- Kondensatornetzteil
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Als Kondensatornetzteil bezeichnet man eine Reihe einfacher Schaltungen zur Versorgung elektronischer Schaltungen vom 230V-Wechselspannungsnetz. Sie sind nicht galvanisch getrennt, die komplette Schaltung muss also berührsicher untergebracht sein, und nur für kleine Leistungen geeignet.
Allen Varianten gemeinsam ist der Aufbau aus einer Gleichrichterschaltung mit einem Kondensator als Vorwiderstand, dem als Schutz vor Pulsspitzen ein Ohmscher Widerstand in Reihe geschaltet ist. Der sich aus dem Kondensator ergebende Blindwiderstand dient zur praktisch verlustlosen Spannungs- und Strombegrenzung vor dem Gleichrichter. Als Gleichrichter kommen meist Halbwellengleichrichter mit Glättungskondensator zum Einsatz, zur Begrenzung der Ausgangsspannung können auf Grund der geringen Leistungen Zener-Dioden eingesetzt werden.
Der Kondensator bewegt sich in der Größenordnung 100 nF - 1000 nF. Ihm sollte ein Widerstand von 470 kOhm bis 1 MOhm parallelgeschaltet werden, damit er in kurzer Zeit entladen wird, nachdem das Gerät vom Netz getrennt wird. Ansonsten kann man am herausgezogenen Stecker des Geräts einen in der Regel ungefährlichen, aber unangenehmen elektrischen Schlag bekommen. Das kennt man z. B. von älteren Küchengeräten, auch wenn es dort ein Entstörkondensator ist, der nach dem Ziehen des Netzsteckers noch aufgeladen ist.
Trotz des in Reihe geschalteten ohmschen Widerstands (üblicherweise im Bereich 330 bis 5600 Ohm) müssen für ein Kondensatornetzteil sog. X-Kondensatoren (z.B. MKP 630V= / 250V~) benutzt werden. Denn neben dem Einschaltpuls kommen im 230V-Netz auch extrem kurze pulsartige Spannungsspitzen vor, sog. Transienten, die durchaus bis zu 6 kV aufweisen können und im Bereich bis 2 kV normalerweise mehrmals täglich auftreten. Der Vorwiderstand fängt diese zum Teil auf, dennoch muss der Kondensator ihnen standhalten. Die X-Kondensatoren sind so aufgebaut, dass sie Spannungsspitzen unbeschadet überstehen bzw. sich ohne Brandgefahr selbst "heilen". Y-Kondensatoren erfüllen noch höhere Sicherheitsanforderungen, welche für ein Kondensatornetzteil jedoch nicht erfüllt sein müssen.
Wird ein einfacher, billiger Kondensator verwendet, führt das zu einer extrem kurzen Lebensdauer der Schaltung durch Durchschlagen des Kondensators schon nach wenigen Stunden bis Tagen Betrieb mit daraus resultierender Brandgefahr!
Der verwendete Widerstand sollte im Idealfall außerdem ein sog. "fusible type" sein, also neben seiner eigentlichen Funktion auch als Sicherung geeignet, damit er nicht entflammt, falls der Kondensator doch einmal durchschlägt. Deshalb und auch wegen der höheren Spannungsfestigkeit empfehlen sich sogenannte Metallschichtwiderstände.
Kondensatornetzteile eignen sich nur für geringe Leistungen und produzieren kaum Verlustleistung. Sie sind kleiner, billiger und leichter als herkömmliche Netzteile mit Transformatoren und auch einfacher und billiger im Aufbau als Schaltnetzteile. Auf Grund der fehlenden Potentialtrennung beschränkt sich der Einsatz normalerweise auf eingebaute Steuerelektronik in Geräten mit Netzanschluss. Bei Leistungen oberhalb ca. 1 W werden die Bauteile, vor allem der Eingangskondensator, zu groß und damit zu teuer. Im Bereich von wenigen Watt werden oft galvanisch nicht getrennte Abwärtswandler eingesetzt. Durch Verzicht auf den Übertrager sind sie deutlich billiger als normale Schaltnetzteile.
Rundsteuerimpulse und ähnliche hochfrequente dem Netz überlagerte Störspannungen können Kondensatornetzteile und die daran angeschlossenen Verbraucher jedoch beschädigen. Die zur Unterdrückung schädlicher Frequenzen notwendigen Drosseln sind jedoch schnell größer und teurer als der Trafo eines ordentlichen potentialgetrennten Netzteils.
Wenn vollständige Berührungssicherheit gegeben ist, empfehlen sich Kondensatornetzteile für den Betrieb von LEDs, da diese stromgesteuert werden und sich die erforderliche Spannung sozusagen "von selbst" einstellt. Üblich sind in diesem Fall X2-Kondensatoren mit 220 nF und 330 nF. Wählt man 330 nF, ergibt sich ein Strom von ca. 20 mA. Damit können bis zu 30 weiße LEDs (z.B. 3,1V/20mA/20000mcd) - in Serie geschaltet - versorgt werden, was für den Bau einer extrem energiesparenden Schreibtischlampe ausreicht. In diesem speziellen Fall ist keine feste Spannung erwünscht und die in Bild 1 des u.a. Weblinks eingezeichnete Zenerdiode entfällt. Wesentlich ist auch, dass zuerst die LEDs angeschlossen werden und dann erst die 230V-Stromversorgung (ansonsten Zerstörung der LEDs durch Überspannung).
Wichtiger Hinweis: Direkt am Stromnetz dürfen ausschließlich X-Kondensatoren betrieben werden.
Weblinks
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