1. Eingangsspannungsbereich

Lineares Netzteil

Tabelle 1: Zusammenfassender Vergleich zwischen linearen und geschalteten Netzteilen

Tabelle 1: Zusammenfassender Vergleich zwischen linearen und geschalteten Netzteilen Texas Instruments

Der Spannungsbereich von linearen Netzteilen ist begrenzt. Wie in Bild 1 zu sehen ist, liegt am DC-Glättungskondensator eine maximale Spannung von VLine_pk/NPS, wobei NPS das Windungsverhältnis des Transformators angibt. Die Last und der Kapazitätswert bestimmen über die maximale Spannung am Kondensator. Diese Spannung muss größer sein als VOUT zuzüglich des Spannungsabfalls am Linearregler. Je höher aber die Spannung am Kondensator ist, umso größer ist die Verlustleistung im Längselement des Reglers:

Verlustleistung = (Vbulk – VOUT) × IOUT.

Aus diesem Grund wird Vbulk, also die Spannung am Kondensator, etwa 10 Prozent größer als die Spannung gewählt, die mindestens erforderlich ist, um die Regelung von VOUT aufrechtzuerhalten. Somit wird also VOUT nicht mehr geregelt, sobald VIN um mehr als 10 Prozent einbricht.

Lineare Netzteile, die für eine bestimmte Netzspannung (zum Beispiel für die in Europa üblichen 230 V) ausgelegt sind, besitzen an ihrem Transformator gelegentlich Abgriffe, mit denen sich die Windungszahl variieren lässt, sodass der Einsatz auch an anderen Netzspannungen (zum Beispiel an 110 V in den USA) möglich ist. Anwender können hier über einen Schalter den Eingangsspannungsbereich wechseln. Wird es jedoch versäumt, den Schalter in die richtige Stellung zu bringen, kann es passieren, dass das betreffende Gerät nicht richtig funktioniert oder im schlimmsten Fall sogar beschädigt wird.

Schaltnetzteil

Ein Schaltnetzteil kommt mit einem wesentlich größeren Eingangsspannungsbereich zurecht, indem das Tastverhältnis des primären Schalters entsprechend der Ausgangsspannung variiert wird. Viele Netzteile sind für Eingangsspannungen zwischen zirka 85 und 265 VAC geeignet und können deshalb an allen weltweit üblichen Netzspannungen betrieben werden.

  1. 2. Wirkungsgrad bei geringer Last

  2. Lineares Netzteil

Die an der Primärwicklung des Transformators liegende Spannung erzeugt einen Strom (Magnetisierungsstrom) in der Wicklung:

600_TI_Gleichung-6-1Eqn6

Zu diesem nicht lastabhängigen Strom addiert sich der reflektierte Laststrom:

600-TI-Gleichung-7-1Eqn7

Der Gesamtstrom in der Primärwicklung berechnet sich deshalb folgendermaßen:

600-TI-Gleichung-8-1Eqn8

Infolge des großen Spannungs-Zeit-Produkts an der Primärwicklung des Transformators in einem linearen Netzteil kann der Magnetisierungsstrom sehr hoch sein, sodass auch bei geringer Last ein beträchtlicher Primärstrom fließen kann. Die von diesem Strom verursachten Verluste haben zur Folge, dass die im Netzteil abfallende Leistung beträchtlich ist, auch wenn der angeschlossene Verbraucher überhaupt keine Leistung aufnimmt. Dementsprechend schlecht ist der Wirkungsgrad bei geringer Last und ganz ohne Last.

Schaltnetzteil

Das geringere Spannungs-Zeit-Produkt an der Primärwicklung eines Schaltnetzteils führt dazu, dass der Magnetisierungsstrom hier wesentlich niedriger ist als in einem linearen Netzteil. Hinzu kommt, dass sich mit abnehmendem Laststrom auch das Tastverhältnis der primärseitigen Schalter verringert. Das Spannungs-Zeit-Produkt und der Magnetisierungsstrom werden deshalb mit der Last geringer.

Viele moderne Schaltnetzteil-Regler stellen das primärseitige Schalten sogar zeitweilig ganz ein, wenn der Laststrom sehr gering wird. Sie arbeiten dann entweder im Burst-Modus oder senken die Schaltfrequenz linear ab, um dafür zu sorgen, dass der Magnetisierungsstrom wirklich nur dann fließt, wenn am Ausgang ein Strom benötigt wird.

Auf der nächsten Seite geht es um Ausgangsspannungs-Welligkeit, Rauschen und elektromagnetische Störungen und um das Lastsprungverhalten

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