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Was ist ein Schaltnetzteil?
Ein Schaltnetzteil (Switched-Mode Power Supply, SMPS) ist eine elektronische Schaltung, die Strom mit Hilfe von Schaltgeräten umwandelt, die mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet werden. Dabei kommen Speicherkomponenten wie Induktivitäten oder Kondensatoren zum Einsatz, um Strom zu liefern, wenn sich das Schaltgerät im nichtleitenden Zustand befindet.
Schaltnetzteile haben einen hohen Wirkungsgrad und werden häufig in einer Vielzahl von elektronischen Geräten verwendet, einschließlich Computern und anderen empfindlichen Geräten, die eine stabile und effiziente Stromversorgung benötigen.
Häufig wird ein Schaltnetzteil auch als getaktete Stromversorgung oder Schaltnetzteil bezeichnet.
Techopedia erklärt Schaltnetzteile
Schaltnetzteile werden nach der Art der Eingangs- und Ausgangsspannung eingeteilt. Die vier wichtigsten Kategorien sind:
- Wechselstrom zu Gleichstrom
- Gleichstrom zu Gleichstrom
- Gleichstrom zu Wechselstrom
- Wechselstrom zu Wechselstrom
Ein einfaches isoliertes Wechsel-/Gleichstromnetztzeil besteht aus
Eingangsgleichrichter und Filter
Wechselrichter, bestehend aus Schaltelementen wie MOSFETs
Transformator
Ausgangsgleichrichter und Filter
Rückkopplungs- und Steuerschaltung
Die Gleichstromversorgung vom Gleichrichter oder der Batterie wird dem Wechselrichter zugeführt, wo sie bei hohen Frequenzen zwischen 20 kHz und 200 kHz durch den Schalt-MOSFET oder die Leistungstransistoren ein- und ausgeschaltet wird. Die hochfrequenten Spannungsimpulse des Wechselrichters werden der Primärwicklung des Transformators zugeführt, und der sekundäre Wechselstromausgang wird gleichgerichtet und geglättet, um die erforderlichen Gleichspannungen zu erzeugen. Eine Rückkopplungsschaltung überwacht die Ausgangsspannung und weist die Steuerschaltung an, das Tastverhältnis anzupassen, um die Ausgangsspannung auf dem gewünschten Niveau zu halten.
Es gibt verschiedene Schaltungskonfigurationen, die als Topologien bezeichnet werden und jeweils einzigartige Eigenschaften, Vorteile und Betriebsarten aufweisen, die bestimmen, wie die Eingangsleistung an den Ausgang übertragen wird.
Die meisten häufig verwendeten Topologien, wie Flyback, Gegentakt, Halbbrücke und Vollbrücke, bestehen aus einem Transformator, der die Isolation, Spannungsskalierung und mehrere Ausgangsspannungen bereitstellt. Nicht isolierte Konfigurationen haben keinen Transformator und die Energieumwandlung erfolgt durch induktive Energieübertragung.
Vorteile von Schaltnetzteilen:
- Hoher Wirkungsgrad von 68 % bis 90 %
- Geregelter und zuverlässiger Output, unabhängig von Eingangsspannungsschwankungen
- Klein und leicht
- Flexible Technologie
- Hohe Leistungsdichte
Nachteile von Schaltnetzteilen:
- Verursacht elektromagnetische Störungen
- Komplexer Schaltungsaufbau
- Teurer als lineare Stromversorgungen
Schaltnetzteile werden zur Stromversorgung einer Vielzahl von Geräten eingesetzt, z. B. für Computer, empfindliche Elektronik, batteriebetriebene Geräte und andere Geräte, die einen hohen Wirkungsgrad erfordern.
Fazit
Ein Schaltnetzteil ist eine effiziente elektronische Schaltung, die Strom durch schnelles Schalten umwandelt und Speicherkomponenten wie Induktivitäten und Kondensatoren nutzt.
Mit einem hohen Wirkungsgrad von 68 % bis 90 % und einer stabilen Ausgangsspannung eignet sich das Schaltnetzteil ideal für Computer, empfindliche Elektronik und batteriebetriebene Geräte.
Es ist leicht und kompakt, aber komplexer und teurer als lineare Stromversorgungen und kann elektromagnetische Störungen verursachen. Die Flexibilität und hohe Leistungsdichte machen es in vielen Anwendungen unverzichtbar.
