Schaltnetzteile / Computer-Netzteile

Transkript

1 Schaltnetzteile / Computer-Netzteile Die heutigen normalen Computer verbrauchen Leistungen von 300 bis 500 Watt. Zu den größten Stromschluckern gehören Prozessoren, Chipsätze und vor allem Grafikkarten. Die Aufgabe des Schaltnetzteils ist die Erzeugung von kleinen Spannungen und das Liefern von großen Strömen. Die Arbeitsspannungen in einem Computer betragen 12, 5 und 3,3 V. Prozessoren arbeiten intern sogar mit einer noch geringeren Spannung. Das Motherboard kümmert sich dann um die Regelung dieser niedrigen Spannung. Das Heruntersetzen einer Spannung aus dem Stromnetz (230 V) ist mit einem normalen Transformator nicht möglich. Dieser wäre sehr groß und sehr schwer. Deshalb verwendet man Schaltnetzteile. Auch sind die Bauteile in einem Computer sehr empfindlich. Die anliegende Spannung darf maximal 5% von der Betriebsspannung abweichen. Deshalb müssen die Versorgungsspannungen mit einer Aufwendigen Regelung absolut konstant gehalten werden. Mit den üblichen Transformator-Stabilisierungs-Netzteilen ist das nicht möglich. Deshalb gibt es Schaltnetzteile, die für diese Aufgaben ausgelegt sind. Aufbau Ein Schaltnetzteil besteht aus mehreren Einheiten. Zuerst wird die Netzspannung gefiltert. Überspannungen, Oberwellen und andere Netzstörungen sollen gar nicht erst in die weitere Schaltung gelangen. Danach wird durch Gleichrichtung und Siebung aus der Wechselspannung von 230 V eine Gleichspannung von 350 V gemacht. Mit einer Transistorschaltstufe wird aus der Gleichspannung eine Wechselspannung zwischen 35 und 500 khz erzeugt. Mit dieser hohen Frequenz können kleine Transformatoren hohe Leistungen übertragen. Diese Transformatoren haben mehrere Sekundärwicklungen. So können unterschiedliche Spannungen erzeugt werden. Eine spezielle Schaltung sorgt dafür, dass die Spannungen immer konstant bleiben. Dieser geschlossene Regelkreis sorgt auch dafür, dass das Netzteil immer die geforderten Ströme liefern kann. Die können unterschiedlich groß sein. Denn ein Computer zieht nicht immer gleich viel Strom. Die Regelungsschaltung ist darauf eingerichtet. Damit die Regelung funktioniert muss sie mit einer Grundlast arbeiten. Das ist auch der Grund, warum Schaltnetzteile mit einem Verbraucher belastet werden müssen, damit sei beim Einschalten funktionieren. Ist die Last nicht vorhanden, dann kommt es zu Spannungsüberschlägen. Das Netzteil wird dadurch zerstört. Deshalb darf ein Schaltnetzteil nie ohne Verbraucher eingeschaltet werden.

