AC/DC Schaltnetzteile

AC/DC Schaltnetzteile umfassen alle modernen Netzteile, wie DIN-Hutschienen Netzteile, LED-Netzteile, Direktmontage-Netzteile, Tisch- und Steckernetzteile, Platinennetzteile, Batterieladegeräte, Unterputzdosen oder Netzteile für spezifische Anwendungen wie medizinische Netzteile, Security Netzteile, PV Power, Rack Power, EIB-KNX-Steuerungen oder Overcurrent Control Einheiten.

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AC/DC Schaltnetzteile

AC/DC Schaltnetzteile umfassen alle modernen Netzteile, wie DIN-Hutschienen Netzteile, LED-Netzteile, Direktmontage-Netzteile, Tisch- und Steckernetzteile, Platinennetzteile, Batterieladegeräte, Unterputzdosen oder Netzteile für spezifische Anwendungen wie medizinische Netzteile, Security Netzteile, PV Power, Rack Power, EIB-KNX-Steuerungen oder Overcurrent Control Einheiten.

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Schaltnetzteil Ratgeber Themenübersicht

  1. Was ist ein Schaltnetzteil?
  2. Wo kommen Schaltnetzteile zum Einsatz?
  3. Wie funktioniert ein Schaltnetzteil?
  4. Worin liegen die Unterschiede zwischen Schaltnetzteil und Transformator?
  5. Vorteile und Nachteile von Schaltnetzteilen
  6. Welche Typen von Schaltnetzteilen gibt es?
  7. Nach welchen Eigenschaften werden die besten Schaltnetzteile bewertet?
  8. Kaufberatung: Worauf muss ich beim Kauf eines Schaltnetzteils unbedingt achten?

Was ist ein Schaltnetzteil?

Ein Schaltnetzteil (oder kurz geschrieben SNT bzw. SMPS vom englischen Namen switched-mode power supply) bzw. Schaltnetzgerät wandelt eine instabile Eingangsspannung in eine konstante Ausgangsspannung um. Gegenüber konventionellen Stromversorgungen haben Schaltnetzteile den Vorteil, über einen hohen Wirkungsgrad zu verfügen. Ein SNT wandelt die Netzspannung in eine Ausgangsspannung mit höherer Frequenz um. Generell gehören Schaltnetzteile als elektronische Bauelemente zu den Stromrichtern.

Wo kommen Schaltnetzteile zum Einsatz?

Wenn heutzutage ein elektronisches Gerät verwendet wird, wird dies fast ausschließlich von einem Schaltnetzteil mit Strom versorgt. Also bei jedem Computer, Fernseher, LED-Beleuchtung oder Gerät für die industrielle Anwendung  kommt ein SNT zum Einsatz. Aber auch in Batterieladern jeglicher Verwendungsform, wie in Notebooks, Smartphones oder Fotoapparaten, kommt man an einem Netzteil nicht vorbei.

Wie funktioniert ein Schaltnetzteil?

Das Grundprinzip, nach dem Schaltnetzteile arbeiten, ist immer gleich. Aus der Eingangsspannungsquelle wird Energie mit Hilfe eines Schalttransistors bzw. eines ähnlichen Schaltgliedes in einer hohen Taktfrequenz entnommen. Die Taktfrequenz liegt überlicherweise zwischen 20kHz und 300kHz. Der mittlere Energiefluss wird durch das Verhältnis aus Einschaltzeit und Ausschaltzeit ermittelt. Geglättet wird der Energiefluss durch einen Tiefpass am Ausgang. In der Theorie arbeitet ein Schaltnetzteil verlustfrei, wodurch der hohe Wirkungsgrad zustande kommt. Die Konstruktion des Schaltnetzteils kann, trotz des immer geltenden Grundprinzips, sehr unterschiedlich gestaltet werden.

