Ratgeber
Elektronische Geräte und Schaltungen können nicht direkt mit Netzspannung betrieben werden. Sie benötigen wesentlich kleinere Betriebsspannungen, bei denen es sich um eine Gleichspannung handeln muss. AC/DC-Printnetzteile dienen dazu, die Wechselspannung aus dem Netz in Gleichspannung umzuwandeln und auf den gewünschten Spannungswert herabzusetzen.
Wie sie funktionieren und was es beim Kauf zu beachten gilt, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
AC/DC-Printnetzteile sind elektronische Netzteil-Bausteine. Sie wandeln Wechselspannungen, im Regelfall die Netzspannung des Versorgungsnetzes, in niedrigere Gleichspannungen um, die elektrische Verbraucher und Schaltungen für den Betrieb benötigen. Bei den meisten Printnetzteilen befindet sich die gesamte Elektronik auf einer einzigen Leiterplatte.
Sie sind so kompakt gebaut, dass üblicherweise eine Printmontage möglich ist, sie also direkt auf eine Platine bzw. gedruckte Schaltung (Printed Circuit Board) gelötet werden können. Da AC/DC-Printnetzteile stets als Schaltnetzteile ausgeführt sind, benötigen sie keine großen und schweren Transformatoren, wie sie bei konventionellen Netzteilen zum Einsatz kommen. Daraus ergeben sich bei AC/DC-Netzteilen hohe Leistungsdichten bei geringen Abmessungen und geringem Gewicht.
AC/DC-Printnetzteile können – je nach Ausführung – niedrige oder hohe AC-Eingangsspannungen aufnehmen, wobei die meisten Netzteile über einen Universal-Netzeingang verfügen, also mit unterschiedlichen Spannungslagen zurechtkommen und deshalb auch an Versorgungsnetzen mit abweichenden Netzspannungen betrieben werden können. Was die DC-Ausgangsspannung betrifft, können AC/DC-Printnetzteile variierende Werte liefern, beginnend bei etwa 3 Volt bis hin zu 48 Volt.
Außerdem werden AC/DC-Printnetzteile in diversen Leistungsklassen angeboten. Die gebräuchlichsten Ausführungen decken einen Bereich von 1 Watt bis 60 Watt und einen Strom bis 10 Ampere ab.
AC/DC-Schaltnetzteile für die Printmontage führen zuerst eine Entstörung, Gleichrichtung und Siebung der AC-Eingangsspannung durch. Anschließend wird die gleichgerichtete Netzspannung wieder in eine Wechselspannung mit wesentlich höherer Frequenz im Kilohertz-Bereich umgewandelt. Ein kleiner Transformator, auch Übertrager genannt, reduziert im Anschluss durch ein geeignetes Übersetzungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärwicklungen die hohe Spannung auf einen geringeren Wert, der etwas oberhalb der gewünschten Ausgangsspannung liegt.
Dabei erfolgt auch eine galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgangsseite. Nun findet wieder eine AC-DC Wandlung statt, die erzeugte Wechselspannung wird erneut gleichgerichtet und gesiebt. Es folgt eine Regelstufe, die die Ausgangsspannung auf den benötigten Wert regelt und gegebenenfalls noch Überwachungs- und Schutzfunktionen beinhaltet.
Zum Einsatz kommen AC/DC-Schaltnetzteile für die Printmontage als Netzteile und Stromversorgungen für elektronische Schaltungen, Kleingeräte der Unterhaltungselektronik, medizinische Geräte, Beleuchtungen und als energieeffizienter Ersatz für konventionelle Netzteile.
AC/DC-Schaltnetzteile für die Printmontage werden in elektronische Verbraucher integriert bzw. in das Innere eines Systems eingebaut. Im Regelfall sind sie als kompakte Module mit Lötstiften oder mit SMD-Lötpads realisiert. Sowohl die elektrische Kontaktierung als auch die mechanische Befestigung der Stromversorgung erfolgen über entsprechende Lötpins. Davon unterscheiden sie sich von AC/DC-Einbaunetzteilen, die über Schraubklemmen oder fest angeschlossene Kabel mit offenen Enden elektrisch kontaktiert werden.
Die meisten AC/DC-Schaltnetzteile für die Printmontage sind mit einem einfachen Gehäuse ausgestattet, um den Bauteilen Schutz zu bieten. Anders sieht es bei Open-Frame-Netzteilen aus. Sie haben kein Gehäuse, dementsprechend liegen die Platine und Bauteile des Schaltnetzteils frei. Sie sind ebenfalls für die Printmontage ausgelegt.
