Technik-Grundlagen Das steckt in einem PC-Netzteil

Wie sieht eigentlich das Innenleben eines PC-Netzteils aus? Selbst nachschauen sollten Sie wegen der darin auftretenden hohen Spannungen lieber nicht. Hier aber liefert das Tech-Magazin "c't" die Antwort.

DPA

Von "c't"-Autor Alfred Arnold


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.

ct

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.

Braucht man seinen PC gerade überhaupt nicht, 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.



insgesamt 9 Beiträge
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Seite 1
Europa! 09.08.2018
1. Sagen wir mal so ...
Kapiert hab ich zwar (fast) überhaupt nichts, aber mein Respekt vor der Technik ist wieder mal mächtig gewachsen. Außerdem stellt sich mir automatisch die Frage: Können das alles bloß Chinesen und Amerikaner oder auch Europäer?
skusku 09.08.2018
2.
Danke für den kleinen Einblick in die PC-Netzteil-Welt
spon_2999637 09.08.2018
3. Engineered in Germany, Manufactured in Asia
Zitat von Europa!Kapiert hab ich zwar (fast) überhaupt nichts, aber mein Respekt vor der Technik ist wieder mal mächtig gewachsen. Außerdem stellt sich mir automatisch die Frage: Können das alles bloß Chinesen und Amerikaner oder auch Europäer?
Sagen wir mal so - konzipiert, entwickelt, designet wird in Deutschland (Ingenieursjobs), produziert wird dann in Asien (Facharbeiter/Ungelernten-Jobs). Beispiel BeQuiet.
Emil Peisker 09.08.2018
4. Der alte Fritz...
*Europa!* Heute, 10:36 *1. Sagen wir mal so ...* Kapiert hab ich zwar (fast) überhaupt nichts, aber mein Respekt vor der Technik ist wieder mal mächtig gewachsen. Außerdem stellt sich mir automatisch die Frage: Können das alles bloß Chinesen und Amerikaner oder auch Europäer? Das können auch deutsche Firmen. Die Technologie dieses Schaltnetzteils ist kein High Tech, sondern Brot- und Butter Technik. Die Chinesen kamen erst in den Fokus, als große Stückzahlen und bekannte Technologien relevant wurden. Bei kleinen Stückzahlen wurde High Tech entwickelt und die Massen-Produktion ging dann in Länder, die extrem niedrige Lohnkosten zu bieten hatten. Taiwan und Südkorea zuerst und dann China und Malaysia. Mit der Zeit haben diese Werkbanken die Technologie "übernommen". Ich habe Ende 70er als Leiter der deutschen Niederlassung eines europäischen Importeurs, den Auftrag bekommen, mit mehreren deutschen Elektronikprodukten nach Südkorea zu fliegen und prüfen zu lassen, zu welchen Einkaufspreisen man diese Produkte kopieren könnte. Wenn man 50.000 Kopfhörer oder mehr haben wollte, die der deutsche Hersteller für 70-80 DM anbot, bekam man diese schon für 8-10 DM das Stück. Mit diesen kopierten Produkten stand ich dann auf dem Messestand in Düsseldorf. Damals wurde die Funkausstellung nicht in Berlin gezeigt, sondern in Düsseldorf. Ein älterer Herr sah sich den Kopfhörer an. Er schien in gut zu kennen, denn er zerlegte ihn gekonnt. Dann sagte er erstaunt, ihr habt sogar unseren Produktionsfehler kopiert. Dann stellte er sich vor, er sei der Fritz Sennheiser von gleichnamiger Firma. Ich bekam rote Ohren und fühlte mich ertappt. Er gab mir seine Karte und lud mich ein, am Nachmittag an seinen Messestand zu kommen. Ich dachte, jetzt kommt ein dickes Ding auf mich zu, aber ich ging hin. Fritz Sennheiser fragte mich, wie ich auf die Idee gekommen war, und als er den Namen des belgischen Unternehmens hörte, war ihm alles klar. Er erklärte mir dann, dass dieser Kopfhörer zu den guten aber doch einfacheren Modellen gehört. Er machte mir das Angebot, dass ich meinem Chef eine Tantieme an Sennheiser pro importiertem Gerät vorschlagen sollte. Ich habe das vorgeschlagen und konnte den Kopfhörer später als von Sennheiser lizenziert vermarkten. Viele Firmen, die Asien als Werkbank benutzen, wissen was sie da tun. Man kann Technologien kaum schützen. Fritz Sennheiser wusste das schon damals
theadlaberlin 09.08.2018
5. die 80 plus
zertifizierung geht doch bis titanium als hoechste klasse oder?
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