Bei der weiteren Funktionsweise wird nach primar und sekundär getakteten Schaltnetzteilen unterschieden. Solche mit Sekundärtaktung besitzen keine galvanische Trennung zwischem dem Eingang und dem Ausgang. Dies ist jedoch eine veraltete Technik und erreicht nicht die sehr hohen Wirkungsgrade von primärgetakteten SNT's. Primär getaktete Schaltnetzteile besitzen die galvanische Trennung. Zudem arbeiten die Schalttransistoren auf der Primärseite. Über einen Hochfrequenz-Transformator wird die Energie über eine hohe Taktfrequenz auf die Sekundärseite übertragen. Die hohe Taktfrequenz führt dazu, dass der Transformator sehr klein sein darf.

Worin liegen die Unterschiede zwischen Schaltnetzteil und Transformator?

Schaltnetzteile benötigen, durch die Umwandlung in höhere Frequenzen, weniger Magnetvolumen, um die gleiche Leistung der 50 Hz bzw. 60 Hz Transformatoren zu erreichen. Der Transistor eines Schaltnetzteils wird kaum erwärmt, da dieser immer ganz offen oder komplett gesperrt ist. Dadurch werden sehr hohe Wirkungsgrade von über 90% möglich gemacht. In der Folge entstehen allerdings EMV Störemissionen, die bei leistungsstarken Wechselfrequenzen gut abgeschirmt werden müssen.

Hier eine kleine Gegenüberstellung von Schaltnetzteil und Transformator:

SchaltnetzteilTransformator
Schaltungstechnik komplex mit Hochfrequenz Einfacher Aufbau mit niedriger Schaltungsfrequenz
EMV Störemission benötigt gute Abschirmung Kaum Abschirmung notwendig
Deutlich kompakter, leichter und flexibler einsetzbar Hohes Gewicht durch hohes Magnetvolumen
Umweltfreundlicher, sparsamer, höherer Wirkungsgrad Deutlich mehr Energieverbrauch, Wärmeentwicklung und geringerer Wirkungsgrad

Vorteile und Nachteile von Schaltnetzteilen

Aus den Eigenschaften und der Funktionsweise von Schaltnetzteilen ergeben sich eine Vor- und Nachteile. Nach dem Stand der Technik überwiegen die Vorteile momentan gegenüber den alternativen Stromversorgungen.

Vorteile

Der wichtigste Vorteil eines Schaltnetzgerätes gegenüber konventionellen Stromversorgungen ist der hohe Wirkungsgrad. Weiterhin ist selbst bei kleiner Nennleistung oder wechselnden Lasten ein Einsatz problemlos möglich. Diese Flexibilität und Leistungsfähigkeit macht ein Schaltnetzteil sehr attraktiv.

Zudem lassen sich SNT's einfach regeln. Es entsteht ein großer Toleranzbereich an möglichen Eingangsspannungen und Netzfrequenzen. Unterschiedliche Netztspannungen in einem großen Bereich können von einem Netzteil abgedeckt werden. Wenn die Geräte dafür ausgelegt werden, ist auch eine Gleichspannung als Eingangsspannung möglich.

Beim Einbau und der Verwendung weisen Schaltnetzteile ebenfalls große Vorteile auf. Durch die kompakte Größe und dem geringen Gewicht lässt sich ein Schaltnetzteil bequem in Schaltschränke oder kleinere Geräte einbauen. Das geringe Kupfervolumen spart wichtige Ressourcen. Im Standby-Betrieb ist ein geringer Verbrauch zu verzeichnen. Auch die Arbeitsfrequenz der Geräte ist sehr hoch. Außerdem ist keine Thermosicherung notwendig und es genügt ein Überstromschutz.

Dies alles macht Schaltnetzteile sehr günstig und kosteneffizient. Stimmt dann auch noch die Qualität und die Garantielaufzeit, können Betreiber der Geräte deutlich an Kosten sparen.

Nachteile

Trotz der vielen Vorteile sollen ebenso die Nachteile bzw. Schwierigkeiten bei der Verwendung von Schaltnetzteilen unter die Lupe genommen werden.

Wie bereits erwähnt führt der Hochfrequenz-Schaltbetrieb zu EMV Störemissionen. Dadurch sind Maßnahmen notwendig, um die elektromagnetischen Störemissionen abzuschirmen. Weiterhin kommt es bei Schaltnetzteilen zu einer Verzerrung der Versorgungsspannung. Ein modernes SNT besitzt daher ein PFC (Power Factor Correction).

