Übersicht zu Netzteilschaltungen
Viele elektronische Baugruppen benötigen Gleichspannung zur Energieversorgung. Sie kann von Batterien, Akkumulatoren und Solarzellen bereitgestellt werden. Fast immer entstehen dadurch dauerhaft steigende allgemeine Betriebskosten. Verbrauchte Batterien sind zu entsorgen und belasten die Ressourcen. Akkus müssen an geeigneten Gleichspannungsquellen nachgeladen werden, wodurch sie eine längere, aber nicht unbegrenzte Lebensdauer haben. Solaranlagen sind relativ teuer und ihr Wirkungsgrad ist geringer.
Die Stromversorgungsnetze beliefern uns sehr zuverlässig mit Wechselspannung. Der gleichbleibend hohe Anschlusswert muss oftmals erst durch Transformatoren auf die benötigten Spannungswerte angepasst werden. Die weiteren Umwandlungen zu den endgültigen Ausgangsspannungen werden von Netzteilen vorgenommen. Sie sorgen für die Gleichrichtung, Glättung und Stabilisierung. Die Diode ist das zentrale Bauteil aller Gleichrichtschaltungen. Sie arbeitet als Stromventil und lässt je nach Polung den Strom nur in positiver oder negativer Richtung fließen.
Ungeregelte Netzteile
Die reinen Wechselspannungsnetzteile bestehen aus einem Transformator, der ein oder mehrere angepasste Wechselspannungen bereitstellt. Er ist bei allen Gleichspannungsnetzteilen die Vorstufe, die sich durch die folgenden Gleichrichtschaltungen unterscheiden.
- Einweggleichrichtung
- Zweiweggleichrichtung
- Spannungsvervielfacher
Geregelte Netzteile
Die Eingangsstufe ist ein ungeregeltes Netzteil. Es stellt eine höhere Ausgangsgleichspannung zur Verfügung. Eine Folgeschaltung erzeugt daraus eine weitgehend stabile, von der Belastung unabhängige Ausgangsgleichspannung.
- Spannungsstabilisierung mit Z-Diode
- Parallelstabilisierung mit Z-Diode und Transistor
- Längsstabilisierung mit Z-Diode und Transistor
- Serienstabilisierung mit Regelverstärkern und Schutzschaltungen
Schaltregler
Schaltregler ist der Oberbegriff für elektronisch getaktete DC-DC-Wandler zur Spannungs- und Stromversorgung angeschlossener Geräte. Sie benötigen meistens ein unstabilisiertes Netzteil und es besteht oft keine galvanische Trennung zum Versorgungsnetzteil. Mit den Wandlern können höhere oder niedrigere und auch geregelte DC-Ausgangsspannungen erzeugt werden. Vom Wandlerprinzip her unterscheidet man zwischen drei fremdgesteuerten Grundformen.
- Sperrwandler mit und ohne Netztrennung, Sie sind sehr lastabhängig.
- Flusswandler mit und ohne Netztrennung. Von der Belastung sind sie weniger abhängig.
- Gegentaktwandler mit zwei netzgetrennten Durchflusswandlern. Sie zeichnen sich durch einen niedrigen Innenwiderstand aus, sind fast lastunabhängig und für hohe Leistungen geeignet.
Schaltnetzteile
Schaltnetzteile ist ein Oberbegriff für zumeist primär getaktete Schaltregler mit galvanischer Trennung. Die Versorgungsspannung ist eine gleichgerichtete Netzwechselspannung. Sie wird von einem elektronischen Schalter variabler Schaltfrequenz getaktet an die Primärseite des Schaltnetztrafos gelegt. Die Wechselpulse erzeugen auf der Sekundärseite Induktionsspannungen, die erneut gleichgerichtet und geglättet die Ausgangsgleichspannungen liefern. Eine davon abgeleitete Regelspannung steuert den primären Schalttakt. Die galvanische Trennung im Regelkreis wird durch spezielle Optokoppler gewährleistet.
Schaltspannungsregler
- Mit einem Aufwärtswandler, oder Hochsetzsteller, englisch Boost-Converter, wird eine Eingangsgleichspannung in eine höhere DC-Ausgangsspannung gewandelt.
- Die Abwärtswandler, Tiefsetzsteller, englisch Buck-Converter erzeugen eine niedrigere Ausgangs-DC.
- Mit einem Inverswandler, englisch Buck-Boost-Converter kann die Eingangsgleichspannung in eine höhere oder tiefere DC-Ausgangsspannung entgegengesetzter Polarität gewandelt werden.