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Wie funktioniert ein Schaltnetzteil?

1.Schritt: Gleichrichtung der Netzspannung

Am Eingang eines AC/DC Netzgerätes liegt eine 1-, 2- oder 3-phasige Netzspannung (AC) an. Die Funktionsweise ist einfachhalber am Beispiel einer 1-phasigen 230V (50Hz) Spannung erklärt. Die Diode ist für die Gleichrichtung das entscheidene elektronische Bauelement. Sie ist nur in einer Richtung durchlässig, die andere Richtung wird gesperrt. Wie ein Rückschlagventil.
Da mit nur einer Diode, wie in Bild links, nur eine Halbwelle erzeugt und dadurch viel "verschenkt" wird, optimiert man dies durch die Gleichrichtermethode Zweipulsgleichrichter (Bild rechts).

2.Schritt: Spannungsglättung durch Netzfilter

Die Spannung ist nun allerdings noch nicht dauerhaft vorhanden; sie fällt auch auf 0V ab. Das ständigen Ein- und Ausschalten würde eine angeschlossene elektronische Schaltung stark belasten.
Um diese "Spannungslöcher" aufzufüllen, bzw. zu puffern, wird in diesem Beispiel ein passiver Tiefpass 2. Ordnung eingesetzt. (Bild 2) Der Kondensator C speichert die Spannung bzw. wird geladen und gibt sie dann wieder ab, wenn unsere Versorgungsspannung abnimmt. Die Speicherdrossel hält den Stromfluss nahezu konstant. Wie weit die Spannung dann absinkt, variiert von der Größe des Kondensators und dem fließenden Strom.

3.Schritt: DC-Eingangsspannung wandeln

Nun muss die gleichgerichtete, geglättete Netzspannung (ca. 325V) noch auf den gewünschten Ausgangsspannungswert gewandelt werden. Es findet also eine DC/DC-Wandlung statt. In diesem Beispiel (Bild 3) wird die Schaltungstopologie des Eintaktflusswandlers (Forward Converter) gewählt. Es sind aber noch weitere Topologien möglich.
Der Schalter S entspricht einem Schalttransistor, welcher mit Schaltfrequenzen von einigen 10 kHz bis zu einigen 100 kHz und lastabhängigen Pulsweiten durch eine nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert wird.

Der Transformator Tr stellt die galvanische Trennung dar und setzt dem Windungszahlverhältnis entsprechend die Eingangsspannung auf eine sekundärseitige Spannung um.
Im Leitzustand fließt bei geschlossenem Schalter S ein Strom durch die Primärwicklung des Transformators Tr und ein mit dem Windungszahlverhältnis übersetzter Strom durch die ausgangsseitige Diode D1 und die Speicherdrossel L. Die Diode D2 sperrt in diesem Zustand. Durch den Aufbau eines Magnetfeldes in der Speicherdrossel steigt der Strom linear. Der Kondensator C wird auf die Ausgangsspannung aufgeladen.
Der Energiefluss findet in der Leitphase statt.

Im Sperrzustand ist der Schalter S geöffnet und D1 sperrt da die Sekundärspannung sich umpolt. Die Speicherdrossel L ermöglicht einen stetigen Strom, der in der Sperrphase über die dann leitende D2 fließt. Zusammen mit dem Kondensator C wird so die Ausgangsspannung UA, bis auf einen kleinen Rippel, konstant gehalten.
Die Ausgangsspannung ist belastungsabhängig und muss über eine, im Bild 3 nicht gezeigte, Rückkopplung und Steuerung der Schalttransistoren geregelt werden.

Das Zusammenspiel der einzelnen Schritte der Spannungsumwandlung wird im Blockschaltbild (Bild 4) noch einmal zusammenfassend dargestellt. In dieser Darstellung ist auch die Rückkopplung der Steuereinheit enthalten.