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ABSCHNITT 4 |
Direkte / Eingebettete Schaltnetzteile (SMPS)
betreiben
4.1
EIGENSCHAFTEN VON SCHALTNETZTEILEN (SMPS)
Schaltnetzteile (SMPS) werden in großem Umfang zur Umwandlung des eingehenden
Wechselstroms in verschiedene Spannungen wie 3,3V, 5V, 12V, 24V, usw. verwendet, die in
verschiedenen Geräten und Schaltungen in elektronischen Geräten wie Akkuladegeräte,
Computer, Audio- und Videogeräte, Radios usw. verwendet werden. SMPS verwenden große
Kondensatoren in ihrem Eingangsabschnitt für die Filtration. Wenn die Stromversorgung
eingeschaltet wird, wird ein sehr hoher Einschaltstrom durch die Stromversorgung gezogen,
da die Eingangskondensatoren geladen werden (die Kondensatoren wirken fast wie ein
Kurzschluss in dem Augenblick, in dem der Strom eingeschaltet wird). Der Einschaltstrom
beim Einschalten ist mehrere Male bis zu mehrere zehn Male größer als der
Nenneffektiv-Eingangsstrom und dauert ein paar Millisekunden. Ein Beispiel für die
Eingangsspannung gegenüber der Eingangsstromverläufe ist in Abb. 4.1. dargestellt. Es ist
ersichtlich, dass der anfängliche Eingangsstromimpuls nur nach dem Einschalten > 15 Mal
größer als der stationäre Effektivstrom ist. Der Einschaltstrom zerstreut sich in etwa 2 oder 3
Zyklen, das heißt in etwa 40 bis 60 Millisekunden bei einer 50 Hz Sinus-Welle.
Ferner ist aufgrund des Vorhandenseins des hohen Wertes der Eingangskondensatoren, der
von einem SMPS (ohne Leistungsfaktorkorrektur) gezogene Strom nicht sinusförmig, sondern
linear wie in Abb. 4.2. gezeigt. Der stationäre Eingangsstrom von SMPS ist ein Zug von
nicht-linearen Impulsen anstelle einer sinusförmigen Welle. Diese Impulse dauern zwei vor
vier Millisekunden mit einem jeweils sehr hohen Crest-Faktor von etwa 3 (Crest-Faktor =
Spitzenwert ÷ RMS-Wert).
Viele SMPS integrieren auch eine "Einschaltstromstoßbegrenzung". Die gebräuchlichste
Methode ist der NTC (Negative Temperature Coefficient) Widerstand. Der NTC-Widerstand
hat einen hohen Widerstand wenn er kalt ist und einen niedrigen Widerstand, wenn er heiß ist.
Der NTC-Widerstand ist mit dem Eingang der Stromversorgung in Reihe geschaltet. Der
Kaltwiderstand begrenzt den Eingangsstrom, wenn die Kondensatoren aufgeladen werden.
Der Eingangsstrom erwärmt den NTC und der Widerstand sinkt während des normalen
Betriebs. Wenn die Stromversorgung jedoch schnell ausgeschaltet und wieder eingeschaltet
wird, wird der NTC-Widerstand heiß sein, so dass sein niedriger Widerstandszustand ein
Einschaltstromereignis nicht verhindern kann.
Der Inverter sollte daher so bemessen sein, um dem hohen Einschaltstrom und dem hohen
Crest-Faktor des vom SMPS gezogenen Stroms widerstehen zu können. Normalerweise
haben Inverter eine Stoßnennleistung des 2-fachen ihrer maximalen Dauerleistung.
Daher wird empfohlen, um den Inverter für die Zwecke des Widerstands gegen einen
Crest-Faktor von 3, auszustatten, dass die maximale Dauernennleistung des Inverters > 2 der
maximalen Dauernennleistung des SMPS sein sollte. Ein SMPS mit 100 Watt sollte zum
Beispiel von einem Inverter betrieben werden, der über eine maximale Dauernennleistung von
> 200 Watt verfügt.
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