Bei sehr niedriger Last oder schnellen Lastwechseln ist ein schlechteres Regelverhalten als bei konventionellen Längsreglern die Folge. Die Schwingneigung bei geringer Last kann durch eine Vorlast gelöst werden. Eine komplexere Schaltung bedarf mehr Bauelemente, wodurch es mehr Teile gibt, die auch kaputt gehen können. Darüber hinaus werden die passiven Bauteile stärker belastet.

Für eigentlich alle Nachteile gibt es bereits sehr gute Lösungen, die aber mehr Bauteile zur Folge haben. Schaltnetzteile sind besser und effizienter, aber auch komplexer als konvetionelle Stromversorgungen.

Welche Typen von Schaltnetzteilen gibt es?

Wer sich mit Schaltnetzteilen beschäftigt, wird feststellen, dass es verschiedene Typen gibt, die sich je nach Verwendungsart unterscheiden. Wir möchten diese Typen vorstellen.

DIN-Hutschienen Schaltnetzteile

DIN-Hutschienen Schaltnetzteile sind auf genormte Hutschienen montierbar. Dadurch wird der Einbau in Schaltschränke deutlich erleichtert, da keine gesondere Befestigung notwendig wird. Es gibt mittlerweile enorm kompakte und kosteneffiziente Schaltnetzteile auf dem Markt. Im besonderen sind dies die MEAN WELL Produktserien HDR-15/30/60/100 und NDR-75/120/240/480. DIN-Hutschienen Netzteile decken einen Leistungsbereich von 15 Watt bis 480 Watt ab. Die schmalen Bauformen und das große Leistungsspektrum machen Hutschienen Netzteile für Industrie und Handel besonders interessant.

LED-Schaltnetzteile

Die LED-Branche ist eine der größten Wachstumsbranchen der vergangenen Jahre. Mittlerweile werden fast alle neuen Beleuchtungsanwendungen weltweit mit LED-Technik betrieben. Daher ist die Nachfrage nach leistungsstarken Schaltnetzteilen für LED-Beleuchtungen sehr groß. LED-Schaltnetzteile kommen im Innen- und Außenbereich zum Einsatz, was verschiedene IP-Schutzarten und Schutzklassen erfordert.

Besonders dimmbare Schaltnetzteile sind nicht mehr wegzudenken. Es gibt dimmbare LED-Schaltnetzteile mit den Dimm-Methoden wie PWM, DALI, Push-Dimmen, 0/1-10V Dimmen oder Smart Timer Dimmen. Die wichtigsten LED-Netzteile sind unter den Serien Meanwell ELG bzw. HLG zu finden. Die HLG-Netzteile stellen die Premiumprodukte dar und sind mit einer Garantielaufzeit von 7 Jahren ausgestattet. Die günstigen ELG-Netzteile sind für den flexibleren Einsatz ideal. Neben MEAN WELL haben sich Marken wie Snappy oder SC Power unter den LED-Schaltnetzteilen einen guten Ruf erarbeitet.

Direktmontage Schaltnetzteile mit geschlossener Bauform

In manchen Fällen ist eine Montage direkt an der Anwendung notwendig. Hierfür eignen sich die Direktmontage Schaltnetzteile mit geschlossener Bauform. Besonders kompakte, moderne Stromversorgungen liegen auch hier im Trend. Mit der MEAN Well Netzteilserie UHP-200/350/500 kann ein besonders schmales Design mit flacher Profilhöhe erworben werden. Zudem sind die Schaltnetzteile besonders anwenderfreundlich und für den Einsatz von LED-Beleuchtungen geeignet. Eine besondere Premiumserie sind die Meanwell RSP-Netzteile, die bis zu einem Leistungsbereich von 10.000 Watt auswählbar sind.

Open-Frame Schaltnetzteile

Für manche Anwendungen sind Schaltnetzgeräte ohne Gehäuse erforderlich. Dafür stehen die sog. Open-Frame Schaltnetzteile zur Auswahl. Der Vorteil solcher Netzteile ist, dass diese günstiger sind als Geräte mit Gehäuse. Ein Gehäuseschutz ist nicht immer notwendig, wenn die Netzteile verbaut werden. Dennoch sollte der fehlende Schutz des Gehäuses bei der Planung bedacht werden.

