Verstärkertechnik analog oder PWM&Tiefpassfilter

[dl2jas]

Wie funktioniert ein Schaltnetzteil?



Es gibt verschiedene Typen Schaltnetzteile. Alle arbeiten nach dem Prinzip, daß in einer Spule Energie gespeichert werden kann.
Als recht einfaches Beispiel habe ich den Abwärtswandler gewählt. Im Schaltbild habe ich einen einfachen Schalter eingezeichnet. In der Praxis ist es natürlich ein elektronischer Schalter, ein Transistor. Am Eingang ist eine recht hohe Spannung, z.B. die gleichgerichtete Netzspannung. Am Ausgang kann ich eine frei wählbare Spannung erzeugen, die jedoch kleiner als die Eingangsspannung sein muß.
Der Schalter sei geschlossen:
Es fließt Strom durch den Schalter und durch die Spule in den Kondensator.
Der Schalter sei wieder geöffnet:
In der Spule ist Energie gespeichert. Die Spule ist bestrebt, weiterhin einen Strom fließen zu lassen, bis sie alle gespeicherte Energie wieder abgegeben hat. Der einzig mögliche Weg ist durch die Diode, da ja der Schalter geöffnet ist. Der Strom kommt aus der Spule heraus, fließt durch den Kondensator, der weiter aufgeladen wird und geht über die Diode zurück in die Spule.
Das ist das Grundprinzip eines Schaltnetzteils.
Im einfachsten Fall ist am Ausgang eine konstante Last, z.B. eine Glühbirne angeschlossen. Betätige ich den Schalter im konstanten Rhytmus, immer feste Zeiten für eingeschaltet und ausgeschaltet, wird die Glühbirne mit gleicher Helligkeit leuchten.
Meist hat man aber eine Last, bei der sich der Stromverbrauch ändert. Damit die Spannung am Ausgang konstant bleibt, muß eine Regelung her. Der Schalter muß lastabhängig betätigt werden. Die Regelung erfasst die Ausgangsspannung und
betätigt dementsprechend den Schalter.
In der Praxis macht man das meist so, daß der Schalter mit einer festen Frequenz, z.B. 100 kHz betätigt wird. Die Regelung ermittelt, wie lang der Schalter geschlossen und geöffnet sein muß (Puls/Pause-Verhältnis), damit am Ausgang die Spannung konstant bleibt. Ganz konstant kann sie natürlich nicht sein. Am Ausgang steht eine Gleichspannung mit geringem Wechselspannungsanteil. Dieser kleine Wechselspannungsanteil ist eine Dreieckspannung. Wird der Kondensator aufgeladen, steigt die Spannung geringfügig. Kommt kein Strom von der Spule, wird der Kondensator durch die Last etwas entladen. Man dimensioniert die Schaltung so, daß die kleine Dreieckspannung praktisch nicht mehr sichtbar ist. Zusätzlich kann man ein Tiefpaßfilter an den Ausgang setzen.

Andreas, DL2JAS

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