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Netzteile - Stromversorgung für den Computer oder PC

Ein Netzteil ist eine elektronische Vorrichtung, die elektrische Energie einer elektrischen Last zuführt. Die primäre Funktion einer Stromversorgung besteht darin, eine Form von elektrisc... Mehr lesen

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Gleichstromversorgung Eine DC-Stromversorgung ist eine, die eine konstante Gleichspannung zu ihrer Last liefert. Je nach Ausführung kann eine Gleichstromquelle von einer Gleichstromquelle oder von einer Wechselspannungsquelle, wie beispielsweise dem Stromnetz, gespeist werden. AC-DC-Versorgung Schematische Darstellung der grundlegenden AC-DC-Stromversorgung, die (von L-R) Transformator, Vollwellen-Brückengleichrichter, Filterkondensator und Widerstandslast zeigt Einige DC-Stromversorgungen verwenden AC-Strom als Energiequelle. Solche Stromversorgungen verwenden manchmal einen Transformator, um die Eingangsspannung auf eine höhere oder niedrigere Wechselspannung umzuwandeln. Ein Gleichrichter wird verwendet, um die Wandlerausgangsspannung in eine variierende Gleichspannung umzuwandeln, die ihrerseits durch ein elektronisches Filter geleitet wird, um es in eine ungeregelte Gleichspannung umzuwandeln. Der Filter entfernt die meisten, aber nicht alle Wechselspannungsvariationen; Die verbleibende Wechselspannung wird als Welligkeit bezeichnet. Die Wellentoleranz der elektrischen Last diktiert die minimale Filtermenge, die von einer Stromversorgung bereitgestellt werden muss. Bei einigen Anwendungen wird eine hohe Welligkeit toleriert, und daher ist keine Filterung erforderlich. Beispielsweise ist es bei einigen Batterieladeanwendungen möglich, eine netzgespeiste Gleichstromversorgung mit nichts anderem als einem Transformator und einer einzigen Gleichrichterdiode zu realisieren, wobei ein Widerstand in Reihe mit dem Ausgang zum Begrenzen des Ladestroms ist. Linearregler Die Funktion eines linearen Spannungsreglers besteht darin, eine variierende Gleichspannung auf eine konstante, häufig spezifische, niedrigere Gleichspannung umzuwandeln. Zusätzlich bieten sie oft eine Strombegrenzungsfunktion, um die Stromversorgung und die Last vor Überstrom zu schützen (übermässiger, potentiell zerstörender Strom). Bei vielen Stromversorgungsanwendungen ist eine konstante Ausgangsspannung erforderlich, aber die von vielen Energiequellen bereitgestellte Spannung wird mit Änderungen der Lastimpedanz variieren. Wenn ferner eine ungeregelte Gleichspannungsversorgung die Energiequelle ist, wird ihre Ausgangsspannung auch mit der ändernden Eingangsspannung variieren. Um dies zu umgehen, verwenden einige Stromversorgungen einen linearen Spannungsregler, um die Ausgangsspannung unabhängig von Schwankungen der Eingangsspannung und der Lastimpedanz auf einem konstanten Wert zu halten. Linearregler können auch die Grösse der Welligkeit und Rauschen, die auf der Ausgangsspannung auftreten, reduzieren. Netzteile Eine Wechselspannungsversorgung nimmt typischerweise die Spannung von einer Wandsteckdose (Netzversorgung) auf und senkt sie auf die gewünschte Spannung. Es kann auch eine gewisse Filterung stattfinden. Im modernen Gebrauch können Wechselstromversorgungen in Einphasen- und Dreiphasensysteme unterteilt werden. Der Hauptunterschied zwischen der einphasigen und der dreiphasigen Wechselspannung ist die Konstanz der Lieferung. [1] Wechselstrom-Versorgungsmaterialien können auch verwendet werden, um die Frequenz sowie die Spannung zu ändern, sie werden häufig von den Herstellern benutzt, um die Eignung ihrer Produkte für Gebrauch in anderen Ländern zu überprüfen. 