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    Grundlagen Schaltnetzteil Primaerseite

    Grundlagen Schaltnetzteil (1)

    Alex @ AEQ-WEB

    Egal ob Fernseher, Waschmaschinen oder Ladegeräte - überall trifft man auf Schaltnetzteile. Funktioniert ein Gerät nicht mehr richtig oder es lässt sich nicht mehr Einschalten, so kann ein defektes Schaltnetzteil die Ursache dafür sein. Während Netzteile für Computer oder 3D-Drucker recht günstig sind, kann ein eingebautes Netzteil von einer Waschmaschine oder einer Garagentor-Steuerung als Ersatzteil oftmals mehrere hundert Euro kosten. Die defekten Bauteile hingegen kosten oft nur wenige Euro, sind leicht zu beschaffen und auszutauschen. In diesem Artikel geht es allgemein um die Funktionsweise von Schaltnetzteilen und in weiteren Artikeln um praktische Tipps für die Reparatur von Schaltnetzteilen.

    Um Reparaturen an Schaltnetzteilen effizient durchführen zu können, sollte man zuerst allgemein wissen, wie Schaltnetzteile (SNTs) funktionieren. Dazu wurde ein vorhandenes Netzteil zerlegt und ein Schaltplan entworfen, der in diesem Artikel Bauteil für Bauteil erklärt wird. Gestartet wird auf dieser Seite mit der Primärseite des SNTs.


    Sicherheitshinweise: 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.


    Aufbau eines Schaltnetzteils

    Grundsätzlich gibt es verschiedene Arten von Schaltnetzteilen. Wie ein Schaltnetzteil aufgebaut wird, hängt von der benötigten Leistung, Energieeffizienz und Qualität (Netzstromverformung, Stabilität der Ausgangsspannung usw.) ab. Kleinere Schaltnetzteile (bis rund 250 Watt) werden meistens nach dem Sperrwandler-Prinzip gebaut und sind in fast allen Haushaltsgeräten zu finden. Ein übliches Sperrwandler-Netzteil besteht in der Regel aus folgenden acht Komponenten:

    Netzeingang & Netzfilter (1)
    Direkt nach dem Netzeingang befinden sich meistens mehrere Schutzeinrichtungen (Schmelzsicherung, NTC, Varistor) sowie Netzfilter (Stromkompensierte Drossel, X- und Y-Kondensatoren). Da bei den Schaltnetzteilen durch das "Schalten" leitungsgebundene Oberwellen und Netzstromverformungen entstehen, müssen diese entsprechend gefiltert werden.

    Gleichrichtung und Glättung (2)
    In der zweiten Stufe wird die Wechselspannung mit Dioden gleichgerichtet und geglättet. Der Glättungskondensator ist leicht zu erkennen, da er nach dem Übertrager bzw. Transformator das nächste größere Bauteil ist. Auffällig ist auch die hohe Spannungsfestigkeit, denn nach der Gleichrichtung liegt nicht mehr die übliche Effektivspannung von 230 Volt an, sondern fast die vollständige Spitzenspannung von etwa 325 Volt als Gleichspannung an.

    Steuerung (3)
    Die Steuerung erfolgt meistens über einen integrierten Schaltkreis (IC), was in vielen Fällen ein einfacher PWM-Controller ist. Dieser Controller wird gerne auch als "Netz-IC" bezeichnet. Aufgabe vom Netz-IC ist es, die Steuerung der Pulsweitenmodulation (PWM) vom Leistungstransistor zu übernehmen. Die Information, wie das PWM-Verhältnis und somit die Höhe der Ausgangsspannung auf der Sekundärseite sein muss, bekommt das Netz-IC über einen Optokoppler. Außerdem besitzen Netz-ICs meistens auch einen Überlastungsschutz, der ab einem bestimmten Stromfluss das Netzteil abschaltet.

