Transformatoren für Schaltnetzteile: - Reiner Hogenkamp ...

Transformatoren + Apparatebau 

Reiner Hogenkamp GmbH 

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 Ausgangsspannung 

übersetzt und anschließend über einen Gleichrichter, einer Speicherdrossel und 

einem Ladekondensator als Gleichspannung ausgegeben. Bei Speisung aus dem 

Netz muss nach EN61000-3-2 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 Ausgangsspannung 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. 

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Der Resonanzwandler ist ein Sonderfall des Flusswandlers. Er benutzt einen 

Schwingkreis und regelt die Ausgangsspannung 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. 

Abwärtswandler 

Vorteile: 

� Kurzschluss- und Leerlauffestigkeit 

leicht realisierbar. 

� Geringer Schaltungsaufwand. 

Nachteile: 

� Keine galvanische Trennung. 

� Ansteuerung muss floaten. 

Einsatz: 

Überall dort, wo durch Längsregler 

zu große Verluste entstehen. 

Aufwärtswandler 

Vorteile: 

� Geringer Aufwand, um hohe 

Spannungen zu erzeugen. 

� Ansteuerung liegt auf Masse. 

Nachteile: 


Einsatz: 

Batteriegeräte, wie z.B. Fotoblitz, 

Mobiltelefon. 

Übersicht der Schaltungsarten: 


Invertierender Wandler 

Vorteile: 

� Kurzschluss- und Leerlauffestigkeit 

leicht realisierbar. 

� Geringer Schaltungsaufwand. 

Nachteile: 


� Ansteuerung muss floaten. 

� im ungeregelten Betrieb nicht 

leerlauffest. 

Einsatz: 

Überall dort, wo eine nicht galvanisch 

getrennte inverse Spannung benötigt 

wird. 

Sperrwandler 

Vorteile: 

� Geringer Aufwand. 

� Mehrere geregelte 

Ausgangsspannungen. 

� Leistungen bis ca. 300W. 

� Großer Regelbereich (für 

Weitbereichsnetzteile ohne 

Spannungsumschaltung). 

Nachteile: 

� Uds des Transistors ≥ 2 • Ue. 

� Gute magnetische Kopplung. 

� Großer Kern mit Luftspalt nötig. 

Eintakt- Durchflusswandler 

Vorteile: 

� Galvanisch getrennte und geregelte 

Ausgangsspannung. 

� Leistungen bis ca. 300W. 

Nachteile: 

� Uds des Transistors ≥ 2 • Ue. 


� Entmagnetisierungswicklung. 

� Speicherdrossel notwendig. 




Halbbrücken- Durchflusswandler 

Vorteile: 

� Eine galvanisch getrennte und geregelte 


� Leistungen bis in den kW- Bereich 

� Uds des Transistors = Ue 

Nachteile: 


� Aufwendige Ansteuerung der 

Schalttransistoren, Treibertransformator 

nötig. 

Halbbrücken- Gegentaktwandler 

Vorteile: 


Ausgangsspannung 

� Leistungen bis in den kW- Bereich 


� Keine besonders gute magnetische 

Kopplung notwendig 

� selbstsymmetrierend. 

Nachteile: 

� Aufwendige Ansteuerung der Schalttransistoren, 

Treibertransformator nötig. 

Vollbrücken- Gegentaktwandler 

Vorteile: 



� Leistungen bis viele kW 



Kopplung notwendig. 

Nachteile: 

� Aufwendige Ansteuerung der Schalttransistoren. 

� Treibertransformator nötig. 

� Schaltzeiten müssen symmetrisch sein. 




Gegentaktwandler mit Paralleleinspeisung 

Vorteile: 



� Leistungen bis einige 100W 

� Uds des Transistors = 2 • Ue. 

� Einfache Ansteuerung, Transistoren 

liegen auf Masse. 

Nachteile: 

� keine besonders gute magnetische 


� Schaltzeiten müssen symmetrisch sein. 

Gegentakt- Resonanzwandler 

Vorteile: 



� Leistungen bis viele kW. 

� Uds des Transistors = Ue. 



Nachteile: 

� Aufwendige Ansteuerung der Schalttransistoren, 

Treibertransformator nötig. 

� Im Teillastbereich kann die Frequenz in 

den Hörbereich gelangen.

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