Wie funktioniert ein Netzteil?

Ein Batterieeliminator oder eine einstellbare Stromversorgung ist ein Gerät, das anstelle von Batterien verwendet werden kann. Es benötigt Netzstrom und wandelt ihn in 3V, 4,5V, 6V, 9V oder 12V DC um, so dass eine gleichwertige Spannung für verschiedene Batterietypen geliefert werden kann. Die Auswahl der Spannung erfolgt in der Regel durch Drehen eines kleinen Reglers am Gehäuse der Stromversorgung. wie funktioniert ein netzteil, werden wir Ihnen hier erklären. Einstellbare Netzteile werden in der Regel mit einer Reihe von Adaptern geliefert, die es ihnen ermöglichen, die meisten elektronischen Geräte anzuschließen (vorausgesetzt, sie haben einen Power-In-Anschluss).

Externe Netzteile

Wenn ein Elektronikprodukt mit einem Netzteil verkauft wird, wird dieses an einer Spannung und einem Stecker befestigt. Dadurch wird es etwas billiger als die einstellbare Alternative.

Kennzeichnung

Wenn Sie sich ein Netzteil ansehen, wird es Ihnen sagen, was die Eingangsspannung und -strom sowie die Ausgangsspannung und -strom sind, es kann auch anzeigen, welcher Pin am Ausgangsanschluss Masse und Leistung ist. Sie werden auch einige Symbole sehen; die Bedeutung dieser Symbole wird im Folgenden beschrieben:

So funktionieren Netzteile

Ein Netzteil wird verwendet, um den Netzstrom bei 240 Volt AC auf etwas Brauchbareres zu reduzieren, z.B. 12 Volt DC. Es gibt zwei Arten von Stromversorgungen, den linearen und den Schaltmodus.

Eine lineare Stromversorgung verwendet einen Transformator, um die Spannung zu reduzieren. Das Verhältnis der Primärwicklungen (an das Netz angeschlossen) zur Anzahl der Sekundärwicklungen (an den Ausgang angeschlossen) würde das Verhältnis der um 20:1 reduzierten Spannung ergeben, in diesem Fall reduziert ein Verhältnis von 20:1 den 240 Volt AC-Eingang auf 12 Volt AC an den Sekundärwicklungen.

Ein Schaltnetzteil funktioniert, indem es den Netzstrom sehr schnell ein- und ausschaltet, um die Spannung zu reduzieren. In diesem Fall hängt die Spannungsabsenkung vom Verhältnis der Ein- und Ausschaltzeit ab. Das Umschalten erfolgt sehr schnell, mit 10.000 mal pro Sekunde oder schneller. Mit dieser Technik kann der sperrige Transformator in einer linearen Versorgung durch einen kleineren ersetzt werden.

Nachfolgend finden Sie ein Blockschaltbild eines Schaltnetzteils. Das Wechselstromsignal wird gleichgerichtet und geregelt, um eine hohe Gleichspannung zu erzeugen. Diese wird dann durch einen FET schnell ein- und ausgeschaltet. Dann geht das Schaltsignal durch einen Transformator, der zwar die Spannung reduzieren kann, aber den Ausgang vom Netz trennt (aus Sicherheitsgründen).

Die Rückführung des Ausgangs wird dann verwendet, um das Markierungsflächenverhältnis der Schaltung so zu steuern, dass der Ausgang auf der erforderlichen Spannung bleibt. Der Transformator, der in einer Schaltnetzteil verwendet wird, ist viel kleiner und billiger als der Typ, der in einer linearen Stromversorgung verwendet wird, muss aber in der Lage sein, die höheren Schaltfrequenzen zu verarbeiten.

Transformatoren

Wir haben bereits erwähnt, dass es zwei Arten von Transformatoren gibt, die bei niedrigen Frequenzen (50Hz) in einem linearen Netzteil und die bei Schaltnetzteilen verwendete Hochgeschwindigkeitsversion (>10KHz). Der lineare Netzteiltransformator verwendet typischerweise einen Stahlkern.

Da Wirbelströme in einem massiven Stahlkern auftreten und den Wirkungsgrad verringern würden, besteht der Kern aus isolierten Stahlplatten, die nebeneinander gestapelt sind, wobei die Wicklungen um sie gewickelt sind.

Linearer vs. Switch-Modus

Da ein großer Transformator in einem Schaltnetzteil nicht benötigt wird, ist er kleiner, leichter und billiger.

Die Schaltmodusversorgung ist effizienter als eine lineare Versorgung und erzeugt daher weniger Wärme.

Schaltnetzteile können so ausgelegt werden, dass sie verschiedene Eingangsspannungen (240V oder 115V) ausregeln können, so dass sie weltweit eingesetzt werden können.

All diese Gründe führen dazu, dass die Schaltnetzteilversorgung weitaus häufiger ist als lineare Stromversorgungen.

Leider führt das sehr schnelle Schalten eines Schaltnetzteils dazu, dass bei jedem Schalten elektrische Störungen oder Spannungsspitzen auf das Netz einwirken. Wenn eine saubere Versorgung benötigt wird, muss es sich um eine lineare Versorgung handeln.

Ferrit-Toroidkerne (donutförmige Kerne) funktionieren bei höheren Frequenzen viel besser und werden in Schaltnetzteilen verwendet.

Geregelte Lieferungen

Im Blockschaltbild des Schaltnetzteils sollte die Endstufe die Impulse durch Hinzufügen eines großen Kondensators glätten. Je nachdem, wie genau die Versorgung sein muss, kann diese Lösung ausreichend sein. In dieser Ausführung hat der Ausgang eine gewisse Welligkeit; er variiert von der erforderlichen Spannung um einen kleinen Betrag, vielleicht um einige Prozent.

Eine geregelte Versorgung verwendet einen IC, wobei der IC die Ausgangsspannung in Bezug auf eine Referenzspannung überwacht und den Ausgang entsprechend anpasst. Regler haben eine viel geringere Welligkeit und beinhalten oft einen Überstrom- und Übertemperaturschutz, wodurch sie sich automatisch abschalten und sie und den Rest der Versorgung unzerstörbar machen. Das rechts dargestellte Teil ist ein 7805, ein gemeinsamer 5-Volt-Regler.

Fallarten

Die gebräuchlichste Gehäuseart ist das Kunststoffgehäuse. Denn es lässt sich problemlos im Spritzgussverfahren herstellen und Merkmale wie Löcher oder Klammern für die Leiterplattenmontage, Löcher für den Kabeleinführungsausgang usw. können praktisch ohne zusätzliche Teilekosten in das Design integriert werden. Die teurere Alternative ist ein Metallgehäuse, das jedoch aus Sicherheitsgründen geerdet werden muss.