Funktionsweise von Linear- und Schaltnetzteilen

Primärwicklungen in einem Transformator-Netzteil

Wie viele Primärwicklungen findet man in einem Transformator-Netzteil? In einem Transformator gibt es in der Regel nur eine Primärwicklung, über die die Energie aus dem Stromnetz zugeführt wird.

Schema einer linearen Stromversorgung

Bei einer linearen Stromversorgung durchläuft die Hochspannung des Netzes einen Transformator. Diese Schaltung passt die Ebene des Netzsignals an die für den Betrieb benötigte Spannung an. Am Eingang und am Ausgang des Transformators liegen Wechselspannungen vor.

Anschließend durchläuft das Signal einen Gleichrichter, der die Wechselspannung des Transformators in eine pulsierende Gleichspannung umwandelt. Danach folgt ein Filter, der die Schwankungen der Ausgangsspannung reduziert, sodass das Signal weitgehend stabil ist. Schließlich sorgt ein Stabilisator dafür, dass die Ausgangsspannung jederzeit den exakten Wert für die Vorspannung beibehält. Hierfür regelt er seinen inneren Widerstand, um Schwankungen der Eingangsspannung zu neutralisieren.

Vorteile von Schaltnetzteilen gegenüber linearen Netzteilen

Schaltnetzteile (SMPS) bieten im Vergleich zu linearen Netzteilen folgende Vorteile:

• Bessere Energieeffizienz: Sie arbeiten effizienter und entwickeln weniger Abwärme.
• Kompakte Bauweise: Größe und Gewicht werden deutlich reduziert.
• Kosteneffizienz: Ein geringerer Verbrauch ermöglicht den Einsatz weniger leistungsstarker und somit günstigerer Komponenten, was die Schaltungskosten senkt.
• Sicherheit: Schaltnetzteile gelten zudem als sicherer als lineare Modelle.

SMPS-Steuerungstechniken

Variieren der Signalfrequenz

Wenn man ein Signal mit variabler Frequenz an die Schalter des Transformators anlegt, ändert sich die Menge der injizierten Energie.

Pulsdauermodulation (PWM)

Hierbei wird das Tastverhältnis des Steuersignals variiert. Obwohl sich die Frequenz nicht ändert, fließt bei einer längeren Einschaltdauer (High-Pegel) mehr Strom durch die Primärwicklung.

Die Rolle der Stand-by-Stromversorgung

Im Stand-by-Modus ist das Gerät in den meisten Funktionen inaktiv, kann jedoch über eine Fernbedienung wieder aktiviert werden. Diese Betriebsart setzt voraus, dass das Netzteil permanent in Betrieb bleibt, um die Steuerungsfunktionen und den Empfänger für die Fernbedienungsdaten zu versorgen.

Die Quelle muss dabei alle nicht essenziellen Schaltungen trennen, um die Leistungsaufnahme im Ruhezustand zu minimieren. Diese Operationen werden unter anderem durch den Transistor Q1 erreicht. Dieser wird durch die Widerstände R1 und R4 polarisiert und dient als elektronischer Schalter, der zwischen den Zuständen Cutoff (Sperrung) und Sättigung wechselt.