1. 3. Ausgangsspannungs-Welligkeit und elektromagnetische Störungen

Lineares Netzteil

Bild 3: Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils

Bild 3: Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils Texas Instruments

Abgesehen von hochfrequenten Schwingungen aus den Gleichrichterdioden erzeugen lineare Netzteile deutlich weniger hochfrequente Störgrößen, die andere Schaltungen beeinflussen können. Dieser Vorteil linearer Stromversorgungen ist einer der Hauptgründe, weshalb diese für bestimmte empfindliche Anwendungen immer noch bevorzugt werden.

Schaltnetzteil

Ein Schaltnetzteil wandelt die niederfrequente Eingangsspannung in eine Spannung mit hoher Frequenz um, die dem Transformator zugeführt wird. Anschließend wird die hochfrequente Spannung gleichgerichtet und gefiltert, um am Ausgang die gewünschte Gleichspannung zu erhalten. Die Ausgangsspannung weist in der Regel eine Welligkeit mit der Frequenz der am Transformator liegenden Spannung auf. Wie hoch dieser Welligkeitsanteil ausfällt, hängt vom Umfang der Filtermaßnahmen zwischen dem Transformator und dem Ausgang des Netzteils ab.

Eine weitere ungünstige Eigenschaft des Schaltnetzteils besteht darin, dass das schnelle Schalten hoher Spannungen am Transformator zu hohen Spannungsspitzen an den Schaltknoten und zu steilen Stromflanken (das heißt zu hohen di/dt-Werten) in den Stromschleifen führt. Die kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten dieser Signale haben zur Folge, dass von dem Netzteil elektromagnetische Abstrahlungen ausgehen. Außerdem können hohe Spannungsspitzen dazu führen, dass hochfrequente Störströme in das Stromnetz gelangen. Diese leitungsgeführten und abgestrahlten Störaussendungen können andere elektronische Schaltungen in der Nähe des Netzteils beeinträchtigen.

Die FCC (Federal Communications Commission) in den USA und die Europäische Union haben Vorschriften dafür erlassen, welchen Umfang die von einem Gerät ausgehenden leitungsgeführten und abgestrahlten Störaussendungen haben dürfen. Das Ausfiltern dieser Signale zur Einhaltung der entsprechenden Vorschriften erhöht die Abmessungen, die Kosten und den Entwicklungsaufwand von Schaltnetzteilen und stellt einen erheblichen Nachteil dieser Technik dar, der die Verbreitung von Schaltnetzteilen geschmälert hat. Allerdings ist es mit hinreichenden Filter- und Abschirmmaßnahmen möglich, die von dem Gerät ausgehenden elektromagnetischen Störaussendungen zu begrenzen. Die sonstigen Vorzüge von Schaltnetzteilen haben diesen Nachteil in den meisten Anwendungsfällen außerdem bei weitem überwogen, sodass der Netzteilmarkt inzwischen von den Schaltnetzteilen dominiert wird.

Die steilen Flanken der geschalteten Signale können nicht zuletzt zu Spannungsspitzen am Ausgang des Schaltnetzteils führen. Bild 3 zeigt den typischen Verlauf der Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils. Zu erkennen ist die etwa 50 mV betragende Spannungswelligkeit mit der Frequenz der Netzspannung sowie die deutlich stärkeren Spannungsausschläge beim Ein- und Ausschalten der Schalter.

  1. 4. Lastsprungverhalten

Lineares Netzteil

Bei linearen Netzteilen gibt es keine großen passiven Bauelemente zwischen der Referenz (Z-Diode) und dem Ausgang, sodass sie nahezu verzögerungsfrei auf Laständerungen reagieren können. Ihr Lastsprungverhalten ist somit als hervorragend zu bezeichnen.

Schaltnetzteil

Aufgrund der Verzögerungen in der Regelschleife und in den passiven Bauelementen der Leistungsstufe kann ein Schaltnetzteil nicht beliebig schnell auf Laständerungen reagieren.

 

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