Ratgeber
Damit stationäre Elektrogeräte oder Elektrowerkzeuge immer ausreichend Energie erhalten, werden sie vorzugsweise mit 230 V Wechselspannung aus der Netzsteckdose versorgt.
Es gibt aber auch eine große Vielzahl an elektrischen Verbrauchern, die weit weniger Energie benötigen. Anstelle von 230 V Wechselspannung werden diese elektrischen Kleingeräte beispielsweise mit 12 V Gleichspannung betrieben.
Somit ist ein direkter Anschluss an eine 230 V Netzsteckdose nicht möglich. Es muss ein Netzteil dazwischengeschaltet werden.
Das Netzteil hat die Aufgabe, aus der 230 V AC Netz-Wechselspannung eine Gleichspannung mit 12 V zu erzeugen. Diese Vorgehensweise wird unter anderem bei elektronischen Halogentrafos oder in der LED-Technik genutzt. Je nach Auslegung erzeugen LED-Netzteile 12V oder 24V DC für LED-Streifen oder liefern einen auf die LEDs abgestimmten Strom. Darum werden LED-Netzteile auch als LED-Treiber bezeichnet.
Wie ein 12 V Netzteil funktioniert, welche clevere Technik dazu genutzt wird und was Sie bei der Auswahl des passenden Steckernetzteils beachten müssen, erklären wir Ihnen gerne.
Steckernetzteile oder Steckernetzgeräte sind die perfekte Lösung, wenn es um die unkomplizierte Stromversorgung von Kleingeräten geht. Dabei nehmen 12 V DC Steckernetzteile eine besondere Rolle ein. Denn bei dieser Spannung kann eine ausreichend große Leistung genutzt werden, ohne dass dabei der Strom zu hoch wird.
Demzufolge müssen die Kabel in einem 12 V Stromkreis nicht überdimensional dick sein. Das ist auch der Grund, warum bis dato in PKWs, Motorrädern und Co. die Bordnetze auf 12 V DC ausgelegt sind. Aber auch kleine Inselsolaranlagen mit Solarakku und entsprechenden Verbrauchern arbeiten vorzugsweise mit 12 V Gleichspannung.
Da die von Steckernetzteilen abgegebenen Stromstärken im Regelfall nicht besonders hoch sind, weisen die für die Umwandlung erforderlichen elektrischen Bauteile kompakte Abmessungen auf. Deshalb können Hersteller alle erforderlichen Teile in einem Netzstecker-Gehäuse unterbringen.
Leistungsstärkere Netzteile sind oft als Tischnetzteile ausgeführt, die dann über eine 230 V (AC) Netzanschlussleitung versorgt werden.
Ein Festspannungs-Steckernetzteil ist konstruktionsbedingt so ausgelegt, dass es am Ausgang eine kontinuierliche Gleichspannung erzeugt, die beispielsweise 12 V (DC) beträgt. Die beiden Buchstaben DC stehen für Direct Current, was so viel wie Gleichstrom bzw. Gleichspannung bedeutet. Im Gegensatz zu der Bezeichnung DC wird bei Wechselstrom oft die Abkürzung AC für Alternating Current angegeben.
Die verschiedenen Festspannungsnetzteile mit 12 V DC unterscheiden sich lediglich durch die Stromstärke, die vom jeweiligen Netzteil abgegeben werden kann. Und je höher die Stromstärke ist, desto größer, schwerer und auch kostenintensiver werden die Netzteile.
Die Stromstärke des Netzteiles muss aber grundsätzlich immer höher sein, als die maximale Stromaufnahme des angeschlossenen Verbrauchers. Dadurch ist sichergestellt, dass das Netzteil nicht überlastet wird. Übrigens: Ein Verbraucher kann nur eine bestimmte Stromstärke aufnehmen, die aufgrund seines Innenwiderstandes begrenzt ist. Auch dann, wenn das Netzteil einen deutlich höheren Strom liefern könnte.
Neben der Spannung und Stromstärke muss beim Einsatz eines Festspannungs-Netzteils auch auf die Polarität geachtet werden. Deshalb wird die Polarität des Anschluss-Steckers am Netzgerät, in Produkt-Beschreibungen oder technischen Datenblättern mit angegeben.
Unser Praxistipp: Ausgangsspannungs-Symbole
Neben den klassischen Buchstaben-Bezeichnungen (DC oder AC) werden oft auch Symbole für die Ausgangsspannungen genutzt. Für Wechselspannung wird gerne eine Tilde, also eine waagerechte Wellenlinie, verwendet.
Bei Steckernetzteilen mit Gleichspannung am Ausgang findet man nach der Spannungsangabe häufig drei kurze Striche mit einem langen Strich oberhalb. Dabei handelt es sich um das „Unicode Zeichen“ U+2393 für Gleichspannung.
