Schaltnetzteil

Ein Netzteil ist ein elektrisches Gerät, das den von einer Stromquelle kommenden elektrischen Strom in den Spannungswert umwandelt, der zum Antreiben einer Last wie eines Motors oder eines elektronischen Geräts erforderlich ist. Es gibt zwei Hauptkonstruktionen für Netzteile: ein lineares Netzteil und ein Schaltnetzteil.

Linear: Bei einem linearen Netzteil wird ein Transformator verwendet, um die Eingangsspannung zu verringern. Dann wird die Spannung gleichgerichtet und in eine Gleichspannung umgewandelt, die dann gefiltert wird, um die Wellenformqualität zu verbessern. Lineare Netzteile verwenden lineare Regler, um eine konstante Spannung am Ausgang aufrechtzuerhalten. Diese Linearregler geben zusätzliche Leistung in Form von Wärme ab.

Schalten: Ein Schaltnetzteildesign ist eine neuere Methode, die entwickelt wurde, um viele der Probleme zu lösen, die mit dem linearen Netzteildesign verbunden sind, einschließlich Transformatorgröße und Spannungsregelung. Bei Schaltnetzteilkonstruktionen wird die Eingangsspannung nicht mehr reduziert. Stattdessen wird es am Eingang gleichgerichtet und gefiltert. Dann geht die Spannung durch einen Chopper, der sie in eine hochfrequente Impulsfolge umwandelt. Bevor die Spannung den Ausgang erreicht, wird sie erneut gefiltert und gleichgerichtet.

Das Schalten von AC / DC-Netzteilen bietet eine höhere Leistung für einen Bruchteil der Größe, was sie so beliebt gemacht hat. Der Nachteil ist, dass ihre Schaltungen wesentlich komplexer sind und präzisere Steuerschaltungen und Rauschunterdrückungsfilter erfordern. Dies ist derzeit jedoch die effizienteste Methode zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom. Die Leistung wird in drei Stufen umgewandelt:

1. Eingangsgleichrichtung: Bei diesem Vorgang wird die Netzwechselspannung über eine Diodenbrücke in eine gleichgerichtete Gleichstromwelle umgewandelt. Am Ausgang der Brücke wird ein Kondensator hinzugefügt, um die Welligkeitsspannung zu verringern.

2. Leistungsfaktorkorrektur (PFC): Aufgrund des nichtlinearen Stroms im Gleichrichter ist der Oberwellengehalt des Stroms ziemlich groß. Es gibt zwei Möglichkeiten, wie dies behoben werden kann. Das erste ist passives PFC, bei dem ein Filter verwendet wird, um die Wirkung der Harmonischen zu dämpfen, aber es ist nicht sehr effizient. Die zweite Option, die als aktive PFC bezeichnet wird, verwendet einen Schaltverstärkungswandler, um die Stromwellenform der Eingangsspannungsform zu folgen. Active PFC ist die einzige Methode zum Entwerfen eines Stromrichters, der den aktuellen Standards für Größe und Effizienz entspricht.

3. Isolation: Schaltnetzteile können isoliert oder nicht isoliert sein. Ein Gerät ist isoliert, wenn der Ein- und Ausgang des Netzteils nicht physisch verbunden sind. Die Isolierung erfolgt durch die Verwendung von Transformatoren, die die beiden Hälften des Stromkreises galvanisch isolieren. Transformatoren können jedoch nur dann elektrische Tatkraft übertragen, wenn sich der Strom ändert. Daher wird die gleichgerichtete Gleichspannung in eine hochfrequente Rechteckwelle zerlegt, die dann auf den Sekundärkreis übertragen wird, wo sie erneut gleichgerichtet und schließlich an übertragen wird die Ausgabe. Beim Entwurf eines Schaltnetzteils sind viele verschiedene Aspekte zu berücksichtigen, insbesondere in Bezug auf Sicherheit, Leistung, Größe, Gewicht usw. Die Steuerschaltungen für Schaltnetzteile sind auch komplexer als bei linearen Netzteilen.