Aktuell werden immer mehr Schaltnetzteile in der Industrie und im Handwerk verwendet. Worum handelt es sich dabei, und was sollten Sie darüber wissen? Dieser Beitrag liefert Ihnen die Antworten.
Was ist ein Schaltnetzteil?
Ein Schaltnetzteil wird auch als Schaltnetzgerät bezeichnet. Als Abkürzung wird oft SNT oder SMPD verwendet. Dabei handelt es sich um eine Baugruppe, welche elektrische Spannung in eine Gleichspannung eines anderen Levels umwandelt. Im Unterschied zu anderen Geräten hat ein Schaltnetzteil einen hohen Wirkungsgrad. Bei der Verwendung normaler Netzteile mit 50 oder 60 Hertz-Transformatoren bleibt die Spannung zunächst gleich gerichtet, anschließend in eine Wechselspannung mit wesentlich höherer Frequenz umgewandelt und danach wieder gleich gerichtet.
Reguläre Schaltnetzteile verfügen über einen Transformator, der für die galvinische Trennung sowie für die Transformation von Spannung verantwortlich ist. Die übertragene Leistung mit Trafos steigt bei gleich bleibender Masse in etwa proportional zur Frequenz. Das bedeutet, dass Sie bei der Verwendung eines Trafos mit höherer Frequenz auch wesentlich mehr Leistung übertragen können. Gleiches gilt natürlich auch in die Gegenrichtung: Ein Trafo besteht in der Regel aus Eisenkern und Kupferwicklungen. Diese Masse kann bei gleich bleibender Leistung wesentlich verringert werden, was wiederum das Netzteil leichter werden lässt. Aus mehreren Gründen werden die Kerne der Transformatoren von Schaltnetzteilen oft auch aus Materialien wie Eisenpulver gefertigt. Dazu zählen insbesondere die Reduzierung von Wirbelstrom- und Hystereseverlust.
Wann sollten Schaltnetzteile eingesetzt werden?
Aufgrund einer erreichbaren Leistungsdichte, die sehr hoch liegt, kommt es aktuell häufig zum Einsatz von Netzteilen aus Masse- und Materialersparnisgründen. Doch auch Geräte, welche keine sonderlich hohe Leistung besitzen, können einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Bei herkömmlichen Netzteilen ist dies jedoch nicht möglich. Aus diesem Grund werden verstärkt neue Netzteile in Gebrauch genommen, während alte Netzteile eher entfernt werden. Im Leistungsbereich von unter 300 Watt besitzen Netzteile sehr wenige Verluste von Kupfer, was zu einem wesentlich höheren Wirkungsgrad führt als beispielsweise bei Netztrafos. Nicht selten liegt dieser sogar bei über 90 %. Dadurch fällt der Aufbau auch wesentlich leichter und kompakter aus, da der schwere Eisenkern fehlt, welcher zu weiteren Verlusten führen kann.
Durchgeführt wird die Spannungsumsetzung mittels sogenannter Ferritkern-Trafos. Diese dienen entweder als Zwischenspeicher oder arbeiten als Energiespeicher auf einer Speicherdrossel. In der Induktivität wird jeweils so viel Energie gespeichert, wie für den Vorgang jeweils minimal erforderlich ist. Die gesamte Schaltfrequenz wird dabei aus der Ausgangsspannung entfernt. Dadurch gelangt die Frequenz in einen wesentlich weniger störenden Bereich. Darüber hinaus wird auch oft ein weiterer Ferritkern benutzt. Allerdings ist dieser nur bei äußerst hohen Frequenzen wirksam.
Der Trend geht weiterhin stark in die Richtung, immer mehr Schaltnetzteile zu verwenden. Werden diese Netzteile jedoch nicht wie geplant und vorgeschrieben verwendet, können sich immer mehr Störfrequenzen bilden und ausbreiten. Im Jahr 2001 wurde eigens zu diesem Zweck die Regel EN 61000-3-2 festgelegt. Diese besagt, dass Schaltnetzteile über eine Eingangleistung von mindestens 50 bzw. 75 Watt verfügen müssen. Durch eine netzgesteuerte Schaltstufe wird diese Eingangsleistung dann in einen sinusförmigen Stromverlauf gewandelt. Hin und wieder ist es sogar möglich, eine größere Netzdrossel vorzuschalten. Diese kann ebenfalls für den sinusförmigen Eingangsstrom sorgen.