Ein einstellbares Universal-Steckernetzteil bietet die Möglichkeit, neben der 12 V Spannung noch andere Ausgangsspannungen nutzen zu können.
Dies hat den großen Vorteil, dass die Netzteile für die unterschiedlichsten Verbraucher verwendet werden können. Deshalb legen Hersteller eine Vielzahl von Niedervolt-Steckverbindern mit bei, um für fast jeden Verbraucher den passenden Anschluss bieten zu können.
Diese vielseitigen Universal-Steckernetzteile bieten sich besonders dann an, wenn Verbraucher nur zeitweise in Betrieb sind. Allerdings muss vor dem Einsatz sehr genau darauf geachtet werden, dass die richtige Ausgangsspannung und die korrekte Polung des Anschluss-Steckers (Hohlstecker) eingestellt sind.
Ansonsten besteht die Gefahr, dass bei falscher Einstellung der Verbraucher oder auch das DC Netzteil zerstört werden.
Ein unstabilisiertes 12V Steckernetzteil besteht aus einem Transformator (TR), einem Gleichrichter (GR) und einem Elektrolyt-Kondensator (K) zur Siebung.
Leider gibt es bei diesen unstabilisierten 12 V Netzteilen einen unschönen Nebeneffekt: Wenn das Netzteil nicht belastet wird, kann die Ausgangsspannung schon einmal 16 – 17 V betragen.
Die Ursache für dieses scheinbar fehlerhafte Verhalten ist der Kondensator, der sich bei fehlender Last bis auf den Spitzenwert der Halbwelle aufladen kann.
Erst wenn das Netzteil mit einem geeigneten Verbraucher belastet wird, geht die Spannung am Ausgang wieder auf den normalen Wert von ca. 12 V zurück. Bei Verbrauchern, die nur einen sehr geringen Strombedarf haben, besteht dann immer die Gefahr, dass diese mit einer zu hohen Spannung versorgt werden.
Aus diesem Grund wurden stabilisierte Steckernetzteile entwickelt.
Eine Spannungsregelung (SR) nach dem Ladekondensator sorgt vom Leerlauf bis hin zum maximal zulässigen Stromwert für eine stets gleichbleibende Ausgangsspannung von beispielsweise 12 V.
Unabhängig davon, wie stark das Netzteil durch den angeschlossenen Verbraucher innerhalb der zulässigen Grenzen belastet wird.
Hinweis: Ökodesign-Richtline
Neue Steckernetzteile müssen aufgrund der Ökodesign-Richtlinie „ErP“ bestimmte Mindestanforderungen in Bezug auf Effizienz und Leistungsaufnahme im Leerlauf erfüllen. Diese Grenzwerte sind mit klassischen Steckernetzteilen, die einen 50 Hz Netztrafo beinhalten, in der Regel nicht mehr erreichbar. Deshalb werden mittlerweile fast ausschließlich elektronisch getaktete Schaltnetzteile angeboten. Zudem sind diese Netzteile wesentlich kompakter und auch deutlich leichter als die oben erwähnten konventionellen Netzteile.
Bei einem Schaltnetzteil wird die Eingangsspannung von 230 V mit einem Gleichrichter (GR) gleichgerichtet und mit einem Kondensator (K1) geglättet.
Die so entstandene Gleichspannung von ca. 325 V wird über einen Transformator (TR) zu einem elektronischen Schalter (Transistor) geführt.
Dieser Transistor (T1) öffnet und schließt mehrere Tausend Mal pro Sekunde den Stromkreis durch die Primärspule des Transformators.
Dadurch wird auf der Sekundärseite des Trafos eine Spannung induziert, die über eine Diode (D1) gleichgerichtet und mit einem Kondensator (K2) geglättet wird.
Die Elektronik in der Regelstufe (RS) sorgt dafür, dass die erforderliche Ausgangsspannung stabil eingehalten wird. Zu diesem Zweck werden mit Hilfe der Pulsweitenmodulation (PWM) auf der Primärseite die Schaltzeiten des Transistors gezielt beeinflusst. Dadurch wird auf der Primärseite nur so viel Energie zugeführt, wie auf der Sekundärseite, also am Ausgang, im Moment benötigt wird.
Damit die galvanische Trennung von Primär- und Sekundärseite erhalten bleibt, wird ein Optokoppler (OK) für die Übertragung der Regelinformation eingesetzt. Durch die hohe Taktfrequenz können der Trafo und der Ladekondensator (K2) deutlich kleiner ausfallen, als bei einem herkömmlichen Steckernetzteil 12V mit 50 Hz Transformator. Die Schaltnetzteil-Technologie sorgt mit ihrer Elektronik für ein geringes Gewicht und gleichzeitig für einen hohen Wirkungsgrad der Netzteile. Auch die minimale Leistungsaufnahme im Leerlauf wird entsprechend der oben erwähnten Richtlinie erfüllt.
