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Ratgeber
Netzgeräte und Netzteile versorgen elektronische Komponenten mit Energie. In vielen Fällen wandeln sie dafür die Wechselspannung aus dem Stromnetz in eine niedrigere Gleichspannung um.
Welche Bauformen von Netzteilen und Netzgeräten es gibt und worauf Sie beim Kauf achten sollten, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Netzgeräte und Netzteile haben die Aufgabe, elektrische Verbraucher mit Strom zu versorgen. Dazu wandeln sie die Spannung aus dem Stromnetz in eine für den Verbraucher geeignete Spannung um. Die meisten Geräte können nicht mit einer Wechselspannung (AC) von 230 V, wie sie aus der Steckdose kommt, betrieben werden, sondern benötigen eine relativ niedrige Gleichspannung (DC). Netzgeräte und Netzteile stellen diese zur Verfügung. So wandeln PC-Netzteile beispielsweise die Netzspannung in Gleichspannungen von 12 V, 5,5 V und 3,3 V um, so dass PC-Komponenten damit betrieben werden können.
Abhängig von ihrer Bauform und Arbeitsweise können Netzgeräte und Netzteile in Schaltnetzteile und konventionelle (lineare) Netzteile unterschieden werden. Konventionelle Netzteile sind mit einem großen Netztransformator ausgestattet, weswegen sie auch als Trafonetzteile bezeichnet werden. Der Transformator besteht aus einer Primärspule mit ferromagnetischem Kern und einer oder mehreren Sekundärspulen. Die Wechselspannung wird direkt in die Primärspule gespeist. Es entsteht ein Magnetfeld, das in den Sekundärspulen Wechselspannungen auf unterschiedlichen Niveaus erzeugt. Das ist deswegen nötig, weil Elektrogeräte häufig Komponenten enthalten, die unterschiedliche Spannungswerte für den Betrieb erfordern. Damit ein Trafonetzteil auch diese versorgen kann, muss es die Möglichkeit bieten, verschiedene Spannungen abzugreifen. Ein Gleichrichter wandelt die Wechselspannung anschließend in Gleichspannung um. Die Restwelligkeit der gleichgerichteten Spannung wird dann durch einen nachgeschalteten Glättungskondensator reduziert.
Trafonetzteile werden zunehmend durch Schaltnetzteile verdrängt. Schaltnetzteile enthalten einen deutlich kleineren Transformator oder sogar nur eine Spule, verfügen dafür aber über eine komplexere Elektronik. Im Gegensatz zu konventionellen Netzteilen wird der Transformator bei Schaltnetzteilen mit einer Frequenz betrieben, die über der Netzfrequenz liegt. Hier macht man sich den Umstand zunutze, dass Transformatoren bei hohen Frequenzen weniger Magnetkernvolumen benötigen, um die gleiche Leistung zu übertragen. Das heißt, wird ein Trafo von vornherein bei hohen Frequenzen betrieben, kann dessen Masse ohne Leistungseinbußen verringert werden, was den Vorteil hat, dass das Netzteil kleiner und leichter wird.
Netzgeräte und Netzteile werden in zahlreichen Bereichen eingesetzt – von der Industrie bis zum Privathaushalt. Sie sind entweder als individuell einsetzbare Bauelemente oder als eigenständige Geräte mit Gehäuse konzipiert.
Eigenständige Netzteile sind häufig als Steckernetzteile ausgeführt, bei denen der Netzstecker bereits im Gehäuse integriert ist. Es gibt aber auch Modelle, bei denen sich das Netzgerät quasi zwischen zwei Leitungen befindet. Von der einen Seite geht die Leitung zur Steckdose ab, von der anderen die Leitung zum elektrischen Verbraucher. Solche Ausführungen sind in der Lage, höhere Spannungen zur Verfügung zu stellen als Steckernetzteile, die dafür meist zu klein gebaut sind. Aus diesem Grund werden Netzteile mit abgehenden Leitungen vorrangig für Verbraucher mit höherem Leistungsbedarf verwendet.
