Beim Kauf eines PC-Netzteils hat man oft die Qual der Wahl. Muss es wirklich das teure Markenprodukt sein oder wäre nicht bereits das einfache Massenfabrikat ausreichend? Diese Frage lässt sich nur mit einigen Hintergrundinformationen beantworten. Es kommt zunächst auf das Einsatzgebiet an. Bei einfachen Bürorechnern muss vor allem der Preis stimmen, während es bei Servern vor allem auf Zuverlässigkeit ankommt. In Privatrechnern wird eher auf die Lautstärke geachtet. Prinzipiell sollte die Qualität des Netzteils den Anforderungen des PCs entsprechen. Je teurer der Computer und je wichtiger die darauf gespeicherten Daten sind, desto hochwertiger sollte die Stromversorgung (und eventuelle Absicherung vor Netzausfällen) sein. Dabei ist der Preis durchaus ein Indikator für Qualität, auch wenn die Hersteller verschiedene Preispolitiken anwenden. Beispielsweise wird die Leistung gerne als Möglichkeit zur Preissteigerung gesehen, auch wenn die Kosten etwa bei einem 700-W-Netzteil und kaum höher sind, als bei einem 500-W-Netzteil mit dem gleichen Serien-Layout. Die variablen Kosten (Bauelemente) steigen kaum, die Fixkosten (Basiskosten für die Fabrik oder Angestellte) bleiben logischerweise gleich. Hinzu kommen Marketingkosten und ein Image, das der Hersteller mit dem Preis vermitteln möchte. Die aktuelle Marktsituation (Preiskämpfe) ist ebenfalls ein entscheidender Faktor. Ein teures Gerät muss demnach nicht besser sein als ein günstiges, da viele Gegebenheiten in die Preisbildung einfließen. Wenn ein Gerät allerdings deutlich günstiger als die konkurrierenden Modelle ist, kann das durchaus auf billigere Komponenten hinweisen. Zumindest, wenn es sich dabei nicht um Sonderangebote handelt, beispielsweise EOL-Ware. Heute wird besonders die Art der Leistungsfaktorkorrektur (passiv oder aktiv) und die Leistung der +12-V-Schiene als Kriterium herangezogen. Damit lassen sich die Angebote bereits grob filtern.

Wenn man tiefer in die Details eindringen möchte, genügt es nicht mehr, nur Äußerlichkeiten und Spezifikationen des Herstellers zu betrachten. Bei einem PC-Netzteil handelt es sich laut Definition um ein „primärgetaktetes Schaltnetzteil“, wobei wir uns in diesem Artikel auf den ATX-Standard beschränken. Diesem entsprechen nämlich die meisten von uns getesteten Netzteile. Der "ATX-Design-Guide" kann in qualitativer Hinsicht als roter Faden betrachtet werden, primär dient er jedoch zur Herstellung der Kompatibilität zu anderen Teilelementen des PCs (Steckerbelegung, Abmessungen, Position). Um das Gerät zu verstehen, muss die Bezeichnung „primärgetaktetes Schaltnetzteil“ zunächst in seine Bestandteile zerlegt werden. Das Gerät verdankt seinen Namen einem komplexen Schaltregler. Ein IC generiert einen Takt, mit dem Leistungstransistoren als Bestandteil eines Wandlertyps (richtiger: Konverter) angesteuert werden. Und eben diese Leistungstransistoren befinden sich in einem Teilbereich des Netzteils, der sich Primärschaltkreis nennt. Ein PC-Netzteil ist also ein Gerät mit einem oder mehreren im Primärschaltkreis getakteten Transistoren. Der Begriff Netzteil lässt sich davon ableiten, dass das Gerät zwischen Netz und Verbraucher geschaltet wird, um die Netzspannung in eine für das System adäquate Spannung umzuwandeln. Das Netzteil selbst erzeugt also keinen Strom und ist damit vom Netz und Netzanschluss abhängig. Der Netzanschluss wird über ein Kaltgerätekabel hergestellt, das an den jeweiligen Enden zu den Steckerbuchsen am Gerät und Netz kompatibel ist. Hierbei muss die Strombelastbarkeit, Erdung und Schirmung berücksichtigt werden. Leistungsstarke benötigen ein 16-A-Kaltgerätekabel, während die meisten Netzteile mit einem 10-A-Modell auskommen.