Durch die konsequente Umsetzung der Schaltnetzteil-Technologie arbeiten Reise-Steckernetzteile mit einem sehr breiten Eingangsspannungsbereich.
Aus diesem Grund spielt es keine große Rolle, ob das Reise-Steckernetzteil an 110 V/60 Hz oder 230 V/50 Hz betrieben wird. Die Ausgangsspannung wird immer gleich sein.
Lediglich die mechanischen Steckverbindungen müssen angepasst werden. Darum liegen vielen Reise-Steckernetzteilen unterschiedliche Adapter bei, um das Netzteil an allen gängigen Steckdosen betreiben zu können.
Bei der Auswahl eines geeigneten 12V-Steckernetzteils gibt es einige einfache Fragen, die bei korrekter Beantwortung schnell und sicher zum richtigen Produkt führen:
1. Soll es ein 12 V Festspannungs-Steckernetzteil sein?
Wenn lediglich ein Verbraucher mit 12 V versorgt werden soll, bietet sich ein Festspannungsnetzteil an. Soll das Stecker-Netzgerät abwechselnd für mehrere Verbraucher mit unterschiedlicher Betriebsspannung genutzt werden, bieten sich Universal Netzteile mit einstellbarer Ausgangsspannung an.
2. Wie hoch muss der max. Ausgangsstrom sein?
Wenn das Netzteil lediglich für einen Verbraucher gedacht ist, kann der max. Ausgangsstrom an diesem Verbraucher ausgerichtet werden. Wenn der Verbraucher 800 mA benötigt, muss das Stecker-Netzteil auch 800 mA im Dauerbetrieb leisten können. Durch Toleranzen der Bauteile oder in bestimmten Betriebssituationen kann ein Verbraucher u.U. einen höheren Strombedarf als angegeben haben. In diesem Fall ist es besser, wenn das Netzteil 1000 mA leistet und so den erhöhten Strombedarf auch zuverlässig abdecken kann.
Wenn das Netzteil für mehrere Verbraucher gedacht ist, muss es nach dem Verbraucher mit dem höchsten Strombedarf ausgewählt werden.
Unser Praxistipp: Strom berechnen
Wenn bei dem zu versorgenden Verbraucher lediglich die Betriebsspannung in Volt (V) und die Leistung in Watt (W) angegeben ist, kann der Strom berechnet werden. Sollten die Angaben z.B. 12 Volt und 6 Watt lauten, so lässt sich nach folgender Formel
I = P : U (Strom = Leistung : Spannung)
ein Strom von 0,5 A bzw. 500 mA ausrechnen.
3. Welchen Anschluss benötige ich?
Mit dem bloßen Auge ist es oft nicht eindeutig erkennbar, ob für den Niedervoltanschluss des Verbrauchers ein DC-Hohlstecker mit 5,5/2,5 mm oder 5,0/2,1 mm (Außendurchmesser/Innendurchmesser) benötigt wird. Aber auch bei den Klinkenbuchsen ist nicht sofort klar, welcher Klinkenstecker erforderlich ist. Hier muss man in den technischen Daten des Verbrauchers nachsehen, welcher DC-Stecker benötigt wird. Im Anschluss daran ist zu prüfen, ob am Kabel des Stecker-Netzteils der benötigte Anschluss-Stecker angebracht ist bzw. angebracht werden kann.
Wenn das Steckernetzgerät für die unterschiedlichsten Geräte oder für eine LED Beleuchtung gedacht ist, wäre ein Universal Netzteil mit einer Vielzahl von Anschlussadaptern die beste Wahl. So ist mit Sicherheit für jeden Verbraucher der passende Anschlussstecker dabei.
4. Wie muss der Anschlussstecker gepolt sein?
Die Polung des DC-Steckers am Netzteil hängt von der Polung der Gerätebuchse ab. Doch diese ist leider von Gerät zu Gerät unterschiedlich. Um dieses Problem in den Griff zu kriegen, haben manche Netzgeräte-Hersteller unterschiedliche Anschluss-Stecker (Adapter) einzeln beigelegt. Die Niedervolt-Anschlussleitung verfügt über eine Buchse, an die der jeweils erforderliche Adapter-Stecker angeschlossen werden kann. Sollte die aktuelle Polung nicht stimmen, kann der Adapter abgesteckt, gedreht und wieder angesteckt werden. Die Polung des Niedervolt-Steckverbinders wird dadurch ganz einfach und schnell geändert.