Netzgeräte und Netzteile sind nicht nur extern, sondern auch intern einsetzbar, indem sie in das zu versorgende Gerät eingebaut werden. Das ist beispielsweise bei Computer-Netzteilen von Desktop-PCs der Fall. Hier werden Netzteilmodule in Normgrößen verwendet, die in das PC-Gehäuse eingebaut werden und die Computer-Komponenten mit Strom versorgen. Bei Notebooks hingegen ist der Einsatz externer Netzteile aus zwei Gründen sinnvoller: Zum einen erzeugen Netzgeräte während des Betriebs Abwärme, die die kompakt zusammengestellte Elektronik in tragbaren PCs in ihrer Funktionstüchtigkeit beeinträchtigen kann. Zum anderen spart man Platz und Gewicht beim Transport, da man das Notebook-Netzteil nicht überall hin mitnehmen muss. Ladegeräte für kleinere Mobilgeräte wie Smartphones sind häufig als externe USB-Netzteile realisiert. Sie sind klassischerweise mit mehreren USB-Typ-A-Ausgängen ausgestattet, an die mehrere Ladekabel mit USB-A-Steckern und folglich mehrere Verbraucher angeschlossen werden können. Neuere USB-Netzteile verfügen über USB-C-Ausgänge, was insofern praktisch ist, als moderne Handys und Tablets mittlerweile standardmäßig eine USB-C-Schnittstelle haben.
Neben Handy-, Notebook- und PC-Netzteilen gibt es eine Reihe weiterer Netzgeräte, die speziellen Anwendungen vorbehalten sind. Dazu zählen beispielsweise Einbau- und Hutschienennetzteile, die unter anderem zur Versorgung der Haustechnik verwendet werden. Sie zeichnen sich durch eine kompakte Bauform und ein geringes Gewicht aus, wodurch sie problemlos auf Tragschienen montiert werden können. Besonders überlastungs- und kurzschlusssicher sind Labornetzteile. Sie dienen der Stromversorgung von Labortechnik und Messgeräten und werden in Bildungseinrichtungen, im Prüfbereich oder in der Elektronikentwicklung genutzt. Labornetzgeräte sind in vielen Fällen regelbar, d.h., die Ausgangsspannung lässt sich innerhalb eines vorgegebenen Bereichs verändern.
Benötigen Sie eine Individuallösung für einen bestimmten Anwendungsfall oder müssen Sie eine defekte Komponente Ihres Netzteils austauschen, sind einzelne Netzteil-Bausteine die richtige Wahl. Dazu zählen neben Transformatoren, die die Netzspannung in die erforderliche Betriebsspannung des elektrischen Verbrauchers umwandeln, auch Wandler und Stromrichter, allen voran DC/DC-Wandler und Wechselrichter. Wechselrichter wandeln eine Gleichspannung in eine Wechselspannung um, während DC/DC-Wandler eine eingehende Gleichspannung in eine höhere, niedrigere oder invertierte Gleichspannung transformieren.
Wechselrichter sind häufig Bestandteil von USV-Systemen, also unterbrechungsfreien Stromversorgungen. Dabei handelt es sich um Notstromspeicher, die kurzzeitige Über- und Unterspannungen ausgleichen und bei Stromausfall die Stromversorgung elektronischer Verbraucher für eine bestimmte Zeit übernehmen können. Am gebräuchlichsten und effektivsten sind USVs mit Doppelwandler. Sie verfügen über eine Batterie, die aufgefüllt wird, solange der Strom fließt. Da Batterien nur mit Gleichspannung geladen werden können, wird ein Gleichrichter davorgeschaltet, der die Wechselspannung aus dem Netz in Gleichspannung umgeformt. Kommt es zu einem Stromausfall, wird die Gleichspannung der Batterie mithilfe eines Wechselrichters wieder in Wechselspannung umgewandelt, die dann erneut in den Stromkreislauf gelangt. Eine Alternative zu USVs sind Stromerzeuger und Aggregate. Dabei handelt es sich um Generatoren mit Verbrennungsmotoren, die die chemische Energie des Treibstoffs in elektrische Energie umwandeln. Sie können nicht nur Notstrom bei Stromausfällen bereitstellen, sondern immer dann verwendet werden, wenn kein Stromnetz zur Verfügung steht.
