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    Grundlagen Schaltnetzteil Treiberstufe

    Halbbrücken-Gegentaktwandler - Die Treiberstufe

    Alex @ AEQ-WEB

    Im ersten Teil ging es um den Netzeingang (Sicherung, Netzfilter, Einschaltstrombegrenzer) und um den darauffolgenden Brückengleichrichter mit der Möglichkeit, die Eingangsspannung von 230 Volt auf 115 Volt umzuschalten. In diesem Artikel geht es um die Fortsetzung vom Projekt "Wie funktionieren Schaltnetzteile" mit dem Themenschwerpunkt Halbbrücke und Übertrager.


    Achtung: Schaltnetzteile arbeiten mit sehr hohen Spannungen (> 300 Volt) - Stromschlaggefahr! Wird ein Schaltnetzteil vom Stromnetz getrennt, können in den Elektrolytkondensatoren derartige Spannungen noch einige Minuten vorhanden sein, ehe sich diese von selbst entladen. Werden Kondensatoren mit einem Bauteil-Prüfgerät oder LCR-Meter überprüft, so müssen diese vorher vollständig entladen werden! Messungen im laufenden Betrieb sollten nur durchgeführt werden, wenn das Schaltnetzteil an einen Trenntransformator angeschlossen ist. Diese Maßnahme ist insbesondere bei Messgeräten mit angeschlossenen Schutzleiter (z. B. Oszilloskope) erforderlich. Reparaturen und Modifikationen an einem Schaltnetzteil sollten nur von einer qualifizierten Fachkraft durchgeführt werden.


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    Der Gleichrichter stellt für die Treiberstufe und für den Übertrager eine Betriebsspannung von rund 325 Volt DC bereit. Plus liegt dabei direkt am Kollektor von Q4 an und Minus liegt direkt am Emitter von Q1 an. Q4 und Q1 sind zwei herkömmliche Hochvolt-Transistoren als NPN Ausführung. Sie bilden die "Halbbrücke" des Schaltnetzteils. Der Emitter von Q4 ist direkt mit dem Kollektor von Q1 verbunden und in der Mitte ist über LA_3 ein Pol von der Wicklung des Hautpübertragers (LP) angeschlossen. Ist der Transistor Q4 leitfähig, so ist der genannte Pol vom Hauptübertrager positiv. Wenn Q1 leitfähig ist, dann ist der Polarität negativ. Die beiden Transistoren werden abwechselnd für einen bestimmten Zeitraum (abhängig von der Last) eingeschaltet. Beide Transistoren dürfen keinesfalls gleichzeitig aktiv sein, dies würde zu einem Kurzschluss führen. Durch das schnelle abwechselnde Schalten beider Transistoren entsteht eine Rechteck-Wechselspannung und die Energie kann von der Primärseite durch den Übertrager zur Sekundärseite des Netzteils transportiert werden.

    Neben dem Hauptübertrager gibt es einen weiteren Hilfsübertrager mit insgesamt 5 Wicklungen. LA_1 und LA_2 werden vom PWM-IC abwechselt geschaltet und erzeugen in den gegenüberliegenden Wicklungen (LA_3 bis LA_5) eine Spannung. Dadurch ist der PWM-IC auf der Sekundärseite galvanisch von der Treiberstufe auf der Primärseite des Netzteils getrennt und kann darüber die Transistoren Q1 und Q4 steuern.

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    Q4 besitzt einen Basiswiderstand (R20) von einem Ohm. R10 und R13 bilden die Spannungsteiler für die Basis. Ist der Kondensator C14 aufgeladen, stellt er eine negative Spannung für die Basis bereit und verhindert so die Leitfähigkeit vom Transistor. Dadurch wird der Transistor auch schneller abgeschaltet und bleibt ausgeschaltet, während der andere Transistor (Q1) aktiv ist. Erzeugt die Wicklung LA_4 eine positive Spannung in Richtung R7, so lässt die Diode D1 diese durch und der Transistor wird leitfähig. Die Wicklung LA_5 ist umgekehrt gepolt und erzeugt in diesem Moment eine negative Spannung. Damit bleibt Q1 im Sperrzustand, während Q4 leitet. Beide Transistoren sind identisch vorbeschaltet, den Unterschied machen die gegeneinander gepolten Wicklungen LA_4 und LA_5, die dafür sorgen, dass immer nur ein Transistor aktiv ist. Auf die Funktionsweise von LA_3 wird im nächsten Teil näher eingegangen. Bei D2 und D3 handelt es sich um Freilaufdioden.

    Wie bereits erwähnt, ist der Hauptübertrager mit einem Pol zwischen Q1 und Q4 angeschlossen. Der zweite Pol des Hauptübertragers ist mit dem Koppelkondensator C10 verbunden. Die Gleichspannung lässt C10 nicht durch, die Wechselspannung hingegen schon. Bei einer Frequenz von 25 kHz weist der Kondensator einen Blindwiderstand von weniger als 3 Ohm auf.

    Parallel zum Übertrager befindet sich noch ein Snubber-Glied bestehend aus dem Widerstand R4-R6 und dem Kondensator C5. Damit werden transiente Spannungen bzw. Spannungsspitzen gedämpft, welche durch die Induktion im Übertrager entstehen und die Transistoren beschädigen können. Außerdem wird damit die Verlustleistung zu einem kleinen Teil reduziert.


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    Über den Autor

    Alex, der Gründer von AEQ-WEB. Seit über 10 Jahren beschäftigt er sich mit Computern und elektronischen Bauteilen aller Art. Neben den Hardware-Projekten entwickelt er auch Webseiten, Apps und Software für Computer.

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