    Treiber (4)
    Als Treiber oder Treiberstufe wird der Leistungsschalter eines Netzteils bezeichnet. Dabei handelt es sich um einen MOSFET, IGBT oder Bipolar-Transistor, der die Primärspule vom Übertrager mehrere Tausend Mal pro Sekunde schaltet.

    Übertrager (5)
    Der Übertrager oder "Transformator" besteht aus mehreren Wicklungen und überträgt die Energie von der Primärseite zur Sekundärseite. Außerdem gibt es in der Regel noch mindestens eine dritte Wicklung, welche die Energieversorgung für das Netz-IC bereitstellt. Je nach PWM-DutyCycle wird immer so viel Energie von der Primärseite zur Sekundärseite übertragen, wie letztendlich am Ausgang benötigt wird. Außerdem stellt der Übertrager die galvanische Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite her.

    Optokoppler (6)
    Der Optokoppler ist für die galvanische Trennung von Primär- und Sekundärseite verantwortlich und teilt dem Netz-IC mit, ob die Ausgangsspannung hoch genug ist.

    Gleichrichter (7)
    Direkt an der Sekundärwicklung befindet sich eine Einweg-Gleichrichterschaltung, welche oft aus einer Doppel-Diode besteht. In weiterer Folge sind mehrere parallel geschaltete Elektrolytkondensatoren zur Glättung der Ausgangsspannung an den Gleichrichter angeschlossen.

    Regelung (8)
    Parallel zum Lastausgang befindet sich eine weitere Schaltung, welche beim Überschreiten einer bestimmten Spannung den Optokoppler schaltet. Dadurch wird das Netz-IC informiert, dass auf der Sekundärseite ausreichend Spannung vorhanden ist und keine weitere Anhebung erforderlich ist. Gelegentlich befindet sich bei dieser Schaltung auch ein Potentiometer, mit dem die gewünschte Ausgangsspannung eingestellt werden kann.

    Der Schaltplan

    Der folgende Schaltplan wurde von einem weitverbreiteten Schaltnetzteil nachgezeichnet. Es handelt sich hierbei um ein Schaltnetzteil für 115/230 Volt Netzspannung und liefert eine Ausgangsspannung von 12 Volt und einen maximalen Strom von 10 Ampere. Außerdem ist dieses Netzteil recht einfach und reparaturfreundlich aufgebaut und Ersatzteile bzw. passende Alternativen sind leicht zu beschaffen. Der folgende Schaltplan kann auch als PDF heruntergeladen werden:

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    Das Netz-IC (UC3842)

    Das Schaltnetzteil, welches in diesem Artikel analysiert wird, besitzt einen UC3842 PWM-Controller von Texas Instruments. Dieser integrierte Schaltkreis übernimmt alle wichtigen Aufgaben zur Steuerung eines Schaltnetzteils. Einen integrierten Leistungsschalter gibt es hier nicht, daher wird die Primärwicklung vom Übertrager über einen externen MOSFET geschaltet. Der UC3842 ist übrigens ein sehr verbreiteter PWM-Controller und ist noch immer am Markt leicht erhältlich. Das Datenblatt von diesem Controller ist sehr umfangreich und bietet viele Schaltungsbeispiele. Ein Blick in dieses Datenblatt ist daher sehr zu empfehlen.

    1. Netzeingang & Sicherungen

    Die 230V-Netzspannung besteht aus Phase und Neutralleiter. Generell ist bei allen Netzteilen, welche über eine Steckdose an das Stromnetz angeschlossen sind, die Polarität nicht bekannt. Es macht daher keinen Unterschied, ob Neutralleiter und Phase am Netzeingang vertauscht sind.

    Im Schaltplan findet man unmittelbar nach dem Netzeingang die Sicherung F1. F1 ist eine klassische Schmelzsicherung, welche beim Überschreiten eines bestimmten Stromflusses über einen bestimmten Zeitraum oder bei einem Kurzschluss durchbrennt und somit die Stromversorgung zur weiteren Schaltung unterbricht.