Im PC als solchen werden verschiedene Gleichspannungen benötigt. Dabei handelt es sich um eine Spannung, die ihren Wert nicht über Zeit verändert, wie es bei der Netz- bzw. Wechselspannung der Fall ist. Was sich zunächst simpel anhört und durch einen einfachen Transformator mit mehreren Sekundärwicklungen und dementsprechendem Übersetzungsverhältnis gelöst werden kann, ist in der Praxis sehr kompliziert. Die Generatoren in den Kraftwerken generieren als Spannungsquelle eine Wechselspannung, die sinusförmig verläuft und nach jeder Periode (nach jeder Drehung) von neuem beginnt. Ein Strom wird auf einer bestimmten Frequenz (Häufigkeit einer Schwingung pro Zeiteinheit; genauer: 1 Hz entspricht einer Schwingung pro Sekunde) in das Netz eingespeist und später für die Hauseinführung auf 230 VAC heruntertransformiert. Die Leistung in Watt ergibt sich übrigens aus dem Produkt von Spannung und Stromstärke. Da die Netzspannung sehr hoch ist, kann der Strom niedrig gehalten werden, um eine bestimmte Leistung zu erreichen. Der Leitungsquerschnitt kann so gerade bei Hochspannungsleitungen (110 kV) minimiert werden. Dieser ist abhängig von der Stärke des Stromes. Als Faustformel wird mit 10 A/mm² bei kurzzeitigen Belastungen und mit 5 A/mm² bei dauerhaften Belastungen gearbeitet. Die Leitungsdicke entscheidet auch über den Eigenwiderstand und damit den Spannungsabfall. Das lässt recht einfach mit einer zweispurigen Straße veranschaulichen, auf der viele Autos dicht gedrängt fahren. Fährt dieselbe Anzahl an Autos über eine dreispurige Autobahn, kommen sie auch schneller vorwärts.

Die Problematik

Der Anschluss an das Netz führt damit zu folgenden Aufgaben oder Problemen, um das PC-System zu betreiben, weshalb wir einige Ziele bei der Umsetzung des Schaltnetzteils definiert haben:

• Ein Netzteil emittiert elektromagnetische Störungen, kann aber auch extern durch solche in seiner Funktionalität beeinträchtigt werden. Das hängt vor allem von der Frequenz ab, auf der andere elektronische Geräte in der Nähe arbeiten. Selbst innerhalb des Netzteils existieren Störeinkopplungen aus einer internen Störquelle. Spannungen werden in einem Magnetfeld induziert. Benachbarte Leiterbahnen in Reichweite können davon beeinflusst werden. Parasitäre Kapazitäten wirken zwischen zwei Leiterbahnen. Brummschleifen entstehen durch Design-Fehler (gemeinsame, hochohmige Masseverbindung). Störungen auf bestimmten Frequenzen dürfen auch nicht über Leitungen in das PC-System eingekoppelt werden. Als viertes Zeil lässt sich festhalten, dass die EMV gewährleistet werden muss.
  
  
• Grundlage für einen funktionierenden Stromkreis ist, dass dieser geschlossen ist. Neben einem einen Phasenleiter für den Input gibt es auch den Neutralleiter (auch Rückleiter). Zwischen Phase- und Neutralleiter treibt die Potenzialdifferenz 230 V den Strom durch die Schaltung und zurück in das Netz. Hier ergibt sich die Problematik, dass die Sinuswellen mittlerweile so durch die Netzteil-Komponenten verzerrt wurden, dass eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom stattfindet und die Spannung stark mit Oberschwingungen behaftet ist. Das zweite Ziel lautet einen möglichst hohen Leistungsfaktor (bzw. geringe Phasenverschiebung) zu erreichen.
  
  
• Unser Rechner benötigt Kleinschutzspannungen im Bereich von +12 V, -12 V, +5 V sowie +3,3 V (Vergleich 230V Netzspannung) bei wesentlich höheren Strömen als dem Netzstrom. Wie erwähnt, muss eine Gleichspannung anliegen (der Wert der Gleichspannung entspricht dem Effektivwert einer Wechselspannung). Diese kann nur näherungsweise über Gleichrichter angepasst werden und wird von Wechselspannungsanteilen überlagert. Sie muss nachträglich geglättet werden. Eine perfekte Gleichspannung ist nicht möglich. Damit haben wir bereits das erste Ziel erkannt: Eine möglichst ideale Gleichspannung und auf den Betriebsstrom ausgelegte Leiterbahnen sind sicherzustellen.
  
  
• Zu guter Letzt sind Körperströme bereits im mA-Bereich gesundheitsschädlich. Die Spannung im Primärkreis liegt außerdem noch über der Netzspannung. Mensch und Maschine müssen geschützt werden. Zu hohe Spannungen können Bauteile beschädigen. Das dritte Ziel ist folglich ausreichende Schutzmaßnahmen bereitzustellen. Eine niederohmige Erdung zur Ableitung von Fehlerströmen (der Strom fließt über Erde ab statt über den Körper), ein Berührungsschutz, eine ausreichende Trennung zwischen mehreren Schaltkreisen und die Abschaltung des Gerätes im Fehlerfall sind notwendig.

Anmerkung: Sollten auf den folgenden Seiten Begriffe verwendet werden, die nicht unmittelbar im Fließtext erklärt werden, so können diese im Anhang (auf der letzten Seite) nachgeschlagen werden.