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Was gibt es beim Aufbau eines Schaltnetzteils zu beachten?

Schaltnetzteile haben die klassischen Linearnetzteile inzwischen in vielen Anwendungen ersetzt. Bei ihrem Aufbau spielt der Trafo eine zentrale Rolle.

Im Vergleich zu den Linearnetzteilen haben Schaltnetzteile einige Vorteile:

 

  • eine höhere Effizienz
  • einen höheren Wirkungsgrad
  • geringere Größe und Gewicht
  • geringeren Rohstoffbedarf
  • bessere Umweltverträglichkeit

Bei minderwertigen Schaltnetzteilen kann es allerdings zu Spannungseinbrüchen kommen, so dass das Gerät nicht mehr funktioniert. Um das zu vermeiden, sollten bei ihrem Aufbau ein paar Dinge beachtet werden.

Die verschiedenen Topologien der Schaltnetzteile erfordern meist einen Transformator, der die Ausgangsspannung von der Eingangsspannung isoliert. Trafos unterscheiden sich hinsichtlich

 

  • Bauform
  • Größe
  • Materialeigenschaften des Ferrites.

Diese Merkmale bestimmen zusammen mit der Betriebstemperatur und -frequenz den Wirkungsgrad des Netzteiles zum größten Teil.

 

Trafos sind mit Ferritkernen aufgebaut, weil ferromagnetisches Material für die Schaltfrequenzen die besten Eigenschaften besitzt: Es verfügt über eine wesentlich bessere magnetische Leitfähigkeit als etwa Luft und ermöglicht dadurch einen stärkeren magnetischen Fluss. Trotzdem sättigt es ab gewissen magnetischen Flussdichten, so dass sich die magnetische Leitfähigkeit reduziert. Das führt zu einem nichtlinearen Übertragungsverhalten.

 

Ferritkerne, die nach dem Flyback Prinzip (Sperrwandlerprinzip) aufgebaut sind, haben einen Luftspalt im Mittelschenkel. In diesem wird ein großer Teil der Feldenergie gespeichert, die man auf der Verbraucherseite benötigt.

 

Mit solchen Ferritkernen sind etwa die Trafos von Wah Hing aufgebaut. Zudem haben sie sehr gut magnetisch gekoppelte Ein- und Ausgangswicklungen. Dadurch kann die mit dem Primärstrom eingespeicherte Energie beim Ausschalten des Transistors sekundärseitig wieder abgegeben werden.

 

Preiswerte Alternative zu Trafos bekannter Hersteller

Für die modernen Applikationen mit Schaltregler IC bieten die bedrahteten, horizontalen Transformatoren der Baugrößen EF20 bzw. EF25 von Wah Hing den richtigen Eingangsspannungsbereich von 85V bis 265V und Leistungsbereich von 5W bis 30W. Die Ausgangsspannungen der Trafos betragen 3,3V, 5V und 12V, darüber hinaus sind weitere Leistungsklassen verfügbar. 

 

Wah Hing        Rutronik Item        Core        Power / Voltage
903-2935-00        FETRA1622        EF20        10W / 12V
903-2936-00        FETRA1623        EF20        20W / 12V
903-2937-00        FETRA1624        EF20        12W / 5V
903-2938-00        FETRA1625        EF20        20W / 5V
903-2939-00        FETRA1630        EF25        30W / 12V
903-2940-00        FETRA1627        EF20        5W / 5V
903-2941-00        FETRA1628        EF20        10W / 3,3V
903-2942-00        FETRA1629        EF20        5W / 3,3V
903-2943-00        FETRA1631        EF25        20W / 5V

Mit diesen Merkmalen sind die Modelle von Wah Hing eine preiswerte Alternative zu Trafos eines namhaften deutschen Herstellers. Trotzdem müssen Entwickler keine Abstriche bei der Qualität machen. 

 

Kundenspezifische Trafos für spezielle Netzteile

Ein Netzteil muss je nach Einsatzbereich unterschiedliche Qualitätskriterien erfüllen, z.B. einen spezifischen Einschaltstrom, geringen Energieverbrauch im Standby-Betrieb oder genau definierte Überbrückungszeiten. Dies lässt sich mit einem Standardtransformator meist nicht realisieren, hierfür braucht es individuelle Anpassungen. Solche kundenspezifischen Trafos sind ab einer Stückzahl von 10.000 wirtschaftlich sinnvoll umzusetzen. Wah Hing hat sich genau darauf spezialisiert und setzt verschiedene Anpassungen um, zu den gefragtesten zählen:

 

  • Sondergrößen, v.a. kleine Trafos
  • unterschiedliche Ein-/Ausgangsspannungen
  • Ausführung der Wicklungen mit speziellen Wicklungsverhältnissen oder mehreren Ausgangswicklungen
  • individuelle Isolationsklassen
  • ein höherer Isolationsgrad.

Bei der gängigen funktionalen Isolation sind lediglich die Wicklungsdrähte mit Lack ummantelt. Bei der Basisisolation sind Ein- und  Ausgangswicklungen durch eine Isolationsbarriere getrennt. Bei der Reinforced Isolation sind diese sogar mit mindestens zwei separaten Isolationsbarrieren realisiert. Dies ist notwendig bei Schaltnetzteilen für hochwertige Anwendungen, z.B. in der Medizintechnik.