Schaltungstechnik

156 3 Grundlegende Funktionsprimitive
3.2.5 Wirkprinzip von Schaltnetzteilen
Zur Aufbereitung von Versorgungsspannungen werden heute zumeist Schaltnetzteile
verwendet. Es gibt hierfür ein vielfältiges Angebot von integrierten Funktionsbausteinen.
Im Rahmen der Grundlagen zur analogen Schaltungstechnik geht es
um ein elementares Verständnis der Wirkungsweise von Schaltnetzteilen.
Ein Schaltnetzteil beinhaltet einen gesteuerten Schalter S. Der als spannungsgesteuerter
Halbleiterschalter (Schalttransistor) ausgeführte Schalter wird von einem
Impulsbreitenmodulator angesteuert. Die Schaltfrequenz beträgt typisch 20kHz.
Der Schalttransistor benötigt im allgemeinen eine hohe Schaltleistung, eine große
Spannungsfestigkeit, eine niedrige Restspannung und kurze Schaltzeiten. Schaltnetzteile
weisen gegenüber den bisher betrachteten Stabilisierungsschaltungen
einen besseren Wirkungsgrad, kleineres Bauvolumen und damit auch kleineres
Gewicht auf. Prinzipiell unterscheidet man zwischen primär getakteten Schaltnetzteilen
und sekundär getakteten Schaltnetzteilen. Bild 3.2-33 zeigt je ein Realisierungsbeispiel.
Darüber hinaus gibt es eine Vielfalt weiterer Realisierungsvarianten
zur Optimierung der Eigenschaften eines Schaltnetzteils. Im Weiteren sollen nur
die beiden Varianten in Bild 3.2-33 betrachtet werden.
a)
b)
u 1
u 1
D4
D4
D3
D3
D2
D2
D1
D1
C 1
S L 1
Bild 3.2-33: Schaltnetzteil; a) sekundär getaktet; b) primär getaktet
C 1
L 1
Im Prinzip wird kein 50-Hz-Netztransformator benötigt. Die Netzspannung
kann direkt gleichgerichtet und mit einem Kondensator geglättet werden. Im Bild
3.2-33 a) ist ein Trenntransformator enthalten, der zur galvanischen Trennung
dient. Der elektronische Schalter zerhackt die aus der Netzspannung gleichgerichtete
DC-Spannung und wandelt sie in die gewünschte zu erzeugende DC-Spannung
um. Schaltnetzteile arbeiten entweder als Durchflusswandler (Bild 3.2-33a)) oder
als Sperrwandler (Bild 3.2-33b)). Die Vorteile eines Schaltnetzteils sind:
S
D 5
L 2
D 5
C L
C L
R L
R L
U DC
U DC