230V 50 Hz oder 115 60 Hz oder sogar 400 Hz für die Luftfahrtprüfung. Schaltnetzteil Hauptartikel: Schaltnetzteil Bei einem Schaltnetzteil (SMPS) wird der AC-Netzeingang direkt gleichgerichtet und dann gefiltert, um eine Gleichspannung zu erhalten. Die resultierende Gleichspannung wird dann durch elektronische Schaltkreise mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet, wodurch ein Wechselstrom erzeugt wird, der durch einen Hochfrequenztransformator oder einen Induktor geleitet wird. Das Umschalten erfolgt bei einer sehr hohen Frequenz (typischerweise 10 kHz - 1 MHz), wodurch die Verwendung von Transformatoren und Filterkondensatoren ermöglicht wird, die viel kleiner, leichter und kostengünstiger sind als diejenigen, die bei linearen Netzteilen mit Netzfrequenz auftreten. Nach dem Induktor oder Transformator sekundär wird der Hochfrequenz-Wechselstrom gleichgerichtet und gefiltert, um die Gleichstrom-Ausgangsspannung zu erzeugen. Wenn der SMPS einen ausreichend isolierten Hochfrequenztransformator verwendet, wird der Ausgang elektrisch vom Netz getrennt; Diese Funktion ist oftmals wichtig für die Sicherheit. Schaltnetzteile werden üblicherweise geregelt, und um die Ausgangsspannung konstant zu halten, verwendet die Stromversorgung einen Rückkopplungsregler, der den durch die Last gezogenen Strom überwacht. Das Schalt-Tastverhältnis nimmt zu, wenn die Leistungsabgabeanforderungen zunehmen. SMPSs enthalten oft Sicherheitsmerkmale wie Strombegrenzung oder eine Crowbar-Schaltung, um das Gerät und den Benutzer vor Schaden zu schützen. [2] Für den Fall, dass eine anomale Hochstrom-Stromaufnahme erkannt wird, kann die Schaltnetzteilversorgung davon ausgehen, dass dies eine direkte Abkürzung ist und sich selbst abschaltet, bevor eine Beschädigung vorliegt. PC-Stromversorgungen liefern häufig ein gutes Leistungssignal für das Motherboard; Die Abwesenheit dieses Signals verhindert den Betrieb, wenn anormale Versorgungsspannungen vorhanden sind. Einige SMPSs haben eine absolute Grenze für ihren minimalen Stromausgang. [3] Sie sind nur in der Lage, über einem bestimmten Leistungspegel auszugeben und können nicht unter diesem Punkt funktionieren. In einem Leerlaufzustand erhöht sich die Frequenz des Leistungsschaltkreises auf eine grosse Geschwindigkeit, was bewirkt, dass der isolierte Transformator als Tesla-Spule fungiert, was eine Beschädigung aufgrund der resultierenden sehr hohen Spannungsleistungsspitzen verursacht. Schaltnetzteile mit Schutzschaltungen können kurz einschalten, dann aber abschalten, wenn keine Last erkannt wurde. Eine sehr kleine Niedrigleistungs-Dummy-Last, wie beispielsweise ein keramischer Leistungswiderstand oder eine 10-Watt-Glühbirne, kann an der Versorgung angebracht werden, um es zu ermöglichen, ohne dass eine Primärlast aufgebracht wird. Die Schaltnetzteile, die in Computern verwendet werden, haben historisch niedrige Leistungsfaktoren und waren auch signifikante Quellen von Leitungsstörungen (aufgrund von induzierten Stromleitungsoberschwingungen und Transienten). Bei einfachen Schaltnetzteilen kann die Eingangsstufe die Netzspannungswellenform verzerren, was andere Lasten negativ beeinflussen kann (und eine schlechte Leistungsqualität für andere Versorgungskäufer zur Folge hat) und eine unnötige Erhitzung in Leitungen und Verteilungsgeräten verursachen. Hinzu kommen höhere Stromrechnungen beim Betrieb geringerer Leistungsfaktorlasten. Um diese Probleme zu umgehen, führen einige Computer-Schaltnetzteile die Leistungsfaktorkorrektur durch und können Eingangsfilter oder zusätzliche Schaltstufen verwenden, um Leitungsstörungen zu reduzieren. Programmierbares Netzteil Programmierbare Stromversorgungen Eine programmierbare Stromversorgung