Theorie: Schaltnetzteile. Schema, Beschreibung

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Theorie: Schaltnetzteile. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anfänger Funkamateur

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Herkömmliche Netzteile mit einem Niederfrequenztransformator, einem Gleichrichter und einem Stabilisator sind einfach, zuverlässig, stören praktisch nicht, weisen jedoch bei hoher Ausgangsleistung erhebliche Abmessungen, Gewicht und einen geringen Wirkungsgrad auf. Diese Mängel machen sich insbesondere bei hohen Leistungen bemerkbar. Die Abmessungen und das Gewicht des Transformators sowie die Kapazität von Glättungskondensatoren nehmen mit zunehmender Frequenz des Versorgungsnetzes ab. In diesem Zusammenhang verfügen einige lokale Stromnetze, insbesondere militärische, über eine erhöhte Frequenz (400 Hz).

In Haushaltsgeräten, insbesondere in modernen Fernsehgeräten und Computern, werden Schaltnetzteile verwendet (Abb. 70), deren Funktionsprinzip wie folgt ist. Die Netzspannung 220 V wird durch eine Diodenbrücke VD1-VD4 gleichgerichtet. Die resultierende Gleichspannung von etwa 300 V wird an einen Generator angelegt, der eine Folge von Impulsen erzeugt, die einen kleinen Impulstransformator T1 auf einem Ferrit-Magnetkreis speisen. Es sorgt außerdem für eine galvanische Trennung der mit Strom versorgten Geräte vom Stromnetz.

Theorie: Schaltnetzteile

Um das Eindringen von Impulsstörungen in das Versorgungsnetz zu reduzieren, muss unbedingt ein Filter mit Drosseln Lf und Kondensatoren Cf installiert werden. Der Widerstand R1 wird benötigt, um den Strom durch die Gleichrichterdioden im Moment des Einschaltens zu begrenzen, wenn der Oxidkondensator C1 (mit einer Kapazität von bis zu 100 Mikrofarad oder mehr) noch nicht geladen ist. Ein Keramikkondensator C2 mit deutlich geringerer Kapazität reduziert die hochfrequente Welligkeit der gleichgerichteten Spannung im Generatorbetrieb.

Ein leistungsstarker Hochspannungstransistor VT1 arbeitet im Schlüsselmodus mit hohem Wirkungsgrad. Es wird durch die Impulse des Generators geöffnet und erzeugt einen Strom in der Primärwicklung des Transformators. Die Stoßspannung der Sekundärwicklungen (III und IV) wird gleichgerichtet und geglättet. Eine weitere Wicklung (II) speist die Stabilisierungsschaltung, die die Dauer und/oder Frequenz der Impulse so steuert, dass die Spannungen U1 und U2 stabilisiert werden.

Eine ausführlichere Beschreibung von Schaltnetzteilen finden Sie in Fachzeitschriftenartikeln und Fachliteratur. In leistungsstarken Schaltnetzteilen kommen sowohl Gegentaktgeneratoren als auch Gleichrichter zum Einsatz. Impulsgeneratoren und Stabilisierungsschaltungen (in Abb. 70 durch Rechtecke gekennzeichnet) werden heute häufig in Form von vorgefertigten integrierten Schaltkreisen hergestellt.

Schaltspannungsstabilisatoren werden nach ähnlichen Schemata ausgeführt, verwenden jedoch anstelle eines Transformators Drosseln auf Ferrit-Magnetkernen. Betrachten Sie die Schaltung eines Tiefsetzsteller-Stabilisators (Abb. 71), der beispielsweise aus unstabilisierten 5 ... 12 V eine stabilisierte Spannung von 18 V erzeugt. Er arbeitet mit hohem Wirkungsgrad (nur bei stabilem Laststrom) 90 % oder mehr erreichen. Das bedeutet, dass der Strom in der Last mehr als verbraucht wird!

Theorie: Schaltnetzteile

Der Schlüsseltransistor VT1 wird durch kurze Impulse vom Hauptoszillator eingeschaltet. Der Strom in der Drossel L1 steigt während des Impulses auf einen relativ großen Wert (in der Größenordnung des Laststroms) an. Wenn der Transistor am Ende des Impulses schließt, fließt der Strom in der Induktivität weiter durch die geöffnete Diode VD1, bis der nächste Impuls beginnt. Dabei wird die im Magnetfeld des Induktors gespeicherte Energie verbraucht.

Die Stabilisierungsschaltung regelt die Dauer bzw. Wiederholungsrate der Impulse, sodass die Ausgangsspannung unverändert bleibt. Wenn beispielsweise die Ausgangsspannung steigt, verringert sich die Impulsdauer.

Da Schaltregler Rauschen erzeugen, benötigen sie eine gute Spannungsfilterung am Ein- und Ausgang.

Autor: V.Polyakov

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