Neben Trafos, Wechselrichtern und Gleichrichtern gibt es eine Reihe weiterer Komponenten und Hilfsmittel, die den Funktionsumfang von Netzteilen ergänzen oder zu deren Prüfung verwendet werden. Zur Steuerung der Spannung bzw. Leistung von Verbrauchern, die Wechselstrom erfordern, kommen Wechselspannungssteller zum Einsatz. Mit ihrer Hilfe lässt sich die Ausgangsspannung von beispielsweise Scheinwerfern, Beleuchtungslösungen, Elektrowerkzeugen oder Heizgeräten exakt einstellen. Um Netzteile zu charakterisieren und im Hinblick auf ihre Belastungsfähigkeit beurteilen zu können, finden elektronische Lasten Anwendung. Dabei handelt es sich im weiteren Sinne um Prüfgeräte, mit denen beispielsweise der maximale Stromverbrauch oder die Spannungsstabilität eines Netzteils gemessen werden kann. Manche elektronischen Lasten bieten auch die Möglichkeit, Schutzeinrichtungen von Netzteilen zu testen.
Bei der Auswahl eines passenden Netzteils sowie beim Kauf von Netzteil-Bausteinen sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Zunächst ist zu ermitteln, welchen Energiebedarf (Leistung in Watt) die zu versorgenden Geräte haben und welche Betriebsspannung sie erfordern. Davon hängt ab, welche Art von Spannung (Wechsel- oder Gleichspannung), welchen konkreten Spannungswert (in Volt) und welche Stromstärke (in Ampere) das Netzteil bereitstellen muss. In dem Zusammenhang ist zu überlegen, ob das die Ausgangsspannung des Netzteils fest definiert oder regelbar sein soll. Universal-Netzteile bieten die Möglichkeit, unterschiedliche Ausgangsspannungen einzustellen und mitunter die Polarität umzuschalten.
Relevant ist nicht nur die Spannung, die das Netzteil am Ausgang zur Verfügung stellt, sondern auch, was für eine Spannung es am Eingang aufnehmen kann. Viele Netzteile sind für eine Eingangsspannung von 230 V AC ausgelegt, es gibt aber auch Ausführungen, die beispielsweise nur Eingangsspannungen von 24 V DC zulassen. Ebenfalls wichtig zu wissen ist, wie viele Ausgänge zur Verfügung stehen sollen. USB-Ladegeräte werden beispielsweise in Form von Ladestationen mit mehreren USB-Ausgängen angeboten, was die Möglichkeit bietet, mehrere USB-Geräte parallel mit Strom zu versorgen. Aus Sicherheitsgründen sollten Netzgeräte und Netzteile mit Schutzmechanismen ausgestattet sein, etwa einem Überspannungsschutz, Kurzschlussschutz und Temperaturschutz. Insbesondere im industriellen Bereich ist die IP-Schutzart von Bedeutung. Je nach Anwendungsgebiet und -ort gibt es bestimmte Anforderungen, die ein Netzteil erfüllen muss. So dürfen in einigen Bereichen nur staub- und wasserdichte Komponenten verwendet werden. Zusätzlich kann der maximal mögliche Temperaturbereich beim Betrieb ein wichtiges Kriterium darstellen.
Neben Montage- und Anschlussmöglichkeiten sind die konkreten Abmessungen zu berücksichtigen, vor allem dann, wenn das Netzteil in ein Gehäuse oder einen Schaltschrank eingebaut werden soll. Das Gewicht ist relevant, wenn das Netzteil häufig unterwegs genutzt wird und möglichst leicht sein soll. Weitere Features wie ein kontrastreiches LED-Display, etwa bei Labornetzgeräten, oder LED-Lampen zur Statuserkennung erhöhen den Anwendungskomfort. Spezielles Zubehör für Netzteile wie Adapter, Schutzkappen, Querverbinder oder Wandbefestigungen helfen bei der Installation.
