Leerlaufverbrauch ist bei Wechselspannung höher als bei Gleichspannung
AC/DC auf Sparflamme trimmen
Während Gleichstromwandler mit einem Nulllastverbrauch im einstelligen Promillebereich und weniger (bezogen auf Volllast) glänzen, ist es bei AC/DC-Wandlung derzeit schon gut, wenn das Verhältnis nicht mehr als ein Prozent ist. Die Sparpotenziale sind aber noch nicht ausgereizt.
Der Stromsparzwang bei Batteriebetrieb ergibt sich schon aus dem Kundenwunsch, die teure Batterie-Energie möglichst lange zu erhalten. Bei Netzbetrieb schöpft man hingegen gewissermaßen »aus dem Vollen«, so dass der Verbraucher hier weniger kritisch ist (auch wenn er letztlich die Stromrechnung zahlt!). Hier kann nur staatliches Eingreifen zur massiven Energie-Einsparung führen, wie es denn auch mit Hilfe von »EnergyStar« zunächst in den USA und später in Europa geschah.
Allerdings ist es (bauartbedingt) bei AC/DC-Wandlern im Leistungsbereich bis 10 W bereits gut, wenn das Verhältnis zwischen Volllast- und Leerlaufverbrauch 100:1 beträgt, ganz im Gegensatz zu DC/DC-Wandlern, bei denen das Verhältnis durchaus das Hundertfache davon betragen kann.
Eine Senkung dieses relativ hohen Leerlaufverbrauchs wäre am einfachsten, wenn man den Regelkreis bei Nulllast einfach abschalten würde. »Das führt aber fast immer zu Wiederanlaufproblemen, wenn die Last zurückkehrt«, weiß Mark Muegge, Vice President Marketing beim US-amerikanischen Spezialisten CamSemi. »In der Praxis muss man es hinkriegen, dass der Controller bei geringer Last innerhalb der Spezifikation bleibt. Dafür sollte er aber nicht mehr als ein Drittel des zulässigen Leerlaufverbrauchs benötigen.«
Eine weitere Maßnahme ist, dass man den Widerstand, der den Ausgang brückt, erhöht. Das beeinflusst aber die Regelungscharakteristik ungünstig. Diese muss auch innerhalb der Spezifikation bleiben. Das setzt eine weitere Grenze.
Und eine dritte, sehr wirksame Maßnahme, ist, dass man die Regelschaltung so auslegt, dass die Schaltfrequenz eines Sperrwandlers bei sinkender Last ebenfalls sinkt. Normal sind 40, 100 oder gar 130 kHz bei Volllast. Probleme gibt es aber zum einen schon wenn man in den Audiobereich kommt (das führt zu hörbaren Störungen in angeschlossenen Audioschaltungen). Und eine zu geringe Frequenz (1 kHz) erhöht zum anderen, vor allem bei primärseitiger Spannungsabtastung (weil hier die direkte Rückmeldung vom Ausgang fehlt), die Reaktionszeit. Die Folge bei Rückkehr zur vollen Last ist dann ein rascher Spannungsabfall am Ausgang, der nicht rasch genug ausgeregelt wird (droop). Das stellt die dritte praktische Grenze dar.
Das Problem mit Audio-Interferenzen (die über den Trafo einstreuen) lässt sich übrigens mittels Frequenzspreizung (spread spectrum) etwas entschärfen. Und Sperrwandler haben ohnehin den Vorteil, dass sie gewissermaßen eine natürliche Frequenzspreizung aufweisen, weil es einen lastbedingten Jitter gibt.
Eine Senkung des Leerlaufverbrauchs senkt übrigens auch den spezifizierten Wirkungsgrad. Muegge: »Die Ermittlung der Effizienz erfolgt anhand eines Mittelwertes, der aus der Messung an vier Lastpunkten (25/50/75/100 Prozent Last) und bei zwei Leitungsbedingungen hervorgeht. Weil eine Senkung des Nulllastverbrauchs auch die Teillastpunkte günstig beeinflusst, wird der ausgewiesene Wirkungsgrad besser«.
Weil AC/DC-Wandler für Ladegeräte und Steckernetzteile millionenfach produziert und abgesetzt werden, darf die Komponentenauswahl nicht an enge Toleranzen gebunden sein. Dennoch muss die Spezifikation immer eingehalten werden. Auch das ist wichtig.
Die Komponentenauswahl ist also nicht ganz unkritisch. So sollen die Transformatoren und Drosseln nur geringe Streufelder (leakage) aufweisen. Die Kondensatoren hingegen sind, auch hinsichtlich ihrer Alterung weniger kritisch. Zwar altern die Elkos bei hoher Temperatur, bei Ladenetzteilen mit geringem Leerlaufverbrauch ist die Temperatur fast immer gering, so dass die Alterung sehr langsam stattfindet. Auf den Leerlaufverbrauch hat die Alterung kaum Einfluss.
Mit dem Schaltkreis C2163 ist es CamSemi gelungen, einen IC zu bauen, mit dem sich Wandler realisieren lassen, die 16 W Ausgangsleistung bereitstellen und bei Nulllast weniger als 100 mW aufnehmen. Das ist aber noch nicht das Ende der Fahnenstange. Muegge verspricht: »Wir werden in Kürze einen Baustein vorstellen, der im lastfreien Zustand nur noch 50 mW aufnimmt und 10 W Ausgangsleistung abliefern kann.«
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