    TH1 ist ein NTC-Widerstand der zur Strombegrenzung dient. Bei der Type 5D-11 beträgt der Widerstand bei 25 Grad Umgebungstemperatur etwa 5 Ohm. Der maximal zugelassene Dauerstrom beträgt beträgt 4 Ampere. Dies wird benötigt, da sich auf der Primärseite des Schaltnetzteils ein Gleichrichter mit Siebkondensator befindet, der beim Einschalten kurzzeitig sehr viel Strom aufnimmt. Der sogenannte Einschaltstromimpuls wird durch den Kondensator erzeugt. Der NTC in Serie dazu reduziert den Einschaltstrom und wird durch die Eigenerwärmung schnell niederohmiger. TH1 ist kein Überhitzungsschutz, sondern eine "thermische" Strombegrenzung.

    Achtung: TH1 erfüllt seinen Zweck nur im kalten Zustand! Wird das Netzteil für einige wenige Sekunden vom Netz getrennt und anschließend wieder angeschlossen, so funktioniert diese Art der Strombegrenzung nicht mehr. Die Sicherung F1 könnte in diesem Fall durchbrennen.

    Die Teilschaltung von Netzeingang und Sicherungen sieht wie folgt aus:

    2. Netzfilter

    Ein Schaltnetzteil verursacht im Betrieb leitungsgebundene Störungen. Um diese Störungen zu kompensieren, muss eine Netzfilter-Schaltung eingebaut werden. Netzfilter bestehen in der Regel aus passiven Bauteilen wie Spulen und Kondensatoren. CX1, LF1, CY1 und CY2 bilden das Netzfilter und unterdrücken die von der Schaltung erzeugten unerwünschten Störsignale, sodass diese nicht in das Stromnetz gelangen können. Generell werden diese hochfrequenten Störungen nicht vollständig gefiltert, befinden sich jedoch unter einem bestimmten zulässigen Grenzwert. Hersteller müssen Schaltnetzteile einer EMV-Prüfung unterziehen, bevor diese im Umlauf gebracht werden dürfen.

    CX1 dämpft die Störspannungen zwischen den Zuleitungen (Gegentaktstörung). CY1 und CY2 dämpfen Störspannungen, welche zwischen Phase und Neutralleiter gegenüber der Erde auftreten (Gleichtaktstörungen). LF1 ist eine stromkompensierte Drossel (Gleichtaktdrossel), welche ebenfalls Gleichtaktstörströme dämpft und somit zur besseren elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) beiträgt. CX1 darf im Fehlerfall (zum Beispiel durch eine Überspannung) keinen Kurzschluss verursachen. Diese Kondensatoren sind meist selbstheilend und verlieren bei einem Durchschlag höchstens einen Teil ihrer Kapazität.

    Der Widerstand R1 dient zur Entladung vom Kondensator.

    Folgende Teilschaltung stellt den Netzfilter dar:

    3. Gleichrichtung und Glättung

    Nach dem Netzfilter folgt der Gleichrichter. Die Wechselspannung wird über vier Dioden (D10 - D13) gleichgerichtet. In Europa beträgt die Netzspannung 230 Volt, jedoch handelt es sich hierbei nur um einen Effektivwert. Die Spitzenspannung liegt weit über 300 Volt. Der Elektrolyt-Kondensator nach dem Gleichrichter glättet und puffert diese Spannung. Es handelt sich dabei um einen recht großen Kondensator mit einer Spannungsfestigkeit vom 400 Volt oder mehr. Nach C1 steht für die weitere Schaltung eine Gleichspannung von ungefähr 325 Volt zur Verfügung. Bei einer positiven Halbwelle fließt der Strom über D11 zu den nachfolgenden Schaltungsteilen (Pluspol) und über D12 (Minuspol) wieder zurück. Bei der negativen Halbwelle fließt der Strom über D13 zu den nachfolgenden Schaltungsteilen (Pluspol) und über D10 wieder zurück.

