mini|PC-Netzteil (ATX) mini|PC-Netzteil für 1HE-Gehäuse mit 40-mm-Lüfter, elektrisch ATX-kompatibel und auch in Mini-ITX-Gehäusen zu finden, spezifiziert als Flex-ATX mini|Schema eines typischen PC-Netzteils Ein PC-Netzteil, auch Computernetzteil, dient zur Stromversorgung in Computern. Der Netz-Wechselstrom wird darin in die im Computer benötigten niedrigeren Gleichspannungen transformiert, gleichgerichtet, gesiebt und geregelt. Es ist als Schaltnetzteil ausgeführt. Beim PC ist es im Gehäuse des Computers eingebaut; Laptops und einige Miniatur-PCs haben externe Netzteile mit ähnlichen Eigenschaften. Einbaunetzteile enthalten auch Lüfter, die neben der Eigenkühlung ganz oder teilweise der Kühlung der im Computergehäuse eingebauten Komponenten dienen.
Eigenschaften mini|Die Restwelligkeitsmessung erfolgt mit ausgesuchten Komponenten Zu den grundlegenden Kenngrößen eines PC-Netzteils gehören die Nennleistung und die maximale Belastbarkeit der zu den einzelnen Verbrauchern im Computer führenden Spannungsschienen mit unterschiedlichen Gleichspannungen. Als Qualitätsmerkmale gelten ein niedriger Geräuschpegel, ein hoher Wirkungsgrad, eine ausfall- und schwankungsfreie Stromversorgung auch bei asymmetrischen Lasten auf den verschiedenen Spannungsausgängen. Zusatzausstattungen sind etwa das Nachlaufen des Lüfters nach Abschaltung zur Abführung der Restwärme, abnehmbare Kabel, temperaturgeregelte Lüfter oder ein bestimmtes Design.
Die Spannungsstabilität ist von den Bauteilqualitäten abhängig und lässt sich nur über aufwendige Labortests ermitteln, deren Ergebnisse gelegentlich in Fachzeitschriften publiziert werden und die Charge des getesteten Exemplars betreffen. Ein Prüfaufbau ist definiert, indem parallel zur Last je ein Kondensator mit 1 µF und 0,1 µF geschaltet werden und an dieser Stelle mit dem Oszilloskop gemessen wird (bei SFX-Netzteilen mit 10 µF und 0,1 µF und spezifizierten Bauteilen.intel (formfactors.org): (PDF; 366 kB) vom April 2003). Das Oszilloskop wird auf AC-Messung eingestellt, bei der die Gleichspannung entkoppelt wird.Gabriel Torres: Why 99 % of Power Supply Reviews Are Wrong, hardwaresecrets.com vom 29. Mai 2008.
Funktionen wie Kurzschlussschutz, ein gewisser Überspannungsschutz (OVP) oder Überstromschutz (OCP) und ab 75 W Leistungsaufnahme mindestens eine passive Leistungsfaktorkorrektur () sind Vorschrift, werden aber manchmal als besondere Ausstattung beworben. Grauimporte können davon abweichen, da diese Standards nicht weltweit durchsetzbar sind.
Nennleistung Die Nennleistung eines Netzteils bezeichnet die vom Hersteller garantierte maximale Leistungsabgabe. Sie liegt bei gängigen Modellen zwischen 300 und 1000 W.Nathan Kirsch: Sneak Peak - Ultra Products 2000W ATX Power Supply vom 3. Januar 2007
Neben der Gesamt-Nennleistung wird in den technischen Daten die Belastbarkeit der einzelnen Spannungsschienen des Netzteils angegeben. Der Wert für 3,3 und 5 V liegt unabhängig von der Gesamtleistung bei etwa 100 W, der Rest verteilt sich auf die 12-V-Schiene(n). Bei hochwertigen Netzteilen wird als Nennleistung des Gesamtnetzteils nur eine aufgerundete 12-V-Leistung angegeben, bei besonders einfachen Modellen wird dagegen zum Teil die Summe aller Einzelleistungen gerundet.
Die für einen PC benötigte Nennleistung hängt von den eingesetzten Komponenten wie Hauptplatine, Computerprozessor (CPU), Grafikprozessor (GPU) und Festplatten ab. Zu knapp dimensionierte Netzteile können Leistungsspitzen nicht hinreichend ausgleichen, was zu schwer eingrenzbaren Stabilitätsproblemen führen kann. Überdimensionierte Netzteile sind oft nur zu einem Bruchteil ausgelastet, was den Wirkungsgrad verschlechtert.
