer robusten, fehlertoleranten Gleichstrom-Versorgungsarchitektur erfordert weder komplexe technische Lösungen noch übermäßigen Platzbedarf im Schaltschrank. Durch den Einsatz von Redundanzmodulen mit aktiven Gleichrichtern wie dem RACPRO1-RD40 können Entwicklungsingenieure einzelne Fehlerquellen beseitigen, einen optimalen Wirkungsgrad aufrecht erhalten aufrechterhalten und eine maximale Verfügbarkeit von kritischen Anwendungen im industriellen Umfeld gewährleisten.
Häufig gestellte Fragen
Nein. Das RACPRO1-RD40 verfügt über einen breiten Gleichspannungs-Eingangsbereich von 9 bis 56VDC, sodass Systeme mit 12V, 24V, 36V oder 48V Gleichspannung alle mit genau demselben Modul unterstützt werden können.
Das RACPRO1-RD40 verfügt über deutlich weniger interne Komponenten als ein AC/DC-Netzteil, wodurch es von Natur aus zuverlässiger ist. Seine erwartete Lebensdauer beträgt 268.000 Stunden bei 40°C (über 30 Jahre Dauerbetrieb).
Das RACPRO1-RD40 arbeitet bei Volllast (40 A) mit einem Wirkungsgrad von 99,5%, was bedeutet, dass der Leistungsverlust über das Modul hinweg vernachlässigbar ist.
Das RACPRO1-RD40 hat bei einer 24-V-Versorgung eine Leistungsaufnahme von nur 200mW im Leerlauf, wodurch die Verluste über den gesamten Lastbereich von 0% bis 100% extrem gering bleiben.
Das RACPRO1-RD40 verwendet aktive Gleichrichter anstelle herkömmlicher Leistungsdioden, wodurch die Einfügedämpfung auf minimale 140mV begrenzt wird.
Nein. Das RACPRO1-RD40 kann für eine Zeitdauer von bis zu 5 Sekunden bis zu 60A verarbeiten, so dass sicher gestellt ist, dass hohe Einschaltströme problemlos durchgeleitet werden.
Nein. Diese Funktion ist nicht erforderlich, da die AC/DC-Netzteile bereits auf der Eingangsseite gegen Kurzschluss geschützt sind. Das Hinzufügen einer zusätzlichen SCP-Funktion im Redundanzmodul würde den korrekten Betrieb der internen SCP-Mechanismen innerhalb der Stromversorgung beeinträchtigen.
Nein. Das RACPRO1-RD40 ist sowohl für Emissionen gemäß EN 61000-6-4 Klasse B als auch in punkto Störfestigkeit gemäß EN 61000-6-2 Klasse B zertifiziert, wodurch sichergestellt ist, dass das EMV-Verhalten des Gesamtsystems nicht beeinträchtigt wird.
Anwendungen
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RACPRO1-RD
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RACPRO1-S240
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RACPRO1-S480
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| 4 |
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RACPRO1-T480
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RACPRO1-T960
Fokus
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