    Folgende Teilschaltung stellt den Gleichrichter mit Glättkondensator dar:

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    4. Stromversorgung des PWM-Controllers

    Der PWM-Controller IC1 (oft als Netz-IC bezeichnet) steuert den MOSFET Q1 mittels Pulsweitenmodulation (PWM) an. Erst dadurch wird die Energie von der Primärseite zur Sekundärseite übertragen. Doch bevor dieser Vorgang stattfinden kann, muss bereits der PWM-Controller (IC1) mit Energie versorgt werden. IC1 bekommt direkt nach dem Netzanschluss über eine Reihenschaltung bestehend aus den Widerständen R6 und R7 den Pluspol an Pin 7. Pin 5 von IC1 liegt direkt auf dem Minuspol bzw. an Masse. Die beiden Widerstände R6 und R7 sind recht groß und liefern nur auch nur einen geringen Strom, der zuerst zum größten Teil in den Puffer-Kondensator C18 fließt. Erst wenn C18 aufgeladen ist, bleibt genug Energie übrig, sodass IC1 starten kann. Dieser Kondensator darf nicht zu klein sein, da er sonst zu wenig Energie puffert. Auch ein zu großer Kondensator würde sich negativ auswirken, da er aufgrund er langen Ladezeit zu einem verzögerten Start des Netzteils führen würde. Parallel zum Elektrolytkondensator C18 befindet sich der Kondensator C7. C7 dient jedoch nicht der Pufferung, sondern unterbindet mit seinen kapazitiven Bildwiderstand hochfrequente Schwingungen. Nachdem ausreichend Energie zur Verfügung steht, fängt IC1 nun an den MOSFET Q1 ständig zu schalten, sodass die Primärspule (L1_P) ein Magnetfeld aufbaut. Dadurch wird in den zwei Sekundärwicklungen (L1_A & L1_S) eine Spannung erzeugt. Über die erste Sekundärspule (L1_A) wird nun in weiterer Folge IC1 dauerhaft mit einer höheren Spannung versorgt als über den zuvor beschriebenen Spannungsteiler. Die Diode D3 dient dabei als Gleichrichter von der Wicklung L1_A und ist ebenfalls direkt mit Pin 7 verbunden. In weiterer folge fängt nun das Netzteil an, die Spannung auf der Sekundärseite über L1_S hochzufahren. Die Regelung der Ausgangsspannung wird in weiter Folge noch genauer erläutert.

    Der folgende Screenshot vom Oszilloskop zeigt den Startvorgang vom Netzteil. Kanal 1 (Gelb) liegt an Pin 7 (VCC) vom Netz-IC, Kanal 2 (Blau) liegt Pin 6 (Out). Direkt nach dem Einschalten des Netzteils sieht man, wie die Spannung an Pin 7 langsam aufgrund der Ladezeit von C18 auf etwa 17 Volt ansteigt. Dieser Vorgang dauert rund 0,8 Sekunden. Anschließend schaltet das Netzteil erstmalig den Leistungsschalter (Q1), was zu einem kurzzeitigen Spannungseinbruch führt. C18 dient jetzt als Puffer und verhindert einen tieferen Spannungseinbruch. Nach dem ersten Schaltvorgang kommt bereits aus der Wicklung L1_A eine Spannung. Das Schaltnetzteil geht anschließend in den Regelbetrieb über.

    5. Primärwicklung

    Die Primärwicklung (L1_P) liegt mit einem Pol direkt auf dem Pluspol vom Gleichrichter. Der zweite Pol von L1_P muss daher an den Minuspol angeschlossen werden. Damit die Energie jedoch in die Sekundärwicklungen übertragen wird, muss die Spule ständig geschaltet werden, weil unter Gleichspannung eine Spule nur im Einschaltmoment kurz ein entsprechendes Magnetfeld aufbaut. Diese Schaltung übernimmt der MOSFET Q1 indem er den Minuspol immer wieder kurzzeitig von der Spule trennt und wieder zuschaltet. Der Minuspol gelangt über die zwei Widerstände R8 und R9 zum Source-Pin von Q1 und wird bei entsprechender Gate-Spannung über den MOSFET durchgeschaltet.