ist eine Fernbedienung für den Betrieb über einen analogen Eingang oder eine digitale Schnittstelle wie RS232 oder GPIB. Die gesteuerten Eigenschaften können Spannung, Strom und im Falle von Wechselspannungsausgangsspannungen, Frequenz, umfassen. Sie werden in einer breiten Vielfalt von Anwendungen verwendet, einschliesslich automatisierter Geräteprüfung, Kristallwachstumsüberwachung, Halbleiterherstellung und Röntgengeneratoren. Programmierbare Stromversorgungen weisen typischerweise einen integrierten Mikrocomputer auf, um den Stromversorgungsbetrieb zu steuern und zu überwachen. Stromversorgungen, die mit einer Computerschnittstelle ausgestattet sind, können proprietäre Kommunikationsprotokolle oder Standardprotokolle und Gerätesteuerungssprachen wie SCPI verwenden. Unterbrechungsfreie Stromversorgung Hauptartikel: Unterbrechungsfreie Stromversorgung Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) nimmt seine Energie aus zwei oder mehr Quellen gleichzeitig auf. Es wird normalerweise direkt aus dem Wechselstromnetz versorgt, während gleichzeitig ein Akku geladen wird. Sollte es zu einem Ausfall oder Versagen des Netzes kommen, übernimmt die Batterie sofort, so dass die Last niemals unterbrochen wird. In einer Computerinstallation gibt es dem Bediener Zeit, das System ordnungsgemäss herunterzufahren. Andere USV-Schemata können einen Verbrennungsmotor oder eine Turbine verwenden, um kontinuierlich Strom zu einem System parallel zu der von dem Wechselstrom kommenden Energie zuzuführen. Die motorgetriebenen Generatoren würden normalerweise leerlaufend sein, könnten aber in wenigen Sekunden zur vollen Kraft kommen, um die lebenswichtige Ausrüstung ohne Unterbrechung zu halten. Ein solches System könnte in Krankenhäusern oder Telefonzentralen gefunden werden. Hochspannungsversorgung Eine 30-kV-Hochspannungsversorgung mit Federal-Standard-Steckverbindern, die in Elektronenmikroskopen eingesetzt werden Eine Hochspannungsversorgung ist eine, die Hunderte oder Tausende von Volt ausgibt. Ein spezieller Ausgangsanschluss wird verwendet, der Lichtbogen, Isolationsdurchschlag und unbeabsichtigten menschlichen Kontakt verhindert. Federal Standard-Verbinder werden typischerweise für Anwendungen über 20 kV verwendet, obwohl andere Arten von Verbindern (z. B. SHV-Verbinder) bei niedrigeren Spannungen verwendet werden können. Einige Hochspannungs-Stromversorgungen stellen einen analogen Eingang bereit, der verwendet werden kann, um die Ausgangsspannung zu steuern. Hochspannungsversorgungen werden üblicherweise verwendet, um Elektronen- und Ionenstrahlen in Geräten wie Röntgengeneratoren, Elektronenmikroskopen und fokussierten Ionenstrahlsäulen und in einer Vielzahl anderer Anwendungen, einschliesslich Elektrophorese und Elektrostatik, zu beschleunigen und zu manipulieren. Hochspannungsversorgungen legen typischerweise den Grossteil ihrer Eingangsenergie auf einen Leistungsinverter, der wiederum einen Spannungsvervielfacher oder ein Hochdrehzahlverhältnis, einen Hochspannungstransformator oder beide (üblicherweise einen Transformator gefolgt von einem Multiplizierer) zur Erzeugung einer hohen Spannung steuert. Die Hochspannung wird durch den speziellen Anschluss aus der Stromversorgung herausgeführt und wird auch an einen Spannungsteiler angelegt, der ihn in ein Niederspannungsmesssignal umwandelt, das mit einer Niederspannungsschaltung kompatibel ist. Das Messsignal wird von einer Regeleinrichtung verwendet, die die Hochspannung durch Steuern der Eingangsleistung des Wechselrichters regelt und sie kann auch aus der Stromversorgung gefördert werden, um es externen Schaltungen zu ermöglichen, den Hochspannungsausgang zu überwachen.