Was ist ein Schaltnetzteil und wie wird es verwendet?

Elektrotechniker bei der Arbeit
© foto ARts – Fotolia.com

Ein Schaltnetzteil, auch Schaltnetzgerät genannt und mit SNT bzw. SMPS abgekürzt, ist eine Baugruppe, die eine Spannung (entweder Gleichspannung oder auch Wechselspannung) in eine Gleichspannung aus einem anderen Level umwandelt. Ein Schaltnetzteil hat im Gegensatz zu anderen Geräten einen sehr hohen Wirkungsgrad, wie zum Beispiel einem Spannungsregler. Bei normalen Netzteilen mit 50 bzw. 60 Hertz-Transformatoren wird die Spannung zuerst auch gleich gerichtet, dann wird sie jedoch in eine Wechselspannung mit viel höherer Frequenz umgewandelt und nach Beendung des Transformation wird die Spannung wieder gleich gerichtet. 

Normale Schaltnetzteile enthalten einen Transformator für die galvanische Trennung und für die Spannungstransformation. Die Leistung die mit Trafos übertragen wird, steigt bei konstanter Masse ungefähr proportional zu der Frequenz. Wenn also ein Trafo mit höherer Frequenz verwendet, dann kann viel mehr Leistung übertragen werden. Das gilt jedoch auch umgekehrt: Denn die Masse des Trafos die aus einem Eisenkern und Kupferwicklungen besteht, kann bei jedoch gleicher Leistung um einiges verringert werden, wobei das Netzteil leichter wird. Die Kerne der Trafos von Schaltnetzteilen werden für verschiedene Dinge auch oft aus Eisenpulver oder aus ferromagnetischer Keramik) gefertigt. Hierzu zählen zum Beispiel die Verringerung der Hysterese- und Wirbelstromverlust.

Wann werden Schaltnetzteile eingesetzt?

Wegen der sehr hohen erreichbaren Leistungsdichte werden Netzteile vor allem eingesetzt, um Dinge wie Material und Masse zu sparen. Netzteile, die eine weniger starke Leistung haben, können jedoch trotzdem einen sehr hohen Wirkungsgrad haben. Dies ist jedoch bei konventionellen Netzteilen nicht der Fall. Deshalb werden immer mehr neue Netzteile verwendet und sich von den konventionellen Netzteilen entfernt. Schaltnetzteile besitzen wegen der wenigen Verluste an Kupfer im Leistungsbereich unter einem Bereich von ungefähr 300 Watt einen viel höheren Wirkungsgrad als Netztrafos, der oft sogar über 90% liegt. Deshalb können diese auch viel leichter und kompakter aufgebaut werden als die Gegenstücke, die einen sehr schweren Eisenkern enthalten und zusätzliche Verluste verursachen werden.

Die Spannungsumsetzung wird durch einen sogenannten Ferritkern-Trafo durchgeführt, der entweder als Energie-Zwischenspeicher dient oder auf eine sogenannte Speicherdrossel als deren Energiespeicher arbeitet. Es wird jeweils so viel Energie in der Induktivität gespeichert, die für die Belastung mindestens erforderlich ist. Meistens ist es jedoch wichtig, dass die komplette Schaltfrequenz, auch Welligkeit genannt, aus der Ausgangsspannung entfernt wird. Somit wird die Frequenz in einen viel weniger störenden Frequenzbereich gelegt. Häufig wird auch ein zusätzlicher Ferritkern verwendet, der jedoch nur bei sehr hohen Frequenzen wirksam ist.

Da Schaltnetzteile immer mehr verwendet werden, gibt es immer mehr stärkere Maße, die sich auf den ganzen Störfrequenzen ausbreiten, wenn die Netzteile nicht wie vorgeschrieben und geplant verwendet werden. Seit 2001 gibt es eine neue Regel, die EN 61000-3-2. Durch diese Regel ist festgeschrieben, dass Schaltnetzteile eine Eingangsleistung ab 50 Watt bzw. 75 Watt hat. Diese Eingangsleistung wird durch eine netzgesteuerte Schaltstufe zu einem sinusförmigen Stromverlauf verwandelt. Manchmal ist es jedoch auch möglich, eine große Netzdrossel vorzuschalten, damit diese für einen sinusförmigen Eingangsstrom sorgt.

Kommentare sind abgeschaltet.