    Q1 wird über den Pin 6 von IC1 geschaltet. Der Strom fließt dabei von Pin 6 über R14 weiter zum Gate-Pin des MOSFETs und lädt diesen auf. Über die Diode D8 wird das Gate wieder entladen. Ist IC1 nicht in Betrieb, so wird über R4 das Gate mit dem Minus-Pol verbunden, damit Q1 auch in so einem Fall nicht leitend ist (Pull-Down). ZD1 dient als Schutzdiode.

    Durch das Abschalten von L1_P entstehen in dieser Wicklung Spannungsspitzen, welche deutlich über der Betriebsspannung liegen. Diese Spannungsspitzen können den MOSFET beschädigen und müssen entsprechend abgefangen werden. Die unerwünschten Spannungsspitzen fließen über die Dioden D1 und D2 zum Kondensator C3 und werden anschließend über die Widerstände R2 und R3 abgebaut. Man bezeichnet diese Schaltung als Snubber-Glied.

    Messung vom Schalterstrom (Spulenstrom) Das Netz-IC (IC1) misst den Stromfluss, welcher über Q1 zur Primärspule fließt. Die parallel geschalteten Widerstände R8 und R9 liegen zwischen dem Minus-Pol und dem Source-Pin von Q1 und arbeiten als Shunt. Durch den Stromfluss entsteht wie bei einem Spannungsteiler zwischen den Widerständen und Q1 eine Spannung, welche vom Netz-IC gemessen wird. Pin 3 vom Netz-IC wird daher auch als "Current Sensing Pin" bezeichnet. Wird Q1 eingeschaltet, gibt es kurzzeitig eine Stromspitze, die zum Auslösen vom Überlastungsschutz führen könnte. Daher befindet sich zwischen Pin 3 vom Netz-IC und dem Shunt der Widerstand R12 und der Kondensator C12, welche zusammen einen RC-Tiefpass bilden und solche Spannungsspitzen kompensieren.
    Dieses Schaltnetzteil arbeitet im “Current-Mode” und muss daher den Spulenstrom bzw. Schalterstrom überwachen. Im Current-Mode-Betrieb wird der Spulenstrom durch eine innere Regelung auf einem bestimmten Sollwert geregelt.

    6. Regelung der Ausgangsspannung

    Das Netzteil sollte die Ausgangsspannung möglichst konstant auf 12 Volt halten. Wird eine größere Last angeschlossen, sinkt die Ausgangsspannung und IC1 muss dementsprechend nachregeln. Der Controller (IC1) bekommt diese Information von der Sekundärseite galvanisch getrennt über den Optokoppler IC2. Eine Schaltung auf der Sekundärseite schaltet beim Erreichen der richtigen Ausgangsspannung den Optokoppler ein. Auf der Primärseite muss nun der Controller (IC1) das PWM (Pulsweitenmodulation) Ein/Aus-Verhältnis entsprechend der Optokoppler-Rückmeldung halten oder wenn notwendig anpassen. Das Verhältnis zwischen dem Ein- und Ausschalten wird als PWM Tastgrad (engl. Duty-Cycle) bezeichnet. Die Prozentangabe vom PWM Tastgrad bzw. Tastverhältnis bezieht sich immer auf den eingeschalteten zustand. Der MOSFET Q1 bleibt dadurch entweder etwas länger oder kürzer eingeschaltet. Dadurch überträgt die Primärspule L1_P entweder mehr oder weniger Energie zur Sekundärspule L1_S. Folgenden Screenshots zeigt das PWM-Ausgangssignal an Pin 6 des Controllers bei zwei unterschiedlichen Lasten am Ausgang vom Netzteil:

