Was ist ein Netzteil?
Ein Netzteil ist ein eigenständiges Gerät innerhalb eines Geräts, das der Stromversorgung dient. Es kann Wechselspannung in Gleichspannung umwandeln sowie umgekehrt. Ausserdem kann ein Netzteil die Spannung verringern und auch vergrössern.
Arten von Netzteilen
Sekundär getaktete Stromversorgung (Trafo-Netzteil)
Es gibt verschiedene Arten von Netzteilen. Das sekundär getaktete Stromversorgungsnetzteil (Trafo-Netzteil) wandelt mithilfe eines Transformators und eines Eisenkerns die Wechselspannung in den gewünschten Ausgangswert um. Ein Nachteil ist der relativ hohe Stromverlust von mehreren Watt aus dem Netz. Allerdings sind diese Arten von Netzteilen veraltet und werden in der heutigen Zeit kaum noch benutzt.
Primär getaktete Stromversorgung (Schalt-Netzteil)
Das primär getaktete Stromversorgungsnetzteil (Schalt-Netzteil) überträgt mit einer hohen Frequenz Energie. Somit ist es möglich, bei kleineren Leistungen kleinere Transformatoren einzusetzen. Es liefert einen geregelten Gleichstrom und -spannung und ist kurzschlussfest. Jedoch erzeugen Schalt-Netzteile aufgrund ihrer hohen Frequenz eine Störung, weshalb eine Entstörungsmassnahme eingebaut werden muss. Auch mit einem Entstörungsmassnahme kann die Störung nicht vollständig aufgehoben werden.
Kondensator Netzteil
Ein Kondensator-Netzteil nutzt den Blindwiderstand eines Kondensators, um die Netzspannung zu verringern. Dies ist vor allem für geringe Stromstärken geeignet.
DC/DC Wandler
Ein DC/DC-Wandler, auch als Linear- oder Schaltregler bekannt, wandelt eine DC-Spannung in eine höhere oder niedrigere DC-Spannung um. Wenn der DC/DC-Wandler eine geringere Spannung abgeben soll, wird er als Abwärtswandler bezeichnet, umgekehrt als Aufwärtswandler. Ein industrieller DC/DC-Wandler übernimmt die am Eingang vorhandene Gleichspannung, wobei der Transformator eine galvanische Trennung durchführt. Die Spannung wird eventuell auf die erforderliche Spannung herauf- oder herabtransformiert. Am Ende wird die Spannung wieder geglättet.
DC/AC Wandler
Ein DC/AC-Wandler oder Wechselrichter wandelt eine DC-Spannung in eine höhere oder niedrigere AC-Spannung um. Das Grundprinzip des Wechselrichters besteht darin, dass er mithilfe eines elektronisch gesteuerten Schalters die verfügbare Gleichspannung regelmäßig unterbricht. Dabei wird zwischen selbstgeführten Wechselrichtern oder Inselwechselrichtern und fremdgeführten oder netzgeführten Wechselrichtern unterschieden.
Der selbstgeführte Wechselrichter ist fähig, eigenständig einen selbst erzeugten Takt/Phase zu schalten, Strom zu blockieren oder durchzulassen. Zusätzlich passt sich die Amplitude der erzeugten Wechselspannung an die Netzfrequenz an. Jedoch hat er einen hohen Schaltverlust, aufwendiges Schaltungsdesign und einen begrenzten Leistungsbereich.
Fremdgeführte Wechselrichter sind so ausgelegt, dass sie eine feste Wechselspannung und eine feste Frequenz auf der Wechselstromseite benötigen. Die Leistungselektronik schaltet erst nach Erreichen eines definierten Spannungswerts zu oder ab. Diese Art von Wechselrichtern zeichnet sich durch einen großen Leistungsbereich, einen hohen Wirkungsgrad und ein einfaches Schaltdesign aus.
Normen
Bei solchen hohen Spannungen müssen Sicherheitsnormen vorhanden sein. Diese Sicherheitsnormen lassen sich in drei Kategorien einteilen:
Basissicherheit (basic safety)
Die Basissicherheit besteht darin, die Gefahren, die von der Stromversorgung selbst ausgehen können, wie zum Beispiel Feuer, elektrischer Schlag, Verbrennungen und im Allgemeinen Verletzungen, auf ein vertretbares Maß zu reduzieren.
Wesentliche Leistungsmerkmale (essential performance)
Mit den wesentlichen Leistungsmerkmalen ist gemeint, dass das gesamte System einwandfrei funktioniert, ohne dass es zu Funktionsfehlern der Stromversorgung kommt.
Funktionale Sicherheit (functional safety)
Die funktionale Sicherheit betrachtet das Gesamtsystem und bezieht sich auf das Risiko von Fehlern und den daraus resultierenden Schäden. Typische Risiken sind Spannungsausfälle sowie Über- und Unterspannungen.