Tisch- und Steckerschaltnetzteile

In unserem Shop finden Sie zudem eine vielfältige Auswahl an Tisch- und Steckernetzteilen. Mit den Energieeffizienz-Leveln V bzw. VI sind die Geräte ausgestatt. Der Einsatz ist in der Industrie- und Medizintechnik möglich.

Medizinische Schaltnetzteile

Unsere medizinischen Schaltnetzteile zeichnen sich durch eine hohe Zuverlässigkeit, Qualität und dem Einhalten von diversen Sicherheitszertifikaten aus. Auch auf dem Markt der medizinischen Betreuung im eigenen Heim werden SNT's immer mehr gebraucht. Durch die alternde Bevölkerung in den Industrieländern ist eine Versorgung mit mobilen Einrichtungen notwendig. Medizinische Netzteile gibt es in den Bauformen Open-Frame, Tisch- und Steckernetzteile oder Direktmontage.

Weitere Schaltnetzteile im Angebot

Es gibt noch weitere Anwendungsmöglichkeiten für Schaltnetzteile, auf die wir kurz eingehen wollen. Eine große Gruppe stellen die Security Netzteile dar, die mit den verschiedensten Sicherheits-, Notfall- und Alarmsystemen ausgestattet sind. Weiterhin gibt es diverse Batterieladegeräte. Aber auch Unterputzdosen-Schaltnetzgeräte stehen zur Auswahl. Platinennetzteile stellen ebenso eine wichtige Gruppe unter den Schaltnetzteilen dar.

Daneben gibt es noch besondere Schaltnetzteile wie Rack Power, PV Power, EIB/KNX Steuerungen oder Overcurrent Control Einheiten.

DC/DC Converter und DC/AC Inverter im Unterschied zu AC/DC Schaltnetzteilen

AC/DC Schaltnetzteile wandeln Wechselstrom (AC oder "Alternating Current") in Gleichstrom (DC oder "Direct Current") um. Dagegen wandeln Converter bzw. Wandler Gleichstrom in Gleichstrom um, wohingegen Inverter Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Je nachdem welche Stromart im Eingang vorliegt und im Ausgang vorliegen soll, muss dahingehend die passende Stromversorgung gewählt werden.

Nach welchen Eigenschaften werden die besten Schaltnetzteile bewertet?

Ein Schaltnetzteil muss zuerst einmal auf dessen Kosteneffizienz überprüft werden. Damit sind nicht nur faire und günstige Anschaffungskosten gemeint. Durch einen hohen Wirkungsgrad bleiben die Energieverluste gering, wodurch an den Betriebskosten ordentlich gespart werden kann. Außerdem spielt die maximale Lebensdauer eine wichtige Rolle. Daher gilt es die Herstellergarantie und die ungefähre Laufleistung zu beachten. Denn dies alles beeinflusst die Kosteneffizienz enorm.

Besonders auf lange Sicht ist ein hoher Wirkungsgrad wichtig. Für ein modernes Schaltnetzteil sollte ein Wirkungsgrad >90% vorhanden sein. Während Zuverlässigkeit und Lebensdauer eigentlich nur in der Praxis erprobt werden können, sind Netzteile mit einer Nennlaufleistung von über 60.000 Std. zu bevorzugen.

Störemissionen müssen gut abgeschirmt sein. Normen hierfür stellen die EN55022 (Abstrahlverhalten) und EN61000 (Einstrahl- und Störfestigkeit) dar. Zudem ist eine geringe Verlustleistung in Form von Energiekosten und abzuführender Verlustwärme wichtig. Positiv wird die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und die Verlustleistung durch den Einsatz eines aktiven PFC (Leistungsfaktorkorrektur) beeinflusst. Das PFC sorgt für deutlich weniger Energieverluste und reduziert den Oberwellenanteil.