Funktion mini|Blick in ein PC-Netzteil mini|PC-Netzteil ohne Netzfilter und ohne PFC mini|Teilbestückte Leiterplatte eines ATX-Netzteils zeigt die Position optionaler Bauteile mini|PC-Netzteil mit vier (drei weiteren) Optokopplern statt Übertrager PC-Netzteile sind Schaltnetzteile auf Basis des Eintaktflusswandlers oder des Gegentaktflusswandlers in Parallelspeisung mit Stromverdoppler. AT- und XT-Netzteile regeln die 5-V-Ausgangsspannung. Diese muss sehr stabil sein, um die Funktion des PCs zu erhalten. Die 12 V laufen über denselben Übertrager mit. Daher schwanken die 12 V Nennspannung im definierten Lastverhältnis der Ausgänge 5 V und 12 V innerhalb der Spezifikationen. Die 12 V werden für Laufwerksmotoren verwendet, bei denen stets die Drehzahl geregelt wird.
Bei den Hauptübertragern typischer 200- bis 350-W-Netzteile sind 19 bis 28 Windungen Kupferlackdraht pro 115 V gewickelt, gefolgt von einer kapazitiv angeschlossenen Kupferfolie. Ausgangsseitig sind 3 bis 4 Windungen pro 6 V gewickelt. Höhere Ströme werden durch parallele Wicklungen erreicht. Die Wicklungen der negativ gepolten Spannungen haben wegen der geringeren Ausgangsströme teils kleinere Querschnitte. Manche Ausgangswicklungen sind als Kupferfolienspule ausgeführt, wobei die kapazitiven Kupferfolien entfallen. Die nachfolgenden Ringkern-Speicherdrosseln sind mit etwa 12 Windungen für die 5 V bewickelt und etwa 26 Windungen für die 12 V.
Erst mit der ATX12V-Spezifikation wurden CPUs und GPUs über Abwärtswandler auf Mainboards und Grafikkarten aus den 12 V gespeist. Da diese Wandler Ausgangsspannungen unter 3 V erzeugen und von der jeweiligen CPU oder GPU abhängig eingestellt werden, können sie nicht im Netzteil untergebracht werden. Eine feinere Regelung der 12 V war daher noch nicht notwendig. Die nach den sekundären Gleichrichtern geschalteten Speicherdrosseln für 5 V und 12 V sind über einen gemeinsamen Ringkern gewickelt. Bei manchen Netzteilen sind die −5 und −12 V mit Kupferlackdrähten kleineren Querschnitts in selber Richtung aufgewickelt.Demontage FSP250/FSP300/FSP350, BJ1998; Suntec 230APSA, BJ1996 Bei anderen Netzteilen wird über integrierte Spannungsregler für Kurzschlussfestigkeit gesorgt. Übertrager und sekundäre Zweiwegegleichrichter verwenden die Mittelpunktschaltung für die positiven Ausgangsspannungen.Gabriel Torres: Anatomy of Switching Power Supplies, hardwaresecrets.com vom 26. Oktober 2006 Klemmschaltungen sind die Ausnahme in PC-Netzteilen. Um Ausgänge ohne spezifizierte Mindestlast innerhalb der Spannungsspezifikationen zu halten, wird mit Lastwiderständen gearbeitet. Bei Netzteilen ohne Regelung des 3,3V-Ausgangs wird eine spannungsabhängige Last nachgeschaltet wie der beschalteten Zenerdiode TL431 / LM431.LM431, auf ti.com
Selten und nur bei kleinen Ausgangsströmen wurden die 3,3 V über einen Längsregler aus den 5 V generiert und damit die Spannungsdifferenz multipliziert mit dem Ausgangsstrom in Wärme umgewandelt. Bei der verbreitetsten Methode werden die Ausgänge des Hauptübertragers für die 5 V über ein oder zwei Ringkernspulen auf den Gleichrichter für die 3,3 V geschaltet. Dabei wird diese Ausgangsspannung durch Phasenverschiebung bei der Pulsdauermodulation erzeugt. Bei vielen Netzteilen sind gemeinsame Angaben über Gesamtausgangsleistung der 3,3 V und 5 V spezifiziert. Da bei niedrigen Spannungen und höheren Strömen ein erheblicher Spannungsabfall an den Leitungswiderständen von Kabeln und Steckkontakten auftritt, werden die 3,3 V am mainboardseitigen Stecker abgetastet und auf den Regler zurückgeführt (+3,3-V-Rückmeldung). In der Praxis werden die 3,3 V mit zwei Leitungen im selben Schuh des ATX-Steckers gespeist und zurückgemessen. Verlängerungen und Adapter zwischen Netzteil und Board können sich unter hoher Last störend auswirken, da der verlängerte Kabelabschnitt nicht Teil dieses Regelkreises ist. Im Massensegment dominieren die pin- und funktionsgleichen universellen Schaltspannungsregler „IR3M02“, „TL494CN“ und „KB7500B“, die ursprünglich nicht für PC-Netzteile entwickelt wurden. Sie sind im Sekundärteil untergebracht, damit sie die Ausgangsspannung zum Regeln messen können. Ihre Ansteuerung der Schalttransistoren bedarf ebenfalls einer galvanischen Trennung. Diese erfolgt über weitere Optokoppler oder einen Signalübertrager (einem kleineren Transformator). Da dieser Signalübertrager Wicklungen mit Zwischenabgriff hat, ist das in vielen Schaltungen die Grundlage, um Eintaktflusswandler und Gegentaktflusswandler anzusteuern und komplementäre Impulse des Gegentaktflusswandlers zu übertragen zu können.
