Grundlagen zu PC-Netzteilen
Aufbau und Funktionsweise von PC-Netzteilen
Einen PC kann man gefahrlos aufschrauben, weil sein Netzteil in einem eigenen geschlossenen Gehäuse sitzt. Das lässt man wegen der darin auftretenden hohen Spannungen besser geschlossen. Sein Innenleben zeigt der folgende Artikel ganz ohne Gefahr für Leib und Leben.
Jeder PC beherbergt ein Netzteil zur Stromversorgung aller darin verbauten Komponenten. Es ist allerdings weit mehr als ein reiner Wandler, der die Netzspannung umformt. Inzwischen sind die Netzteile recht intelligent und helfen damit vor allem beim Energiesparen. An der grundsätzlichen Arbeitsweise hat sich aber seit vielen Jahren nichts geändert: Die Wechselspannung des Stromnetzes wird gleichgerichtet und mit einem Kondensator geglättet. Diese Gleichspannung wird dann von einer Elektronik wieder in eine Wechselspannung viel höherer Frequenz zerhackt, heruntertransformiert und wieder gleichgerichtet und geglättet.
Hochfrequent
Der Vorteil dieses Verfahrens: Je höher die Frequenz ist, umso kleiner kann der Transformator ausfallen, um eine gegebene Leistung zu übertragen. Würde man ein PC-Netzteil mit einem 50-Hz-Transformator aufbauen, wie man ihn heute noch in manchen HiFi-Endverstärkern antrifft, dann wäre er alleine so groß wie ein ganzes PC-Netzteil und um ein Vielfaches schwerer.
Außer diesem Grundprinzip hat sich die Schaltungstechnik über die Jahre mit den Anforderungen gewandelt: Seit einigen Jahren wird von den Stromversorgern eine Power-Factor-Correction (PFC) gefordert, die den Phasenverlauf der Stromentnahme dem der Netzspannung angleicht. Das Stromnetz wird auf diese Weise nicht mehr mit Blindleistung belastet, die durch die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung und durch hochfrequente Oberschwingungen entsteht. Früher wurde das häufig mit einer dicken (und schweren) Drosselspule realisiert, heutzutage erledigt eine zusätzliche elektronische Schaltung dies besser und mit weniger Gewicht.
Gleichgerichtet
Direkt auf den Netzeingang folgt ein aus Spulen und Kondensatoren aufgebauter Filter. Seine Aufgabe ist es, zu verhindern, dass die von den Schaltreglern verwendeten hohen Frequenzen als Störung in das Stromnetz zurückkoppeln. Auf den Entstörfilter folgt der Gleichrichter, ein aus vier Dioden bestehender Halbleiter (Graetz-Brücke), der aus den 230 Volt Wechselspannung eine (mit 100 Hz) pulsierende Gleichspannung macht. Bei den hohen Leistungen eines PC-Netzteils braucht der Gleichrichter einen Kühlkörper.
Die pulsierende Gleichspannung glätten mehrere Elektrolyt-Kondensatoren. Anschließend wird die Gleichspannung durch hochfrequente Halbleiter-Schalter zerhackt. Zur Steuerung der Zerhacker dient ein IC, der das Herz der Netzteilintelligenz bildet. Er steuert den Zerhacker auf der Primärseite so, dass am Ausgang die gewünschten Spannungen anstehen, unabhängig von der gerade entnommenen Leistung. Den Ist-Zustand der Ausgangsspannungen erfährt der Controller über Optokoppler galvanisch getrennt von den Sekundärstromkreisen. Zudem erhält er von außen ein Signal, ob das Hauptnetzteil überhaupt eingeschaltet sein soll.
Damit der Controller derartige Signale erkennen kann, steckt in jedem PC-Netzteil noch ein sogenanntes Standby-Netzteil. Dieses versorgt einige ausgewählte Teile auf der Hauptplatine im Soft-off weiter, sodass der PC sich zum Beispiel bei Empfang eines „magischen Pakets“ auf dem Ethernet-Port wieder selbst einschalten kann. Wenn man seinen PC gerade überhaupt nicht braucht, sollte man ihn deshalb ganz vom Netz trennen, entweder über den Netzschalter an der Rückseite oder eine Steckdosenleiste mit Schalter.
Effizient
Der Wirkungsgrad eines Netzteils ist eine wesentliche Eigenschaft, die in den letzten Jahren deutlich verbessert worden ist. Ältere Netzteile kamen selten über etwa 80 Prozent hinaus. Aufwendigere und effizientere Wandler in modernen Netzteilen erreichen nun Wirkungsgrade von über 90 Prozent. Wie effizient ein Netzteil arbeitet, kann man üblicherweise an dem „80-Plus-Siegel“ erkennen – von Bronze zu Platinum werden die Anforderungen an den Wirkungsgrad immer höher.
Der tatsächliche Wirkungsgrad ist allerdings auch von der aktuellen Belastung abhängig. Ein Computer ist in der Regel die meiste Zeit unbeschäftigt und die Komponenten darin gehen automatisch in entsprechende Stromsparmodi. Ein guter Wirkungsgrad auch in diesem Lastbereich kommt daher der Stromrechnung besonders zugute. Aus diesem Grund wird für die genannten Energiesiegel auch ein bestimmter Mindestwirkungsgrad erwartet, wenn dem Netzteil nur ein Bruchteil seiner Nennleistung abgefordert wird. (tig@ct.de)