Was ist der Unterschied zwischen einem Schaltnetzteil und einem Standardnetzteil: Merkmale und Unterschiede

Die überwiegende Mehrheit der heutigen elektronischen Geräte wird mit Gleichstrom mit geringer Stromstärke und niedriger Spannung betrieben. Router zum Beispiel verbrauchen 12 Volt und 5 Ampere, während Smartphones in den meisten Fällen 5 Volt und 2 Ampere verbrauchen. Allerdings zirkuliert in einem Haushaltsstromnetz eine ganz andere Art von Strom – Wechselstrom, 60 Hz, 220 Volt und (normalerweise) bis zu 6 Ampere.

Dementsprechend sollte dieser Strom für die Nutzung elektronischer Geräte in einem Hausnetz irgendwie umgewandelt werden. Dafür werden die Kraftpakete verwendet. Ihre Aufgabe ist es, den Strom so umzuwandeln, dass er eine bestimmte Spannung, Stärke und Frequenz erhält (Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom).

Und wenn es darum geht, ein geeignetes Netzteil auszuwählen oder selbst zu bauen, sind die beiden gängigsten Möglichkeiten die konventionelle, auch Transformator genannt, und die gepulste. Und was der Unterschied ist, abgesehen von der baulichen Komplexität, ist nicht immer klar. In diesem Artikel werden wir uns die Unterschiede zwischen einem Schaltnetzteil und einem herkömmlichen Netzteil ansehen und ihre Unterschiede und Eigenheiten untersuchen.

Herkömmliche Netzteile (Transformator-Typ)

Transformator-Stromversorgungen sind eines der ersten Geräte, die Elektrizität umwandeln. Sie sind vom analogen Typ, einfach im Aufbau und vergleichsweise robust. Aber sie haben auch einige große Nachteile, z. B. sind sie zu groß.

Der Transformator ist das wichtigste Funktionselement eines solchen Netzteils. Es besteht aus zwei Induktionsspulen. Der erste speist Strom aus einem 220-Volt-Haushaltsnetz und erzeugt ein elektromagnetisches Feld von. Sie induziert eine Induktion und erzeugt eine elektromotorische Kraft auf die zweite. So wird eine Spannungsreduzierung erreicht.

Der an der Reduktionsspule erzeugte elektrische Strom wird dann dem Gleichrichter zugeführt. Sie besteht im Allgemeinen aus einer Reihe von Leistungsdioden in einer Brückenschaltung. Ein parallel zur Diodenbrücke geschalteter Kondensator dient zur Glättung pulsierender Spannungen, die dann von den Leistungstransistoren stabilisiert werden.

Das Endergebnis ist ein Gleichstrom mit einer bestimmten Spannung und Stärke. Spezielle Trimmwiderstände, die in der Stabilisierungsschaltung enthalten sind, dienen zur Einstellung der Betriebsparameter.

Konventionelle Netzteile (Transformator) zeichnen sich durch maximale strukturelle Einfachheit aus. Im Schaltplan eines elementaren Gerätes gibt es nur drei Teile: Das Spulensystem, die Diodenbrücke und den Kondensator.

Die wichtigsten Vorteile herkömmlicher Stromversorgungen:

1. Einfacher Zusammenbau und Design. Sie können Ihr eigenes Netzteil selbst bauen – Sie müssen nur wissen, wie es funktioniert und wofür Sie es genau verwenden wollen;

2. Hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit. Praktisch unbegrenzte Lebensdauer bei korrektem Betrieb. So ist es heute noch möglich, funktionierende Modelle zu finden, die vor mehreren Jahrzehnten hergestellt wurden;

3. Verfügbarkeit von Zubehör. Sie können alle notwendigen Teile auf Radiomärkten, bei Funkamateuren und in Spezialgeschäften kaufen, Sie müssen keine speziellen Chips aus dem Ausland bestellen;

4. Erzeugen Sie keine Funkwellenstreuströme. Dadurch wird sichergestellt, dass es praktisch keine Störungen im Stromnetz oder bei den Endnutzern gibt.

Die wichtigsten Nachteile herkömmlicher Stromversorgungen:

1. Geringe Effizienz. Bei der Übertragung von Elektrizität mit Hilfe eines Transformators geht ein großer Teil der Energie einfach verloren. Darüber hinaus geht ein gewisser Wirkungsgrad verloren, weil am Ausgang ein Stabilisator eingesetzt wird, um stabile Betriebsparameter zu erhalten;

2. Groß. Je leistungsstärker das Netzteil ist, desto größer sind sein Gewicht und seine Abmessungen. Dies hat zur Folge, dass Einheiten mit hoher Leistung eine geringe Mobilität aufweisen können;

3. ein erhebliches elektromagnetisches Feld erzeugen. So können sie in anderen Signalleitungen – wie Koaxialkabeln oder Twisted-Pair-Kabeln – Rauschen verursachen.