Mit dem Schaltspannungsregler „KA3511“Datasheet KA3511, Fairchild Semiconductor Corporation, 2001 wurden die drei wesentlichen Ausgangsspannungen von 3,3 V, 5 V und 12 V untereinander geregelt. Dabei wurden, um wechselnden Lasten auf den Schienen auszugleichen, unterschiedliche Drosseln für eine abweichende Phasenverschiebung eingesetzt, um mit der Pulsdauer der jeweiligen Halbschwingung den Ausgleich zwischen den 3,3 V und den 5 V zu erreichen. Bei identischen Drosseln wird dieses Verhältnis rein über die Pulsdauer geregelt, wobei die 5 V zuerst bedient werden und lange Pulse die 3,3 V ansteigen lassen.
Die frühen Netzteile des PC-XT hatten einen kleinen konventionellen Transformator eingebaut. Dieser war nicht direkt am Netz, sondern vergleichbar der Drossel einer passiven PFC verschaltet und arbeitet nach Einschalten als solche. Mit ihm wurde beim Einschalten der Regler gestartet, bevor er sich selbst versorgen konnte. XTs mit diesen Netzteilen müssen nach kurzen Stromunterbrechungen für einige Zeit abgeschaltet bleiben, da mit geladenen primärseitigen Siebkondensatoren keine ausreichende Spannungsdifferenz verbleibt, um den Regler zu starten.
Später wurde der kleine Transformator durch ein Sperrwandler-basiertes Schaltnetzteil ersetzt, womit die Standby-Spannungsversorgung möglich wurde. Beim im ATX-Standard definierten Standby wird diese Hilfsspannung auf 5 V geregelt und über das violette Kabel auf spezielle Schaltkreise der Hauptplatine geführt. Damit bleibt der PC ständig am Strom und lässt sich wie ein Fernsehgerät über die Fernbedienung einschalten. Wird die Schaltung um den Regler des Hauptnetzteils versorgt oder ein fingiertes Fehlersignal auf den Fehlereingängen des Reglers abgeschaltet, schaltet der PC ein.
Die meisten PC-Netzteile haben einen Optokoppler, der zurückmeldet, wann am Ausgang genügend Spannung anliegt. Andere Netzteile regeln die +5 V SB im sekundären Schaltkreis, was bei der Herstellung günstiger sein kann und auf den Standby-Betrieb nicht zutreffen muss.
Netzteile für Spieler-PCs mit einer Ausgangsleistung über 600 W haben weitere, oft separate 12-V-Schienen für die CPU, Grafikprozessoren und Laufwerke eingebaut. In neueren ATX12V-Standards sind Änderungen dieser Art schon ab 350 W zu finden. Das beginnt mit einer parallelgeschalteten zweiten Gleichrichter-Doppeldiode, einem geänderten Hauptübertrager mit weiteren Wicklungen für die 12-V-Schienen und stärkeren Schalttransistoren. Als Schaltnetzteil sind sie technisch wie Siamesische Zwillinge verschaltet, um die Bauteilkosten zu begrenzen sowie bei identischen Kabelquerschnitten Kurzschlussfestigkeit zu gewähren. Netzteile mit zwei Hauptübertragern sind ebenfalls hergestellt worden. Die verschiedenen Ausgänge für 12 V sind bei Multi-Rail mit 12V1, 12V2, 12V3, 12V4, definiert nach EPS-Spezifikation gekennzeichnet.Innenansicht eines 1475W-Netzteils Es ist nicht immer ersichtlich, wie sich die einzelnen Schienen auf die einzelnen Kabelstränge aufteilen. Im oberen Leistungssegment gibt es Netzteile mit einer einzigen 12-V-Schiene, die bei manchen Modellen über 100 A liefern kann. Das ermöglicht bei gleicher Leistung eine höhere Flexibilität, da beim Anschließen der Komponenten nicht auf die richtige Lastverteilung zwischen den einzelnen 12-V-Schienen geachtet werden muss. Dieses Feature wird als single 12 V power rail beworben.Silent Pro Hybrid 1300W, auf coolermaster.comDatenblatt Silent Pro Hybrid 1300W, abgerufen am 12. Oktober 2013 Die 3,3 V und 5 V werden über separate Abwärtswandler aus den 12 V erzeugt und regeln diese unabhängig.