Das sogenannte "Schaltnetzteil" wurde etwa 1964 am MIT in USA entwickelt
- Ein Schaltnetzteil vom Team um Professor BOSE für die US-AirForce
Wie fast immer bei revolutionären Konzepten stand das Militär dahinter, in diesem Fall die US Airforce. Und für uns noch viel interessanter ist, der uns wohl bekannte Professor Bose in Massachusetts hatte mit seinem Team am MIT (Massachusetts Institute of Technology in Boston) diese Netzteile für die US-Luftwaffe entwickelt.
Diese damals völlig neuen Netzteile waren wesentlich kleiner und vor allem wesentlich leichter als die alten mit den dicken schweren Trafos und sie waren effizienter. In einem Düsenflugzeug (bzw. in einem Militär-Jet) der 1960er und 1970er Jahre war jedes Gramm, das eingespart werden konnte, kostbarer als Gold. Die Unterlagen über diese Anfänge sind sehr rar und wir bekamen die Broschüre aus dem Fundus von Herrmann Hoffmann von Audio Intl.
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Diese Netzteile waren sehr teuer, wie bei allen Military Geräten
- Ein 24 Volt Trafo-Netzteil im Vergleich
Die später davon abgeleiteten bezahlbaren Consumer Netzteile waren instabil und fehleranfälllig und sie genossen keinen guten Ruf. Das änderte sich mit dem Durchbruch der Computer für alle. Wir haben in 1984 noch Computer verkauft, die 3 oder 4 Trafonetzteile enthielten. Die hohen Anforderungen an Computernetzteile waren extrem und gnadenlos.
Diese Schaltnetzteile wurden besser und absolut verläßlich (jedenfalls die aus USA) und in der EDV ersetzten sie so gut wie alle Trafonetzteile innerhalb kürzester Zeit.
Der Sicherheits-Aufwand (Redundanz) wurde extrem gesteigert
- Redundanz für Hightech Switches
Mit zunehmender Erfahrung wurden auf dem Markt Schaltnetzteile angeboten, die man vorher so nicht realisieren konnte. Für die ganz teuren und absolut ausfallsicheren Kommunikations-Anlagen von LUCENT waren zum Beispiel 4 solcher 700 VA oder sogar der 2000VA Netzteile (von 48 bis 54V=) in einem speziellen Einschub auf der Rückseite (Backplane) miteinander redundant verbunden, sodaß sogar 2 davon ausfallen könnten. Die Netzteil-Profis sprechen da auch nur noch von "Gleichrichtern", weil nur die ausgegebene Spannung betrachtet wird.
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Ein weiterer Vorteil war die (mögliche) Effizienz
Da ein Schaltnetzeil mit wesentlich höheren (Schalt-) Frequenzen als unserer Netzfrequenz von 50 (oder in den USA 60) Hertz arbeitet, fallen in den Spulen bzw. Übertragern wesentlich weniger Magnetisierungs- verluste an. Diese Übertrager können daher auch - bei gleicher Leistungsübertragung - viel kleiner konzipiert werden. Einem Schaltnetzteil ist die Frequenz der Quelle egal, also auch 400 Hz Quellen (z.B. in Flugzeugen) werden problemlos gewandelt.
Über verstehbare und belastbare Zahlen finden Sie etwas mehr weiter unten. Ganz sicher kann man das ziemlich genau ausrechnen, ich habe es aber lieber mit anfassbaren Zahlen und Werten.
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Ein Nachteil ist die hohe Spannung in der Schaltung
- Trennung von Primär- und Sekundär-Funktion
Bei einem Trafo-Netzteil hört die hohe gefährliche Netzspannung nach der Primärwicklung des Trafos (in der Regel) auf. In einem Schaltnetzteil steigt sie bei vielen Netzteilen von 230 Volt~ auf 400 Volt=. Konstruktiv sind die Platinen auch entsprechend in räumlich getrennte Bereiche abgeteilt, doch ein Stromschlag mit 400 Volt ist heftig.
Ein weiterer Nachteil für uns in der Audiotechnik ist die hohe Schaltfrequenz des Zerhackers, der die gleichgerichtete Netzspannung wieder mit 200 Kilohertz (oder noch höher) zerhackt und in den Übertrager schickt. Diese Frequenz kann auf unsere sensiblen Audioschaltkreise einstreuen und unerwünschte Efffekte verursachen.
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Um wieviel besser ist jetzt ein Schaltnetzteil ?
In unserem damaligen Fach "Übertragungstechnik" sowie "Starkstromtechnik" wurde natürlich auch die Sonderform eines Übertragers, der Transformator, ausgiebig behandelt. Und die Qualitäten von Schnittbandkern- und Ringkern-Trafos wurden ausgiebig berechnet.
Bei meinen Messungen im Juni 2022 habe ich leider ganz andere Ergebnisse bekommen, erschreckend andere Zahlen und Werte, die mit der damaligen hochwissenschaftlichen Theorie fast nichts gemeinsam hatten. Also ein Schnittband- oder Ringkerntrafo muß nicht unbedingt effizienter sein als ein ganz gewöhnlicher M-Kern Trafo.
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Unsere Messungen erläutern ....
Bei den Messungen habe ich zuerst mal die Leistungsaufnahme eines jeden Probanden im Leerlauf gemessen. Alleine das war schon erhellend und ernüchternd. Dann habe ich den Trafo belastet und versucht, die Grenze der Stromstärke (quasi die Leistungsgrenze der Sekundärseite) zu ermitteln. Wenn die Spannung brachial einbricht, ist diese Grenze erreicht oder überschritten.
Ein Vergleich von abgegebenen Leistung (an die elektronische Last) und aufgenommener Leistung (aus dem 230 Volt Netz) öffnet die Augen, weil da zwei ganz simple Zahlen nebeneinander stehen. Selbst bei einem Meß-Fehler von 10% sind die Zahlen wegweisend.
Bei einem Schaltnetzteil ist diese Herangehensweise nicht so glücklich, weil ganz leicht der Rauch aufsteigt. Auf den Schaltnetzteilen steht zu 95% die jeweilge verfügbare Nennspannung mit dem Nennstrom drauf.
Also daran kann man sich halten, um die Effizienz bei Vollast und dann wieder rückwärts bei halber Last zu ermitteln.
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Erste Messungen mit 2 Schaltnetzteilen
Aus unseren zu verschrottenden EDV Geräten baue ich fast immer die Netzteile aus, weil die oft weiter verwendbar sind. So auch hier. Es sind zwei weitgehend baugleiche ASTEC Netzteile aus dem 55 Watt Bereich. Beide Netzteile gehören zur Profi-Liga und haben ein kleines Trimm-Poti auf der Seite, um die Spannung leicht zu korrigieren.
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Beginnen Sie am besten hier ....
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