Das eBook Angewandte Mikroelektronik wurde von Hans Lohninger zur Unterstützung verschiedener Lehrveranstaltungen geschrieben. Weitere Informationen finden sie hier.


Schaltnetzteile

Da der Wirkungsgrad von linearen Netzteilen sehr niedrig liegen kann (kleiner 30 %), versucht man durch andere Schaltungskonzepte, den Wirkungsgrad zu erhöhen. Ein Weg zu einem besseren Wirkungsgrad ist der Einsatz von Schaltreglern, die einen Wirkungsgrad von über 80 % erreichen können. Rein theoretisch kann ein Schaltregler einen Wirkungsgrad von 100 % erreichen, da er nur reaktive Bauelemente (Spulen und Kondensatoren) und Schalter zur Spannungswandlung einsetzt. Die Ohm'schen Verluste in den realen Bauelementen und die Energie zum Betrieb des Regelverstärkers erniedrigen jedoch den theoretischen Wirkungsgrad.

Zur Illustration der Vorteile eines Schaltreglers sei ein linearer Regler mit einem Schaltregler für 5V/4A verglichen. Um den sicheren Betrieb eines linearen Reglers bei 4A Laststrom zu gewährleisten, muss die Eingangsspannung für 5V Ausgangsspannung nominell 14V betragen. Dies bedeutet, dass der lineare Regler 36W Verlustleistung aufweist. Der Transformator muss für ca. 62 VA ausgelegt werden. Ein Schaltregler hingegen (z.B. L296) benötigt bei diesen Bedingungen nur 7W Verlustleistung. Ein entsprechender Transformator braucht dann lediglich für ca. 33 VA ausgelegt sein. Als Folge der niedrigen Verlustleistung im Schaltregler wird für diesen außerdem ein kleinerer Kühlkörper benötigt.

  linear Schaltregler
Verlustleistung im Regler 36 W 7 W
Transformator 62 VA 33 VA
Kühlkörper 1 K/W 5 K/W

Man unterscheidet bei Schaltreglern zwischen primär und sekundär getakteten Reglern. Primär getaktete Regler erzeugen aus der Netzspannung direkt eine Gleichspannung von etwa 400 V und aus dieser hohen Gleichspannung die gewünschte niedrige Gleichspannung (z.B. 5 V). Solche Regler besitzen einen sehr hohen Wirkungsgrad und werden vor allem in Computernetzteilen verwendet. Da deren Aufbau jedoch schwierig und gefährlich ist, sollen hier nur die sekundär getakteten Schaltregler besprochen werden.

Sekundär getaktete Regler verwenden als Eingangsspannung eine niedrige Gleichspannung (z.B. 30 V), wie sie von einfachen, ungeregelten Netzteilen zur Verfügung gestellt wird. Diese Gleichspannung kann nun je nach Schaltungsart des Reglers erniedrigt (Abwärtsregler), erhöht (Aufwärtsregler) oder invertiert (invertierender Schaltregler) werden. Im Folgenden sind die drei Grundtypen von sekundär getakteten Schaltreglern näher besprochen.


Last Update: 2008-05-31