Der Wirkungsgrad gibt Aufschluss darüber, wie viel von der Energie, die das Netzteil oder -gerät aus dem Stromnetz aufnimmt, an den Verbraucher abgegeben wird. Bei PC-Netzteilen beispielsweise ist mit Verlusten in Form von Abwärme zu rechnen. Ein PC-Netzteil mit hoher Effizienz verarbeitet den Strom wirkungsvoll und heizt weniger auf, was wiederum den Lüfter schont. Welchen Wirkungsgrad ein PC-Netzteil aufweist, können Sie anhand des sogenannten 80-Plus-Zertifikats ermitteln, das es mittlerweile für PC-Netzteile gibt, die ans 230-Volt-Netz angeschlossen werden. Das 80-Plus-Zertifikat bestätigt, das mindestens 80 Prozent des aufgenommenen Stroms an die PC-Komponenten fließt. Eine Beispielrechnung: Nimmt ein PC-Netzteil mit einer Effizienz von 80 % 100 Watt auf, gibt es mindestens 80 Watt an die zu versorgende PC-Hardware weiter. Nach festgelegten Werten werden mehrere Abstufungen unterschieden: 80 Plus Standard, 80 Plus Bronze, 80 Plus Silver und 80 Plus Gold. Den höchsten Wirkungsgrad erzielen 80 Plus Platinum und 80 Plus Titanium.
Was bedeutet die Abkürzung PSU?
PSU ist die Abkürzung für Power Supply Unit. Dabei handelt es sich um die englische Bezeichnung für ein Netzteil. Häufig spricht man im Englischen auch einfach nur von Power Supply.
Ich stelle meinen Computer selbst zusammen und möchte ein PC-Netzteil einbauen. Wie viel Watt muss es liefern?
Wie viel Watt ein PC-Netzteil liefern muss, hängt davon ab, wozu der Computer genutzt wird bzw. wie viele und welche Art von Komponenten verbaut sind. Es macht einen Unterschied, ob ein Netzteil einen Gaming-PC mit High-End-Grafikkarte oder einen einfachen Arbeitsrechner mit Strom versorgen soll. Wie viel Watt erforderlich sind, ist also von Fall zu Fall unterschiedlich. Es gibt aber grobe Richtwerte: Für einen Office-PC ohne dedizierte Grafikkarte, der vorwiegend für einfache Anwendungen genutzt wird, genügt ein PC-Netzteil mit etwa 300 Watt. Für einen Multimedia-PC mit einer Grafikkarte aus dem niedrigen bis mittleren Leistungssegment können Sie ein PC-Netzteil ab etwa 400 Watt verwenden. Für Gaming-PCs mit Power-Komponenten muss die Anzahl an Watt höher ausfallen. Werden mehrere Grafikkarten verwendet, kann sich durchaus ein Bedarf um die 1000 Watt ergeben.
Was sind Multi-Rail- und Single-Rail-Netzteile?
PC-Netzteile können abhängig von ihrem Schienendesign in Single-Rail- oder Multi-Rail-Ausführungen unterschieden werden. Single-Rail-Modelle verfügen über eine 12-Volt-Schiene, über die der gesamte Strom an die PC-Komponenten weitergeleitet wird. Multi-Rail-Modelle weisen dagegen mindestens zwei 12-Volt-Schienen auf, die unabhängig voneinander arbeiten. Hier wird die Stromversorgung quasi auf mehrere Kanäle aufgeteilt. Bei PCs mit wenig Leistung sind PC-Netzteile in der Multi-Rail-Variante nicht notwendig.
Was gibt die Schutzklasse eines Netzteils an?
Nach der Norm IEC/EN 61140 sind für alle elektrischen Betriebsmittel Schutzklassen definiert, die Auskunft darüber geben, inwieweit ein Schutz vor elektrischen Schlägen besteht. Unterschieden werden die Schutzklassen 0, I, II und III. Netzteile gehören meist der Schutzklasse I oder II an. Modelle der Schutzklasse I sind basisisoliert und zeichnen sich dadurch aus, dass alle elektrisch leitfähigen Gehäuseteile mit einem Schutzleiter verbunden sind. Letzteres verhindert, dass es zu einem elektrischen Schlag kommt, wenn die Isolierung defekt ist. Netzteile der Schutzklasse II sind zusätzlich zur Basisisolierung mit einer weiteren Gehäuseisolierung ausgestattet. Dadurch können elektrisch leitfähige Gehäuseteile nicht in Kontakt mit spannungsführenden Teilen kommen. Ein Anschluss an den Schutzleiter ist hier nicht möglich.