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    Die Schaltfrequenz vom Ausgang (Pin 6) wird mit einem internen Oszillator erzeugt. Diese Frequenz ist anpassbar. Für die Beeinflussung der Schaltfrequenz ist der Widerstand R18 und der Kondensator C11 verantwortlich. Der Widerstand R18 liegt direkt auf dem 5-Volt Referenzausgang vom Controller und C11 liegt an Masse (Minus-Pol). In der Mitte liegt der Oszillator-Eingang (Pin 4). Weitere Informationen zur Frequenzeinstellung können aus Datenblatt vom jeweiligen Hersteller des PWM-Controllers (IC1) entnommen werden.

    Ab einem PWM-Tastgrad von mehr als 50 % treten unerwünschte Sub-Harmonische Schwingungen auf, welche aufgrund der nicht linearen Arbeitsweise des Stromreglers entstehen. Die Regelung würde anfangen zu schwingen, was letztendlich zu einem chaotischen PWM-Tastgrad führen würde. Je nach angeschlossener Last auf der Primärseite kann es von “so gut wie keine Auswirkungen” bis hin zu “unerklärlichen hochfrequenten Störsignalen” auf der Sekundärseite kommen. Um diese Schwingungen möglichst zu unterbinden, muss die Flankensteilheit der Strommessrampe kompensiert werden. Dies wird als “Slope Compensation” bezeichnet. Man legt dazu einfach auf die Strommessrampe vom Shunt eine weitere Rampe. Diese weitere Rampe nimmt man vom Oszillator und addiert sie über den Kondensator C10 auf die Strommessrampe.

    Der Optokoppler IC2 besteht aus einer LED und einem Foto-Transistor. Sobald die LED im Optokoppler leuchtet, wird der Transistor leitfähig. Dadurch sind über den Optokoppler Primärseite und Sekundärseite galvanisch voneinander getrennt. Unmittelbar nach dem Einschalten des Netzteils wird die Ausgangsspannung auf der Sekundärseite hochgefahren. Sobald eine bestimmte Spannung erreicht wurde, muss die Sekundärseite dies zum Controller an der Primärseite rückmelden. Dazu aktiviert eine Schaltung auf der Sekundärseite den Optokoppler.

    Das Netz-IC besitzt einen "Compensation Pin" (Pin 1), mit dem der PWM Tastgrad (engl. Duty-Cycle) eingestellt wird. Je höher die Spannung an diesem Pin ist, desto länger ist auch der Leistungsschalter Q1 eingeschaltet. Pin 1 wird über den Widerstand R17 an die 5V Referenzspannung gelegt, was vorerst zu einem Tastgrad von 100% führt. Sobald auf der Sekundärseite die Ausgangsspannung hoch genug ist, wird der Optokoppler aktiviert. Der Optokoppler schaltet nun auf der Primärseite die Masse zu Pin 1 durch, was zu einem Spannungsabfall an diesem Pin führt. Das Netz-IC reduziert daraufhin den PWM-Tastgrad. Eine Steuerung vom PWM-Tastgrad ist somit möglich und die Ausgangsspannung an der Sekundärseite kann entsprechend der angeschlossenen Last geregelt werden. Übrigens kann der Tastgrad auch auf 0% eingestellt werden, wenn Pin 1 vollständig an Masse gelegt wird.

