Hold-up Time beim Netzteil: Bedeutung, Berechnung und Auslegung in Systemen

Kurz erklärt: Was bedeutet Hold-up Time?

Die Hold-up Time (Überbrückungszeit) beschreibt die Zeitspanne, in der ein Netzteil bei einem Spannungsausfall weiterhin eine stabile Ausgangsspannung liefert. Sie wird in Millisekunden (ms) gemessen und hängt von der im Zwischenkreis gespeicherten Energie ab.

In der Praxis entscheidet sie darüber, ob Systeme bei kurzen Spannungseinbrüchen stabil weiterlaufen – oder ungeplant abschalten.

Kurzdefinition:
Die Hold-up Time ist die Dauer, in der das Netzteil nach Wegfall der Eingangsspannung seine Ausgangsspannung aufrechterhält.

Unsicher, ob Ihre Stromversorgung ausreichend überbrückt? Lassen Sie die Auslegung prüfen.

Warum ist die Hold-up Time wichtig?

In Industrieanlagen, IT-Systemen oder Medizingeräten können wenige Millisekunden über Stabilität oder Ausfall entscheiden. Steuerungen, SPS, Relais und Kommunikationsmodule reagieren empfindlich auf Spannungseinbrüche.

Eine zu kurze Überbrückungszeit führt zu:

  • Reset-Zuständen
  • Datenverlust
  • Fehltriggerungen
  • Anlagenstillstand

Die Hold-up Time sorgt dafür, dass Prozesse sauber beendet oder Redundanzen aktiviert werden können.

Einflussfaktoren und typische Werte

Die Hold-up Time hängt ab von:

  • Eingangsspannung und Abfallrate
  • Energieinhalt der Zwischenkreiskondensatoren
  • Leistungsaufnahme der Last

Typische Werte:

  • 10–30 ms bei Standard-Industrienetzteilen
  • 40–50 ms in sicherheitsrelevanten Anwendungen
  • ≥ 17 ms bei ATX-Netzteilen (100 % Last)

Bei kritischen Steuerungen sollten mindestens 20 ms abgesichert werden.

Normen und Anforderungen

Wichtige Normen und Richtwerte für Netzteile:

Norm / StandardTypische AnforderungAnwendungsbereich
ATX 2.2≥ 17 ms bei 100 % LastIT- und PC-Netzteile
EN 61000‑4‑11Prüfnorm für Spannungseinbrüche und KurzunterbrechungenIndustrie, Automatisierung
EN 62368‑1 / IEC 61010Sicherheitsanforderungen, enthalten Richtwerte für MindestüberbrückungszeitenMess‑ und Steuertechnik

In industriellen Umgebungen sollten Netzteile so ausgelegt sein, dass Kommunikations- und Steuerungssysteme bei Spannungseinbrüchen unter 20 ms stabil bleiben. Besonders in vernetzten Produktionslinien kann ein kurzer Abfall der Versorgungsspannung bereits zu Fehltriggerungen oder Synchronisationsfehlern führen.

Berechnung der Hold-up Time

Formel:

E = (1/2) × C × (Vu² – Vend²)

thold = [C × (Vu² – Vend²)] / (2 × P)

Beispiel:
24 V / 5 A (= 120 W), 20 ms Überbrückungszeit, Zwischenkreis 400 V → 300 V

Erforderliche Kapazität ≈ 4,4 mF (≈ 4400 µF)

Praxisempfehlung:
Mit mindestens 20 % Reserve kalkulieren.

Temperatur und Alterung

Elektrolytkondensatoren verlieren über die Jahre Kapazität – besonders bei hohen Temperaturen. Eine Reduktion um 20 % ist praxisüblich.

Folge: Die effektive Hold-up Time sinkt deutlich.

Deshalb sollten hochwertige Komponenten oder ergänzende Puffermodule eingeplant werden.

Praxis: Optimierung der Überbrückungszeit

1. Lastreserve einplanen

25–30 % Leistungsreserve bei dynamischen Anwendungen.

2. Puffermodule oder Supercaps einsetzen

Verlängerung um mehrere hundert Millisekunden möglich.

3. Herstellerangaben vergleichen

„Hold-up Time @ Full Load“ kritisch prüfen.

4. Design abwägen

Mehr Kapazität erhöht Inrush Current, Baugröße und Kosten.

5. Systemtests durchführen

  • Brown-out-Simulation
  • Oszilloskop-Messung
  • Alterungstest

Praxisbeispiel

Eine SPS mit 15 ms Speicherzeit verliert bei 10 ms Hold-up Time Daten.
Ab 20 ms ist ein stabiler Shutdown möglich.

Spannungsverlauf bei Netzausfall

Ein typischer Verlauf der Ausgangsspannung bei einem plötzlichen Spannungsausfall:

Zeit (ms)Eingangsspannung (V)Ausgangsspannung (V)
023024
520024
1015023,9
1510023,8
20023,5 (Ende Hold-up)

Dieses Beispiel zeigt, dass das Netzteil innerhalb von 20 ms seine Ausgangsspannung stabil hält, bevor die Energie aus dem Zwischenkreis erschöpft ist.

Hold-up Time richtig auslegen – Ausfälle vermeiden

Die Hold-up Time beeinflusst:

  • Anlagenverfügbarkeit
  • Datensicherheit
  • EMV-Stabilität
  • Prozesssicherheit

Eine zu knapp dimensionierte Überbrückungszeit zeigt sich oft erst im Störfall.

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