Schaltnetzteile – Allgemeine Prinzipien, Vor- und Nachteile
Schon heute ist es schwierig, in jedem Haushaltsgerät oder Netzteil einen Eisentransformator zu finden. In den 1990er-Jahren gerieten sie zunehmend in Vergessenheit und wichen Schaltwandlern bzw. Schaltnetzteilen (kurz: SMPS).
Schaltnetzteile übertreffen Transformatoren hinsichtlich Größe und Qualität der resultierenden Gleichspannung, verfügen über umfangreiche Möglichkeiten zur Regelung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms und sind traditionell mit einem Ausgangsüberlastschutz ausgestattet. Und obwohl man davon ausgeht, dass Schaltnetzteile die Hauptverursacher von Störungen im Haushaltsnetz sind, lässt sich ihre weit verbreitete Verbreitung nicht rückgängig machen.
Transformatorversorgung:
Schaltstrom:
Schaltnetzteile verdanken ihre Allgegenwärtigkeit Halbleiterschaltern – Feldeffekttransistoren Und Diode Schottky… Es ist der Feldeffekttransistor, der zusammen mit einer Drossel oder einem Transformator das Herzstück jedes modernen Schaltnetzteils ist: in Wechselrichtern, Schweißgeräten, unterbrechungsfreien Stromversorgungen, Einbaunetzteilen für Fernseher, Monitore usw. — Heutzutage werden fast überall in der Spannung nur Impulsumwandlungsschaltungen verwendet.
Das allgemeine Funktionsprinzip eines Impulsumrichters basiert auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion und ist darin ähnlich mit jedem Transformator… Der einzige Unterschied besteht darin, dass eine Wechselspannung mit einer Netzfrequenz von 50 Hz direkt an die Primärwicklung eines herkömmlichen Netztransformators angelegt und direkt umgewandelt (und ggf. gleichgerichtet) und in einem Schaltnetzteil die Netzspannung umgewandelt wird wird zunächst gleichgerichtet und in Gleichstrom umgewandelt und dann in einen Impuls umgewandelt, der mithilfe einer speziellen Hochfrequenzschaltung (im Vergleich zum 50-Hertz-Netz) weiter erhöht oder verringert wird.
Ein Schaltnetzteil umfasst mehrere Hauptkomponenten: einen Netzgleichrichter, einen Schalter (oder Schalter), einen Transformator (oder eine Drossel), einen Ausgangsgleichrichter, eine Steuereinheit sowie eine Stabilisierungs- und Schutzeinheit. Gleichrichter, Schalter und Transformator (Drossel) bilden die Basis des Leistungsteils der SMPS-Schaltung, während die Elektronikblöcke (einschließlich des PWM-Controllers) zum sogenannten Treiber gehören.
Die Netzspannung wird also über den Gleichrichter dem Kondensator des Netzfilters zugeführt, wo auf diese Weise eine konstante Spannung entsteht, deren Maximum je nach aktuellem Mittelwert der Netzspannung zwischen 305 und 340 Volt liegt ( von 215 bis 240 Volt).
Die gleichgerichtete Spannung wird in Form von Impulsen an die Primärwicklung des Transformators (Drossel) angelegt, deren Wiederholfrequenz üblicherweise durch den Schlüsselsteuerkreis und deren Dauer durch den durchschnittlichen Strom der versorgten Last bestimmt wird .
Ein Schalter mit einer Frequenz von mehreren zehn bis mehreren hundert Kilohertz verbindet und trennt die Primärwicklung des Transformators oder der Drossel mit dem Filterkondensator und kehrt so die Magnetisierung des Transformators oder der Drossel um.
Der Unterschied zwischen einem Transformator und einer Drossel: Bei einer Drossel sind die Phasen der Energiespeicherung von der Quelle zum Kern und der Energieübertragung vom Kern durch die Wicklung zur Last zeitlich getrennt, während dies bei einem Transformator gleichzeitig geschieht.
Die Drossel wird in Wandlern ohne galvanische Trennung der Topologien verwendet: Boost-Boost, Step-Down, sowie in Wandlern mit galvanischer Trennung der umgekehrten Topologie. Der Transformator wird in Wandlern mit galvanischer Trennung der folgenden Topologien eingesetzt: Brücke-Vollbrücke, Halbbrücke-Halbbrücke, Gegentakt-Gegentakt, Vorwärts-Vorwärts.
Der Schalter kann einzeln sein (Hochsetzsteller, Vorwärtswandler, Hoch- oder Tiefsetzsteller ohne galvanische Trennung) oder der Leistungsteil kann mehrere Schalter umfassen (Halbbrücke, Brücke, Push).
Der Steuerkreis des/der Schalter(s) empfängt vom Ausgang der Quelle ein Rückkopplungssignal für die Spannung oder für Spannung und Strom der Last, entsprechend dem Wert dieses Signals, der Breite (Einschaltdauer) des Impulses, der Die Dauer des leitenden Zustands des Schalters wird automatisch angepasst.
Die Ausgabe ist wie folgt angeordnet. Von der Sekundärwicklung des Transformators oder Induktors oder von der einzelnen Wicklung des Induktors (wenn es sich um einen Wandler ohne galvanische Trennung handelt) wird dem Filter über die Schottky-Dioden eines Vollweggleichrichters eine gepulste Spannung zugeführt Kondensator.
Es gibt auch einen Spannungsteiler, von dem das Spannungsrückkopplungssignal empfangen wird, und möglicherweise ist auch ein Stromsensor vorhanden. Die Last ist über einen zusätzlichen Ausgangstiefpassfilter oder direkt mit dem Filterkondensator verbunden.