Netzteile: Technik und Marketing erklärt

Teil III

Bisher haben wir über den Netzfilter referiert, der sich noch im Wechselspannungsbereich befindet. Darauf folgt nun der Leistungsfaktor-Vorregler, der erstmals mit Gleichspannung betrieben wird. Dazu wandeln je nach Leistung unterschiedliche Gleichrichterbrücken (siehe Bild) oder Dioden die elektrische Spannung um.

Durch eine nichtlineare Aufnahme der Komponenten gibt es Verzerrungen, wodurch die Spannung und der Strom nicht mehr synchron zueinander verlaufen. Man spricht von einer Phasenverschiebung, die laut Gesetz ab 75 Watt Nennleistung begrenzt werden muss. Zum einen, weil diese Störungen Komplikationen für den Stromversorger auslösen, zum anderen entsteht durch die Verschiebung zwischen den beiden Größen die sogenannte Blindleistung. Innerhalb der Scheinleistung unterscheidet man zwischen Wirk- und Blindleistung. An für sich kann man letztere Energie nicht nutzen und sie wird auch nicht in Wärme umgewandelt, weshalb man sie schwer erfassen kann. Dennoch ist sie prinzipiell vorhanden und stellt eine Belastung für die Komponenten dar.

Daher kommt der eben erwähnte Leistungsfaktor-Vorregler zum Einsatz. Mit passivem oder aktivem PFC (Power Factor Correction = Leistungsfaktorkorrektur) wird die Phasenverschiebung korrigiert, wobei ein Wert von 1,0 keine Unterschiede widerspiegelt und ein Wert von 0,0 die maximale Phasenverschiebung von 90° bedeutet und damit den höchsten Blindleistungsanteil. Dass verschiedene Bauformen innerhalb der aktiven Korrektur existieren, ist zunächst irrelevant. Für uns interessant ist, dass der aktive Vorgang von einem IC (Integrated Circuit) gesteuert wird und damit komplizierter wie auch effektiver ausfällt. Ein Leistungsfaktor von bis zu 0,99 wird erreicht. Die passive Version besteht aus einer einfachen Drossel und ist dementsprechend günstiger, aber weniger effektiv. Auf dem Bild ist unten der primäre Bereich zu sehen, in dem die PFC durchgeführt wird.

Nach der Siebung durch einen Kondensator wird der Strom durch die bereits erwähnten Schalter dem Transformator zugeführt. Dieser generiert über die einzelnen Wicklungen die jeweiligen elektrischen Spannungen. Im Prinzip besteht er aus zwei Spulen, die sich gegenüberstehen. Das Paradoxe ist nun, dass wieder von Gleichspannung umgeschaltet wird. Nämlich auf eine Rechteckspannung höherer Frequenz, mit der der Transformator arbeitet.

Nach der Übertragung durch den Transformator wird die Spannung nun final über Halbleiterdioden gleichgerichtet. Was für den Netzfilter gilt, lässt sich auch ausgangsseitig übertragen. Die Spannung wird darauf folgend stabilisiert und damit keine schädlichen Frequenzanteile oder Wechselspannungsanteile den PC erreichen, wirkt eine zusätzliche Filterung. Das ist notwendig, da durch die Vorgänge im Netzteil definitiv solche Probleme auftreten und je nach dem, wie sauber die Spannung ist, definiert sich die Qualität des Netzteils. Dabei dürften einige Leser bereits von Ripple & Noise gehört haben, zu Deutsch Restwelligkeit. Diese beschreibt nicht vollständig geglättete Wechselspannungsanteile. Die letzten Filter- und Stabilisierungsmaßnahmen werden im hier gezeigten sekundären Bereich ergriffen.

Oftmals fragen sich die Benutzer, ob das PC-Netzteil bei 500 Watt Leistung auch 500 Watt aus dem Netz zieht, selbst wenn der PC nur 250 Watt benötigt. Dem ist nicht so, da ein digitaler PWM-Chip bestrebt ist, die Halbleiter durch sein Taktsignal so zu steuern, dass nur die gewünschte Menge inklusive der auftretenden Verlustleistung geschaltet wird. Abgesehen vom Wirkungsgrad wird also genau so viel aufgenommen wie abgegeben wird. Eine intelligente Lösung, die bei Verzicht sonst zu thermischen Problemen führen würde.