Informations- und Kommunikationstechnik

Netzteile - eine allgemeine Übersicht

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.

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.

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.

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