Transformatoren für Schaltnetzteile:

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1 Transformatoren für Schaltnetzteile: Schaltnetzteile (Switch Mode Power Supply SMP) werden heute immer häufiger eingesetzt. Die dafür benötigten Wickelteile unterscheiden sich zu denen in konventionellen Netzteilen erheblich. Die induktiven Bauteile werden für eine wesentlich höhere Frequenz (25 bis 300 khz) ausgelegt. Außerdem werden je nach Funktionsprinzip außer dem Transformator mehrere Wickelteile, wie z.b. Entstördrosseln, Powerfaktordrossel und Speicherdrossel, benötigt. Prinzipschaltbild eines Schaltnetzteiles mit den induktiven Bauteilen Alle Schaltnetzteile haben grundsätzlich das gleiche Wirkungsprinzip: Die aus dem Netz kommende Spannung wird gleichgerichtet, oder es steht bereits eine Gleichspannung zur Verfügung. Diese Spannung wird mittels eines Halbleiterschalters, der von einer elektronischen Schaltung angesteuert wird, mit einer entsprechend hohen Frequenz zerhackt. Die dadurch entstehenden Impulse werden über eine Drossel oder einen Transformator auf die gewünschte übersetzt und anschließend über einen Gleichrichter, einer Speicherdrossel und einem Ladekondensator als Gleichspannung ausgegeben. Bei Speisung aus dem Netz muss nach EN ab einer entnommenen Leistung von 75W noch ein Powerfaktor-Drosselwandler vorgeschaltet werden, damit der aus dem Netz entnommene Strom sinusförmig bleibt (cos φ 1). Die Steuerelektronik kann nun so ausgelegt werden, dass die über das Tastverhältnis geregelt wird. Dabei ist die Spannung dann lastunabhängig und das Netzteil kurzschlussfest. Es gibt verschiedene voneinander abweichende Schaltungsformen von Schalnetzteilen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Sperr-, Durchfluss- und Resonanzwandlern. Sperrwandler sind in der Regel alle Drosselwandler und Wandler mit einem Transformator, bei denen die einzelnen Wicklungen als Speicherdrosseln anzusehen sind. Daher ist das Übersetzungsverhältnis bei einem Sperrwandlertransformator auch nicht gleich dem Spannungsübersetzungsverhältnis. In der Leitphase des Schalttransistors wird über die Primärwicklung der Kern aufmagnetisiert. In der Sperrphase des Schalttransistors wird die magnetische Energie des Kernes über die Sekundärwicklung an den Ausgang abgegeben, bei dem Drosselwandler über die gleiche Wicklung. Bei den Flusswandlern wird, wie der Name schon sagt, in der Flussphase des Schalttransistors direkt die Eingangsspannung im Verhältnis der Windungszahlen übertragen und an den Ausgang abgegeben.

2 Der Resonanzwandler ist ein Sonderfall des Flusswandlers. Er benutzt einen Schwingkreis und regelt die nicht über das Tastverhältnis, sondern über eine Änderung der Frequenz. Der Vorteil ist, dass sich die Schalttransistoren im Stromnulldurchgang schalten lassen. Die gebräuchlichsten Schaltungsarten werden im Weiteren mit ihren Vor- und Nachteilen beschrieben. Je nach Anwendungsfall kann man jetzt die günstigste Schaltungsart heraussuchen. Grundsätzliche Kriterien sind z.b. die Leistung, galvanische Trennung, Entstörung, Aufwand, Preis, und Größe. Übersicht der Schaltungsarten: Abwärtswandler Kurzschluss- und Leerlauffestigkeit leicht realisierbar. Geringer Schaltungsaufwand. Ansteuerung muss floaten. Überall dort, wo durch Längsregler zu große Verluste entstehen. Aufwärtswandler Geringer Aufwand, um hohe Spannungen zu erzeugen. Ansteuerung liegt auf Masse. Batteriegeräte, wie z.b. Fotoblitz, Mobiltelefon.

3 Invertierender Wandler Kurzschluss- und Leerlauffestigkeit leicht realisierbar. Geringer Schaltungsaufwand. Ansteuerung muss floaten. im ungeregelten Betrieb nicht leerlauffest. Überall dort, wo eine nicht galvanisch getrennte inverse Spannung benötigt wird. Sperrwandler Geringer Aufwand. Mehrere geregelte en. Leistungen bis ca. 300W. Großer Regelbereich (für Weitbereichsnetzteile ohne Spannungsumschaltung). U ds des Transistors 2 U e. Gute magnetische Kopplung. Großer Kern mit Luftspalt nötig. Eintakt- Durchflusswandler Galvanisch getrennte und geregelte. Leistungen bis ca. 300W. U ds des Transistors 2 U e. Gute magnetische Kopplung. Entmagnetisierungswicklung. Speicherdrossel notwendig.

4 Halbbrücken- Durchflusswandler. Leistungen bis in den kw- Bereich Gute magnetische Kopplung. Aufwendige Ansteuerung der Schalttransistoren, Treibertransformator nötig. Halbbrücken- Gegentaktwandler Leistungen bis in den kw- Bereich Keine besonders gute magnetische Kopplung notwendig selbstsymmetrierend. Aufwendige Ansteuerung der Schalttransistoren, Vollbrücken- Gegentaktwandler Leistungen bis viele kw Keine besonders gute magnetische Aufwendige Ansteuerung der Schalttransistoren. Schaltzeiten müssen symmetrisch sein.

5 Gegentaktwandler mit Paralleleinspeisung Leistungen bis einige 100W U ds des Transistors = 2 U e. Einfache Ansteuerung, Transistoren liegen auf Masse. keine besonders gute magnetische Schaltzeiten müssen symmetrisch sein. Gegentakt- Resonanzwandler. Leistungen bis viele kw.. Keine besonders gute magnetische Aufwendige Ansteuerung der Schalttransistoren, Im Teillastbereich kann die Frequenz in den Hörbereich gelangen.