Mittels Funktionen wie Auto Recovery und Power Boost kann die Spannungs- und Stromqualität verbessert werden. Zudem ist ein Schutz gegen Kurzschluss, Überstrom, Überspannung oder elektrischen Schlag notwendig. Mit einem guten Temperaturverhalten und großem Arbeitstemperaturbereich können SNT'S auch bei sehr niedrigen und sehr hohen Temperaturen korrekt arbeiten. Durch ein kleineres Volumen und eine geringe Baugröße steigt die Leistungsdichte der Schaltnetzteile. Dies führt zu einem geringeren Gewicht, was vor allem für mobile Anwendungsbereiche wichtig ist.

Kaufberatung: Worauf muss ich beim Kauf eines Schaltnetzteils unbedingt achten?

Die eben genannten Produkteigenschaften lassen auf die hochwertigsten und besten Schaltnetzteile übertragen. Da wir bei ProConnecting mit starken Partnern wie MEAN WELL, Snappy Optoelectronics, SC Power, CAMTEC oder Nextys zusammen arbeiten, sind die meisten Eigenschaften schon von Haus aus garantiert.

Um ein Schaltnetzteil auszuwählen und die passenden Kriterien für die Planung Ihres Projekts oder Ihres Kaufs im Blick zu haben, sollte auf folgendes geachtet werden:

Leistung

Die Leistung spielt beim Kauf eines Schaltnetzteils die zentrale Rolle. Das ist das erste Kriterium, wonach Netzteile sortiert werden sollten. Stimmt der Leistungsbereich nicht, können die elektrischen Geräte oder Beleuchtungen nicht betrieben werden.

Achten Sie bei der Auswahl darauf, dass ein gewisser Puffer zur maximalen Leistung vorhanden ist. Zwar gibt es einen Überlastschutz, welcher aber bei zu großer Last an seine Grenzen stößt.

Ausgangsspannung

Mit welcher Ausgangsspannung soll das Schaltnetzteil ausgestattet sein? Dies hängt immer von dem Endgerät ab. Gängige Ausgangsspannungen liegen bei 12VDC und 24VDC. Daneben gibt es noch viele weitere Spannungen. Beachtet werden sollte, dass mit steigender Spannung die Stromstärke proportional sinkt.

Eingangsspannung

Danach sollte überprüft werden, welche Eingangsspannung benötigt wird. Die meisten Schaltnetzteile besitzen einen recht großen Eingangsspannungsbereich, sodass dies i.d.R. kein Problem darstellt. Liegt kein Wechselstrom (AC) vor, sondern Gleichstrom (DC), muss auf DC/DC Converter oder DC/AC Inverter zurück gegriffen werden.

Zuletzt stellt sich noch die Frage, wie viele Phasen benötigt werden. Es wird unterschieden nach Schaltnetzteilen mit 1-Phasen-, 2-Phasen- oder 3-Phasen-Eingängen.

PFC

Eine wichtiges Kriterium ist noch, ob ein PFC notwendig ist. Die meisten Netzteile, normalerweise ab 75W, besitzen PFC. PFC hat den Vorteil, dass ein besserer Nutzungsgrad vorhanden ist, welcher die Stromrechnung ordentlich reduziert. Außerdem wird der Wirkungsgrad und die Systemkapazität des Schaltnetzteils erhöht. Weitere Vorteile sind eine Reduzierung der Bauteilengrößen, ein geringerer Wärmeverlust und verbesserte Netzspannungsverläufe. Dadurch reduzieren sich die hochfrequenten EMV-Störemissionen.

Einbau

Beim Einbau kommt es vor allem auf den vorhanden Platz und die Belüftungsmöglichkeiten an. Kompakte Schaltnetzteile lassen sich einfacher verbauen und bieten den restlichen elektronischen Bauteilen mehr Flexibilität mit deren Eigengrößen. Zudem darf das Schaltnetzteil nicht den vorgeschriebenen Arbeitstemperaturbereich überschreiten, was durch ein entsprechendes Netzteil oder eine intelligent, geplante Belüftung erreicht wird.

Zertifizierungen

Soll das Schaltnetzteil für besondere Zwecke eingesetzt werden, wie z.B. als LED-Beleuchtungsanwendung, als medizinisches Netzteil oder als Railway Netzteil, sind bestimmte Normen und Zertifizierungen notwendig. Hierzu informiert man sich am besten in den entsprechenden Datenblättern der Hersteller.

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