2 Power-Factor-Correction (PFC) / Leistungsfaktorkorrektur Durch die unsymmetrische und nicht sinusförmige Stromentnahme von Computer- und Monitornetzteilen sind deutliche Auswirkungen auf das Stromversorgungsnetz zu beklagen. Der hohe Oberwellenanteil im nicht sinusförmigen Strom sorgt für mehr Verlustleistung, in den Trafostationen, die von den Kraftwerken zusätzlich erzeugt werden muss. Die Strangströme des Dreiphasensystems kompensieren sich kaum noch. Die Folge ist, dass höhere Ausgleichsströme in der Hausverkabelung fließen. Bei entsprechend großen Gebäuden können das mehrere Ampere im zweistelligen Bereich sein. Auswirkungen auf Fernsehgeräte und Hifi-Anlagen sind nicht zu vermeiden. Die Lösung gegen nicht sinusförmigen Strom ist Power-Factor-Correction (PFC) oder zu Deutsch Leistungsfaktorkorrektur. Die gesetzlich Grundlage ist die europaweit geltende Norm DIN EN , die zum inkraftgetreten ist. Diese Regelungen gilt für alle Elektrogeräte ab 75 Watt. Demnach müssen alle ab dem Zeitpunkt hergestellten Netzteile schaltungstechnisch eine Leistungsfaktorkorrektur beinhalten, sobald sie mehr als 75 Watt aus dem Stromnetz ziehen. Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad gibt das Verhältnis von zugeführter und abgegebener Leistung in Prozent an. Ein Wirkungsgrad von 100% gibt es praktisch nicht. Denn jede Schaltung verbraucht für sich auch etwas Energie. Je höher der Wirkungsgrad, desto ökonomischer arbeitet das Schaltnetzteil. Ein Wirkungsgrad von 50 bis 90 Prozent haben die heutigen Schaltnetzteile. Je höher der Wirkungsgrad, desto teurer das Schaltnetzteil. Die dafür benötigten Bauteile sind nicht gerade billig. Netzteile mit 250 bis 300 Watt sind für normale Büro-Computer normal. Mehr Leistung braucht man nur dann, wenn man ein leistungsstarke Grafikkarte braucht, dann sind 350 bis 450 Watt angesagt. Wenn ein stromhungriger Prozessor dabei ist, dann sogar 500 Watt. Wer zwei Grafikkarten im SLI-Verbund einsetzt, der sollte schon ein Netzteil mit mehr als 500 Watt haben. Da nicht jedes Netzteil in der Lage ist konstant bis an seine Leistungsspitze zu arbeiten, empfiehlt es sich ein Schaltnetzteil immer ein paar Watt mehr zu dimensionieren. Für High-End-Gamer wurden sogar schon Schaltnetzteile mit 700, 850 und sogar Watt gesehen.

3 Belegung der PC-Stromversorgungsstecker Alle abgebildeten Stecker befinden sich in der Vorderansicht! Stromversorgung Peripherie Dieser Stecker findet Anschluß an Festplatten und internen Wechselmedien-Laufwerken. Häufig wird dieser Stecker auch für die zusätzliche Stromversorgung von Grafikkarten verwendet. 1 = +12V gelb 2 = Masse schwarz 3 = Masse schwarz 4 = +5V rot Stromversorgung Floppy/Disketten-Laufwerk Dieser Stecker findet Anschluß am Disketten-Laufwerk(3,5 Zoll). 1 = +5V rot 2 = Masse schwarz 3 = Masse schwarz 4 = +12V gelb Stromversorgung PC/AT Bei den alten AT-Netzteilen wird die Stromversorgung über die beiden P8- und P9-Steckern herausgeführt. Die Stecker sind von der Bauform her identisch. Die Belegung der Pins sind jedoch anders. Die beiden Stecker werden nebeneinander auf eine Pfostenleiste auf dem Motherboard gesteckt. Pin P8 P9 1 Power Good (orange) Masse (schwarz) 2 +5V (rot) Masse (schwarz) 3 +12V (gelb) -5V (weiss) 4-12V (blau) +5V (rot) 5 Masse (schwarz) +5V (rot) 6 Masse (schwarz) +5V (rot)

4 Stromversorgung ATX (20-polig) ATX-Netzteile liefern keinen Strom wenn sie nicht mit dem Mainboard verbunden sind. Wird jedoch der Pin 14 mit Masse (z. B. Pin 15) verbunden, dann kann auch das Netzteil eingeschaltet werden (Grundlast im 5V-Kreis muss vorhanden sein). Stromversorgung ATX (24-polig) In manchen Pentium-4-Motherboards werden 24-polige Steckverbinder verwendet. Diese sollen zusätzliche stromführende Kabel an das Motherboard bringen um die Überlastung der anderen Kabel und Steckverbindungen zu entlasten. Ein 20-poliger Stecker passt auch in diese Steckerleiste.

5 Stromversorgung Aux Power (Pentium 4) 1 Masse 2 Masse 3 Masse 4 + 3,3 VDC 5 + 3,3 VDC VDC Aufgrund der erhöhten Stromaufnahme des Pentium 4 ist ein ATX12V-Netzteil(und Gehäuse) erforderlich. Dieser zusätzliche Stecker liefert +3,3VDC und +5VDC um die spannungsführenden Adern des ATX-Steckers zu entlasten. Stromversorgung +12V Power (Pentium 4) Masse 1 Masse V2DC V2DC Der vierpolige Anschluss führt +12V und Masse, und soll den Prozessor speisen(ab 60 Watt aufwärts).