D1-Netzteile

Thema

Jedes Netzteil ist eine wichtige Komponente für die gesamte Elektronik. Die in Teil II des Netzteilmodells beschriebenen Linearregler regeln ihre Ausgangsspannung mithilfe einer internen Referenzspannung und zweier Widerstände, die das gewünschte Verhältnis zu dieser Referenzspannung festlegen. Sie sind einfach, rauscharm und reagieren schnell, arbeiten aber ineffizient, wenn die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung groß ist. Denn diese gesamte Differenz wird im Regler selbst als Wärme abgeführt, was dem im zweiten Modell dieses Katalogs beschriebenen Prinzip der Joule-Erwärmung entspricht.

Die entstehende Wärme erhöht die Innentemperatur des Bauteils über die Umgebungstemperatur. Der Grad der Erhöhung hängt von der Verlustleistung und der Wärmeableitung des Gehäuses ab. Überschreitet diese Innentemperatur die zulässige Temperaturgrenze des Halbleiters, fällt der Regler aus oder wird beschädigt. Daher benötigen Anwendungen mit höheren Strömen zusätzliche Kühlkörper. Schaltnetzteile hingegen dominieren heute alle Anwendungen mit mehr als einigen Watt Leistung, dank ihrer deutlich höheren Effizienz, die bereits im AC/DC-Wandlermodell beschrieben wurde.

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) nutzen Batterien, um die Stromversorgung bei einem Netzausfall aufrechtzuerhalten. Unterschiedliche Architekturen bieten dabei verschiedene Kompromisse zwischen der Qualität der gelieferten Spannung und der Reaktionszeit bei einem Ausfall. Die Leistungsfaktorkorrektur (PFC) in netzgekoppelten Stromversorgungen optimiert den Stromverbrauch der Geräte, um ihn so nah wie möglich an den rein ohmschen Stromverbrauch heranzuführen. Dies entspricht dem Leistungsfaktor, der im Wechselstrommodell definiert wurde, und reduziert so unnötigen Blindstrom und die damit verbundenen Verluste im Verteilungsnetz.

Deshalb zeigt dieses Modul, das mit einem Regler beginnt, der die gesamte Spannungsdifferenz in Wärme umwandelt, dass die Entwicklung einer Stromversorgung nicht mit der Wahl zwischen linearem und Schaltregler abgeschlossen ist: Sie erfordert auch die Bewirtschaftung der bei der Wandlung selbst entstehenden Wärme. Diese Wärme verschwindet nicht einfach, nur weil die theoretische Auslegung effizient war.

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