Um die Stromversorgung elektronischer Geräte oder Schaltungen sicherzustellen, muss ein AC/DC-Printnetzteil die richtige Ausgangsspannung und einen Strom in ausreichend hoher Stärke liefern. Des Weiteren sollte ein AC/DC-Printnetzteil in der Lage sein, die Ausgangsspannung bei schwankender Last stabil zu halten und möglichst schnell auf Laständerungen zu reagieren (kurze Ausregelzeit).
Je nach Applikation kann die sogenannte Restwelligkeit der Ausgangsspannung eine Rolle spielen. Wird eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt, können trotz Glättung gewisse Anteile der Wechselspannung bestehen bleiben. Bei geregelten Schaltnetzteilen fällt die Restwelligkeit zwar gering aus, nichtsdestoweniger handelt es sich um Störanteile, die in elektronischen Anwendungen unerwünscht sind. Netzrückwirkungen müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Dabei handelt es sich um Schwankungen im Stromnetz, die durch Verbraucher, meistens Leistungselektronik, verursacht werden.
Soll die maximale Leistung eines AC/DC-Printnetzteils ganz oder annähernd ausgereizt werden, ist zu beachten, dass der zulässige Umgebungstemperaturbereich eingehalten wird. Höhere Temperaturen haben bei allen Arten von Netzteilen ein Derating zur Folge. Darunter versteht man eine Reduktion der Ausgangsleistung bei höheren Temperaturen. Das Derating ist kein ungewollter Nebeneffekt, sondern eine Sicherheitsmaßnahme. Es soll verhindern, dass die Bauteile bei Erhöhung der Umgebungstemperatur zu heiß werden. Hersteller geben für ihre Netzteile eine Derating-Kurve an, die dem jeweiligen Datenblatt entnommen werden kann. Zur Orientierung: Netzteile, die in Geräte eingebaut werden, können gewöhnlich bis zu einer Temperatur von 50 °C ihre maximale Ausgangsleistung liefern, bei 70 °C wird diese dann um die Hälfte reduziert. Für manche Netzteile werden auch Derating-Kurven für Minustemperaturen angegeben. Je nach Anwendung können zusätzlich vorhandene Schutz- und Überwachungseinrichtungen am AC/DC-Netzteil sinnvoll sein. Hierzu zählen Features wie ein Kurzschlussschutz, ein Überspannungsschutz und ein Überlastschutz.
AC/DC-Printnetzteile werden fast immer an Netzspannung betrieben. Aus diesem Grund unterliegen sie gesetzlichen Vorschriften in Bezug auf die elektrische Sicherheit. Achten Sie deshalb darauf, dass das AC/DC-Printnetzteil sämtliche erforderlichen Prüfzeichen und Zulassungen aufweist, um Unfälle und gegebenenfalls rechtliche Probleme zu vermeiden.
Schaltnetzteile sind aufgrund des hohen Wirkungsgrads in aller Regel sehr energieeffizient. Allerdings gibt es Unterschiede zwischen den einzelnen Typen. Da AC/DC-Printnetzteile oftmals permanent am Netz betrieben werden, auch wenn die nachgeschaltete Elektronik nicht aktiv oder auf Stand-by geschaltet ist, kann es sich durchaus lohnen, nach einem Modell mit besonders hohem Wirkungsgrad und geringen Leerlaufverlusten Ausschau zu halten. Das verringert nicht nur die laufenden Betriebskosten, sondern reduziert auch unerwünschte Verlustwärme, die sonst unter Umständen aufwendig abgeführt werden müsste.
Was muss ich beim Austausch eines defekten Schaltnetzteils beachten?
Beim Austausch defekter Schaltnetzteile ist neben der mechanischen Kompatibilität auf die elektrischen Werte zu achten. Diese dürfen in keinem Bereich schlechter sein als bei dem Netzteil, das ersetzt werden soll. Bei der Printmontage ist zu beachten, dass das Rastermaß und die elektrische Belegung der Pins identisch sind.
Für welche Anwendungen eignen sich Printnetzteile mit Gehäuse und Open-Frame-Netzteile?
AC/DC-Printnetzteile mit Gehäuse schützen Bauteile besser vor Verschmutzung oder Beschädigung als Open-Frame-Netzteile. Noch robuster sind Schaltnetzteile mit vergossenem Gehäuse. Sie schützen die Elektronik vor Feuchtigkeit sowie Flussmittel und Waschchemikalien beim Löten. Ebenso erhöht der Verguss die Vibrations- und Schockbeständigkeit. Open-Frame-Netzteile können eine gute Lösung darstellen, wenn es darum geht, eine hohe Bestückungsdichte zu realisieren. Vorteile ergeben sich unter Umständen auch bei der Kühlung, da entstehende Wärme leichter abtransportiert werden kann.