PC-Netzteile / Computer-Netzteile
Ein normaler PC verbraucht eine Leistungen von 300 bis 500 Watt. Zu den größten Stromschluckern gehören Prozessoren, Chipsätze und vor allem Grafikkarten. Der tatsächliche Leistungsbedarf eines PCs ist von der Auslastung des Systems und von der hauptsächlichen Nutzung abhängig. Neben der Stabilität ist auch der Wirkungsgrad und das Betriebsgeräusch eine wichtige Leistungsgröße.
Die Aufgabe der Computer-Netzteile ist die Erzeugung von kleinen Spannungen und das Liefern von großen Strömen. Die Arbeitsspannungen in einem Computer betragen -12V, -5V, +12V, +5V und +3,3 V. Manche PC-Netzteile werden ohne -5V und -12V hergestellt.
Prozessoren, Speicher und Chipsätze arbeiten intern mit einer noch geringeren Spannung. Das Motherboard kümmert sich um die Regelung dieser niedrigen Spannung.
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Schaltnetzteil
Das Heruntersetzen einer Spannung bei der hohen Leistung, die ein Computer verbraucht, ist mit einem linearen Netzteil mit Transformator nicht möglich. Der Transformator wäre sehr groß und sehr schwer. Deshalb verwendet man Schaltnetzteile.
Auch sind die Bauteile in einem Computer sehr empfindlich. Die anliegende Spannung darf maximal 5% von der Betriebsspannung abweichen. Instabile Spannungen können zur Beschädigung der Komponenten führen. Besonders Prozessoren reagieren empfindlich auf Spannungsschwankungen. Es kommt jedoch nicht zwangsläufig zu einer Beschädigung. Meistens reagiert das System mit unerklärlichen Systemabstürzen. Deshalb müssen die Versorgungsspannungen mit einer aufwendigen Regelung absolut konstant gehalten werden. Mit den üblichen Transformator-Stabilisierungs-Netzteilen ist das nicht möglich. Deshalb gibt es Schaltnetzteile, die speziell für diese Aufgaben ausgelegt sind.
Aufbau eines Schaltnetzteils
Ein Schaltnetzteil besteht aus mehreren Einheiten. Zuerst wird die Netzspannung gefiltert. Überspannungen, Oberwellen und andere Netzstörungen sollen gar nicht erst in die weitere Schaltung gelangen. Danach wird durch Gleichrichtung und Siebung aus der Wechselspannung von 230 V eine Gleichspannung von 350 V gemacht. Mit einer Transistorschaltstufe wird aus der Gleichspannung eine Wechselspannung zwischen 35 und 500 kHz erzeugt. Mit dieser hohen Frequenz können kleine Transformatoren hohe Leistungen übertragen. Diese Transformatoren haben mehrere Sekundärwicklungen. So können unterschiedliche Spannungen erzeugt werden. Eine spezielle Schaltung sorgt dafür, dass die Spannungen immer konstant bleiben. Dieser geschlossene Regelkreis sorgt auch dafür, dass das Netzteil immer die geforderten Ströme liefern kann. Die können unterschiedlich groß sein. Denn ein Computer zieht nicht immer gleich viel Strom. Die Regelungsschaltung ist darauf eingerichtet.
Damit die Regelung funktioniert muss sie mit einer Grundlast arbeiten. Das ist auch der Grund, warum Schaltnetzteile mit einem Verbraucher belastet werden müssen, damit sei beim Einschalten funktionieren. Ist die Last nicht vorhanden, dann kommt es zu Spannungsüberschlägen. Das Netzteil wird dadurch zerstört. Deshalb darf ein Schaltnetzteil nie ohne Verbraucher eingeschaltet werden.