All diese Mängel sind so kritisch, dass herkömmliche Netzteile heute im Alltag kaum noch verwendet werden. Stattdessen werden Schaltnetzteile.

Schaltnetzteile

Schaltnetzteile sind komplexe, inverterartige Geräte. Ihr Hauptunterschied zu den Standardgeräten besteht darin, dass die Eingangsspannung direkt in den Gleichrichter eingespeist wird. Er erzeugt dann Impulse mit einer bestimmten Frequenz. Dafür ist ein separates Steuerungssubsystem zuständig, so dass die Impuls-Netzteile vollständig digitale Geräte sind.

Da Schaltnetzteile vom Aufbau und Prinzip her komplex sind, ist es nicht angebracht, ihre Schaltung im Rahmen dieses Artikels zu erörtern.

1. Der Strom aus dem Netz fließt durch einen Netzfilter, der die ein- und ausgehenden Verzerrungen minimiert;

2. Der Wandler wandelt sinusförmigen Wechselstrom in gepulsten Gleichstrom um;

3. Der Wechselrichter, der über ein Steuermodul gesteuert wird, erzeugt aus gepulstem Gleichstrom rechteckige, hochfrequente Signale;

4. Der Strom wird an einen Überspannungstransformator geliefert, der die verschiedenen Komponenten des Netzteils selbst sowie die Last mit Spannung versorgt;

5. Der Strom wird dann in den Ausgangsgleichrichter eingespeist und anschließend durch den Ausgangsfilter geglättet.

Dieses System bietet nicht nur eine hohe Effizienz, sondern auch kleine Abmessungen. Und je höher die Pulsrate, desto kompakter wird das Netzteil durch die geringere Größe des Transformators.

Die wichtigsten Vorteile von Schaltnetzteilen:

1. Hoher Wirkungsgrad, in der Regel etwa 98 %. Geringe Verluste entstehen durch Transienten, die beim Schalten des Schalters auftreten. Diese sind jedoch zu gering, um berücksichtigt werden zu können;

2. Kompakte Größe und geringes Gewicht. Dies liegt daran, dass Schaltnetzteile keinen massiven Transformator benötigen.

Die wichtigsten Nachteile von Schaltnetzteilen:

1. Komplexität des Entwurfs. Es ist praktisch unmöglich, ein solches Gerät zu Hause ohne Kenntnisse in Elektronik oder Elektrotechnik zusammenzubauen;

2. Erhebliche Erwärmung während des Betriebs. Daher werden Hochleistungs-Schaltnetzteile mit zusätzlichen Kühlsystemen ausgestattet, was zu einer Zunahme von Größe und Gewicht führt;

3. Das Vorhandensein von hochfrequentem Lärm. Daher sind diese Netzteile für den Einsatz in empfindlichen Geräten mit einem Rauschfilter ausgestattet, aber auch dieser bietet keinen 100-prozentigen Schutz gegen solche „Schrottsignale“;

4. Die an die Last abgegebene Leistung muss innerhalb des Nennbereichs liegen. Änderungen der Ausgangsspannung werden beobachtet, wenn sie über- oder unterschritten wird. In der Regel antizipieren die Hersteller dieses Phänomen und bieten einen Schutz gegen solche abnormalen Situationen.

Kompakte Größe und hoher Wirkungsgrad haben Schaltnetzteile weit verbreitet gemacht. Heutzutage werden sie in Batterieladegeräten für mobile Elektronik, Computer und Haushaltsgeräte sowie in elektronischen Vorschaltgeräten für Beleuchtungskörper verwendet.

Vergleich von Schaltnetzteilen und herkömmlichen Netzteilen

Vergleichen wir diese beiden Arten von Geräten, um festzustellen, welches in dieser oder jener Situation besser geeignet ist.

Unter sonst gleichen Voraussetzungen sind Schaltnetzteile vorzuziehen. Sie bieten eine höhere Effizienz und wiegen dennoch einige zehn Gramm. Für einige Präzisionsanwendungen sind jedoch konventionelle Designs besser geeignet, da sie das Ausgangssignal nicht durch Störungen blockieren.