Aktiv PFC und der Wirkungsgrad bei Netzteilen

Seite 2: Funktionsweise von PC-Netzteilen

Um zu Verstehen, wo die grössten Verluste bei der Spannungswandler entstehen, ist es vorteilhaft, den grundlegenden Aufbau von Netzteilen zu kennen. PC-Netzteile sind Schaltnetzteile. Die beiden Abbildungen zeigen vereinfachte Blockschaltbilder eines linear geregelten Netzteils und eines Schaltnetzteils.

Bild1: Linear geregeltes Netzteil
lineares nt

Bei diesem Schaltungsprinzip geht die Eingangswechselspannung direkt auf den Transformator, welcher anhand des Verhältnisses der Anzahl Drahtwicklungen die Spannung auf einen niedrigeren (oder höheren) Wert transformieren kann. Anschliessend muss die transformierte Wechselspannung noch gleichgerichtet und stabilisiert werden, damit einerseits keine Wechselspannungsanteile mehr enthalten sind, andererseits die Spannung auch bei starken Lastschwankungen stabil bleibt. Die ganze Schaltung funktioniert linear, was mitunter bedeutet, es werden keine anderen Frequenzen nebst der Netzfrequenz künstlich erzeugt und die Stromaufnahme ist gleichmässig bzw. nur lastabhängig. Nachteilig an diesem Prinzip sind der schlechte Wirkungsgrad bei der Stabilisierung und die Notwendigkeit eines je nach Leistung sehr grossen Transformators. Deshalb wird diese Technik heute nur noch in wenigen Einsatzgebieten verwendet, wo entweder die Baugrösse oder die Genauigkeit der Spannung oder der Wirkungsgrad eine untergeordnete Rolle spielen.

Bild2: Schaltnetzteil
schalt nt

Schaltnetzteile sind viel komplexer aufgebaut. Die Netzwechselspannung wird zuerst gleichgerichtet und dann mit der ungefähr 1'000-mal höheren Frequenz wieder zerhackt (in eine Wechselspannung umgewandelt). Das hat zwei Vorteile: einerseits fällt der benötigte Transformator viel kleiner aus, andererseits kann die Spannung direkt über die Frequenz und/oder Pulsbreite beim „Zerhacker“ stabilisiert werden, wodurch die Verlust behaftete sekundäre (nach dem Trafo) Stabilisierung komplett entfällt. Einfach ausgedrückt: anstatt die Spannung in einem festen Verhältnis zu wandeln, welches dann aufwendig stabilisiert werden muss, wird beim Schaltnetzteil nur genau die Spannung erzeugt, die in dem Moment gerade gebraucht wird. Schaltnetzteile haben allerdings neben ihrer Komplexität und den damit verbundenen, teilweise (je nach Anwendung) höheren Herstellungskosten noch einen zweiten Nachteil: Durch den „Zerhacker“ wird einerseits das Stromnetz (Leitungen, Trafos, Generatoren) ungleichmässig belastet (Blindströme), andererseits gelangt auch die erzeugte Hochfrequenz zurück ins Stromnetz, wodurch es andere angeschlossene Verbrauchergeräte stören kann. Um diese „Nebenwirkungen“ zu unterdrücken ist für alle Schaltnetzteile mit einer Nennleistung über 50W eine Phasenkorrektur (Englisch: Power Factor Correction) Vorschrift.







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Kategorie: Hardware
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