Schaltnetzteile – Neues für die Spannungswandlung finden!
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Schaltnetzteile sind in vielen Bereichen des täglichen Lebens zu finden, von Computern über Autos bis hin zu Haushaltsgeräten. Viele Geräte benötigen eine konstante Spannung, um ordnungsgemäß zu funktionieren, und ein Schaltnetzteil ist eine effektive Möglichkeit, diese konstante Spannung zu liefern.
Das Wichtigste zum Schaltnetzteil voran: Schaltnetzteile, auch Schaltnetzgräte genannt (von engl. switched-mode power supply) sind eine elektronische Baugruppe, die dafür benutzt wird, unstabilisierte Eingangsspannung (zum Beispiel eine Wechsel- oder Gleichspannung) in Gleichspannung eines anderen bestimmten Niveaus umzuwandeln. Schaltnetzteile weisen einen hohen Wirkungsgrad auf, etwa im Vergleich zu einem Spannungsregler.
Netzteile wandeln Wechselstrom (AC, Alternating Current) in Gleichstrom (DC, Direct Current) um. In der Regel wird zuerst eine AC-Spannung erzeugt und dann in einem Schaltnetzteil umgewandelt. Ein Schaltnetzteil hat den Vorteil, dass es die Spannung regulieren kann. Dies ist bei Netzteilen mit Transformator nicht möglich. Die meisten Schaltnetzteile sind SMPSs (Switch Mode Power Supplies).
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Was sind Schaltnetzteile?
Schaltnetzteile, auch als Wechselrichter bekannt, sind elektronische Geräte, die Gleichspannung oder Wechselspannung in eine Gleichspannung aus einem anderen Level umwandeln. Es wird häufig in Geräten verwendet, die mit verschiedenen AC- und DC-Spannungsquellen betrieben werden müssen, z.B. in Computern, Fernsehern und Radios. Schaltnetzteile sind sehr viel effizienter als herkömmliche Netzteile und erzeugen daher weniger Wärme.
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Wie funktionieren Schaltnetzteile?
Doch wie funktionieren eigentlich die Schaltnetzteile? Was sind die Unterschiede und Vor- bzw. Nachteile im Vergleich zu einem herkömmlichen Netzteil?
Die Spannung wird bei einem herkömmlichen Netzteil bekanntlich erst heruntertransformiert, dann wird sie gleichgerichtet und zum Schluss wird die pulsierende Spannung geglättet – und zwar durch Kondensatoren. Doch wie sieht das Ganze bei einem Schaltnetzteil aus?
Wegen der hohen Leistungsdichte, werden Schaltnetzteile hauptsächlich deswegen eingesetzt, um Material und Masse zu sparen. Schaltnetzteile haben auch bei kleiner Leistung einen hohen Wirkungsgrad und sind daher immer öfter auch in Steckernetzteilen zu finden.
Dank geringen Kupferverlusten im Leistungsbereich können sie leicht und kompakt aufgebaut werden – viel leichter als herkömmliche, linear geregelte Netzteile, die konventionell einen schweren Trafo mit Eisenkern beinhalten und so im Linearregler zusätzliche Verluste verursachen.
Die Komponenten
Ein Schaltnetzteil besteht aus mehreren Komponenten, die alle zusammenarbeiten, um die Energie effizient umzuwandeln. Zu den wichtigsten Komponenten gehören:
- Ein Spannungsregler, der die Spannung reguliert, die an die angeschlossene Last angelegt wird.
- Ein Netzteil, das die benötigte Energie bereitstellt.
- Ein Transformer, der die Spannung so transformiert, dass sie für den Spannungsregler geeignet ist.
- Kondensatoren, die als Stromspeicher dienen und sicherstellen, dass auch bei kurzzeitigen Spannungsspitzen genügend Strom zur Verfügung steht.
- Dioden, die verhindern, dass der Strom rückwärts fließt.
Vorteile des Schaltnetzteils
Vorteile sind eindeutig, denn es ist ein hoher Wirkungsgrad möglich, und zwar auch bei wechselnden Lasten und bei kleiner Nennleistung. Ein deutlich geringerer Kupfer- und Standby-Verbrauch sind ebenfalls nennenswert.
Weitere Vorteile sind zum Beispiel, dass die Schaltnetzteile wesentlich preiswerter im Gegensatz zu einem konventionellen Trafo sind. Nicht zuletzt haben sie ein geringes Volumen und Gewicht, da die sekundärseitige Siebkondensatoren und die Transformatoren viel kleiner sind. Doch müsste man schon von Nachteilen sprechen, da wären auch paar Sachen, wo Zweifel auftauchen. Schaltnetzteile sind nämlich oft elektromagnetische Störquellen, da ihr Schaltbetrieb mit hohen Frequenzen arbeitet.
Schaltnetzteile können auch eine Verzerrung der Versorgungsspannung bewirken, die aufgrund des Ladevorgangs bzw. der Verformung des Netzstroms geschieht.
Doch wie dem auch sei, finden die Schaltnetzteile eine immer weitere Verwendung. Diese werden als Computernetzteile produziert und werden in Monitoren, Druckern und Fernsehgeräten, DVD-Playern, Sat-Receivern und anderen Geräten der Unterhaltungselektronik eingesetzt. Ideal sind sie auch für Steckernetzteile und dienen so als Stromversorgung von Geräten geringer Leistung (z. B. Laptops oder Ladegeräte für Mobiltelefone). Schaltnetzteile werden auch als elektronische Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen eingesetzt.
Wesentliche Vorteile sind aber, dass sie im Verhältnis zur Leistung sehr günstig ist, was eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Dank dem geringeren Kupfer- und Eisenverbrauch und einer möglichen Massenanfertigung wurde die alte Unterhaltungselektronik der konventionellen Technik fast vollständig verdrängt. Da die heutigen Schaltnetzteile auch um in vielfaches leichter sind, sind auch die Produktions- und Transportkosten deutlich geringer. Zudem können die Schaltnetzteile auch an verschiedenen Netzspannungen (100-250V) betrieben werden.
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