    7. Schutzeinrichtungen & Soft-Start

    Open Loop Detection:
    Das Netz-IC steuert über PWM die Leistung der Primärspule und steuert somit auch die Ausgangsspannung auf der Sekundärseite. Die Spannung steigt so lange, bis eine Rückmeldung vom Optokoppler kommt. Tritt irgendwo ein Fehler auf, oder der Optokoppler selbst ist defekt, würde das Netz-IC ständig mit einem PWM-Tastgrad von 100% laufen. Die Folge wäre eine deutlich zu hohe Ausgangsspannung und im schlimmsten Fall könnten dadurch auch die angeschlossenen Verbraucher zerstört werden. Ein derartiger Fehler muss sofort erkannt werden und zum Abschalten vom Netzteil führen. Diese Schutzmaßnahme wurde bei diesem Netzteil wie folgt realisiert:

    Über Pin 3 wird der Stromfluss von der Primärspule gemessen. Legt man hier eine Spannung von mehr als einem Volt an, so interpretiert das Netz-IC dies als Überlastung und schaltet sofort ab. Dieses Feature machte sich der Hersteller auch in der Schaltung zunutze, indem er mit dem PNP-Transistor Q2 die 5V Referenzspannung auf den Pin 3 legen kann. Ist der Optokoppler (IC2) aktiv, so liegt der Transistor Q3 über R20 und R22 mit der Basis auf Masse. Der Transistor ist in diesem Fall leitfähig und legt die 5 Volt vom Referenzausgang (Pin 8) an die Basis von Q2. Q2 ist dadurch gesperrt und das Netz-IC kann normal arbeiten. Sind die 5 Volt an der Basis von Q2 nicht mehr vorhanden, wird Q2 leitfähig und legt die 5 Volt von Pin 8 an Pin 3. Das Netzteil schaltet dadurch ab. Der Widerstand R19 arbeitet als Pull-Down Widerstand und legt die zum Schalten benötigte Masse an Q2.

    Während im Regelbetrieb diese Fehlererkennung funktioniert, ist das beim Startvorgang so nicht der Fall. Der Optokoppler schaltet nämlich erst verzögert ab einer bestimmten Ausgangsspannung ein. Solange der Optokoppler aus ist, liegt über R17 die 5V Referenzspannung von Pin 8 an der Basis von Q3. In diesem Fall würde Q2 die 5 Volt auf Pin 3 Schalten und es käme zur Abschaltung bzw. würde dadurch der Startvorgang blockiert werden. Die Fehlererkennung darf daher erst verzögert aktiviert werden. Eine derartige Verzögerung kann man zum Beispiel über die Ladezeit eines Kondensators erreichet werden. Zwischen R22 und R20 befindet sich der Elektrolyt-Kondensator C16. Liegt auf dieser Strecke eine positive Spannung an, so fließt der Strom zuerst über R22 in C16 und erst wenn dieser geladen ist weiter über R20 weiter zur Basis von Q3. Das Einschalten von Q2 kann somit über die Ladezeit von C16 verzögert werden. Schaltet der Optokoppler früh genug ein, so wird der Kondensator wieder entladen und Q2 schaltet erst gar nicht ein.

    Soft-Start vom Netzteil
    Die meisten Schaltnetzteile verfügen über einen Soft-Start. Dabei startet der PWM-Tastgrad bei 0% steigt langsam an, bis ein entsprechendes Feedback über den Optokoppler von der Sekundärseite kommt. Das verbaute Netz-IC (UC3842) verfügt über keine integrierte Soft-Start-Funktion, daher muss diese extern nachgerüstet werden. Auch hier macht man sich wieder die Ladezeit des Kondensators C17 zunutze, indem man den Kondensator über die Diode D6 mit dem Pluspol an R17 legt. Im Einschaltmoment zieht der Kondensator so viel Strom, dass die Spannung an R17 und Pin 1 zusammenbricht. Sobald der Kondensator teilweise geladen ist, geht der Strom zurück und die Spannung steigt langsam an. In diesem Moment geht auch die Spannung auf Pin 1 (COMP) wieder nach oben und das PWM-Tastverhältnis steigt. Über R21 und D5 wird dieser Kondensator nach dem Abschalten des Netzteils wieder entladen.

    8. Sekundärseite

    Im zweiten Teil geht es um das Prinzip des Sperrwandlers und um die Sekundärseite.


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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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