Verwendung der Spannungen eines PC-Netzteils
+ 3,3 V
- Laufwerkselektronik von S-ATA-Laufwerken
- Prozessor
- Arbeitsspeicher
- Chipsatz
- Grafikkarten
+ 5 V
- Laufwerkselektronik
- Prozessor (AT-kompatible)
- Arbeitsspeicher (AT-kompatible)
- Chipsatz
- Erweiterungskarten
+ 12 V
- Laufwerkmotoren
- Lüfter
- Erweiterungskarten
- 5 V
- Erweiterungskarten (ISA)
- 12 V
- Erweiterungskarten (ISA, PCI)
150- bis 200-Watt-Netzteile
Schon ein einfaches PC-Netzteil mit 150 bis 200 Watt würde für einen PC mit Dual-Core-Prozessor, Onboard-Grafik, wenigen Laufwerken ausreichen. Doch solche Netzteile gibt es im Handel nicht. Die Marge und die Nachfrage ist so gering, dass sich der Verkauf dieser Netzteile nicht rechnet.
330-Watt-Netzteile
PC-Netzteile beginnen meist bei um die 330 Watt. Darunter bekommt man praktisch keine Netzteile. Zumindest nicht mit einem Wirkungsgrad über 80%.
Geht man von einem minimalistisch ausgestatteten PC aus, kann man hier noch ein paar Erweiterungen und auch eine leistungsfähigere Grafikkarte einbauen. Manche Grafikkarten brauchen eine extra Stromversorgungsleitung mit einem sechspoligen Stecker. Diesen findet man meistens erst bei Netzteile ab 380 Watt.
650- und 800-Watt-Netzteile
Wer ans Übertakten denkt, einen Quad-Core-Prozessor und eine High-End-Grafikkarte einsetzt, der sollte gleich mal mit einem 650-Watt-Netzteil rechnen. Wer zwei High-End-Grafikkarten einsetzen will, der plant am besten mit einem Netzteil um die 800 Watt.
Eine noch höhere Nennleistung seitens des PC-Netzteils ist eigentlich nur noch in Ausnahmefällen sinnvoll oder nötig.
PFC - Power-Factor-Correction / Leistungsfaktorkorrektur
Die Leistungsfaktorkorrektur (PFC) ist eine europaweit geltende Norm DIN EN 61000-3-2 (EMV-Norm für Oberschwinungsströme, Ergänzung A14) und ist ein Mittel um den negativen Effekten auf das Stromversorgungsnetz durch die unsymmetrische und nicht sinusförmige Stromentnahme durch Schaltnetzteile entgegenzuwirken.
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad gibt das Verhältnis von zugeführter und abgegebener Leistung in Prozent an. Ein Wirkungsgrad von 100% gibt es praktisch nicht. Denn jede Schaltung verbraucht für sich auch etwas Energie. Je höher der Wirkungsgrad, desto ökonomischer arbeitet das Schaltnetzteil.
Ein Wirkungsgrad von 50 bis 90 Prozent haben die heutigen Schaltnetzteile. Je höher der Wirkungsgrad, desto teurer das Schaltnetzteil. Die dafür benötigten Bauteile sind nicht gerade billig.
Energy Star 4.0 und 80-plus-Spezifikation
Effiziente Netzteile haben nach der 80-Plus-Spezifikation ab 20 Prozent ihrer sekundären Netzlast einen Wirkungsgrad von mindestens 80 Prozent. Wobei es so gut wie keine PC-Netzteile mit einem Wirkungsgrad unter 80 Prozent mehr gibt. Unterhalb von 20 Prozent Netzlast fällt der Wirkungsgrad häufig unter 80 Prozent.
Die 80-Plus-Spezifikation sieht bei drei exemplarischen Lastfällen einen Wirkungsgrad von mindestens 80 Prozent vor. Anfang 2008 wurde die Einstufungen in Form von Bronze, Silber und Gold vorgenommen. Die Angaben in Prozent beziehen sich auf den Wirkungsgrad.
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| Leistungsfaktor | 0,90 | 0,90 | 0,90 | 0,90 | 0,95 |
| Wirkungsgrad bei 20% Last (Idle) | 80% | 82% | 85% | 87% | 90% |
| Wirkungsgrad bei 50% Last (schwache Last) | 80% | 85% | 88% | 90% | 92% |
| Wirkungsgrad bei 100% (volle Last) | 80% | 82% | 85% | 87% | 89% |