Spannungsregelungsrechner

Die Spannungsregelung misst, wie stark sich die Ausgangsspannung eines Netzteils als Reaktion auf Änderungen von Laststrom oder Eingangsspannung verändert. Sie ist eine der wichtigsten Spezifikationen jeder Stromquelle — eine schlechte Regelung bedeutet, dass Geräte je nach aufgenommener Stromstärke unterschiedliche Spannungen erhalten, was zu Fehlfunktionen, Datenfehlern und verkürzter Lebensdauer von Bauteilen führen kann. Die Lastregelung beschreibt die Änderung der Ausgangsspannung, wenn der Laststrom von Null (Leerlauf) bis zum maximalen Nennstrom (Volllast) variiert. Sie wird berechnet als: Lastregelung (%) = (V_NL − V_FL) / V_FL × 100. Ein idealer Regler hätte 0 % Lastregelung, also identische Ausgangsspannungen bei Leerlauf und Volllast. In der Praxis erreichen lineare Regler 0.1–1 %, hochwertige Schaltnetzteile 0.5–2 %. Günstige Designs können 5 % oder mehr aufweisen. Die Leitungsregelung beschreibt die Änderung der Ausgangsspannung bei variierender Eingangsspannung, während die Last konstant bleibt. Sie wird als prozentuale Änderung der Ausgangsspannung pro prozentualer Änderung der Eingangsspannung oder als Ausgangsspannungsänderung pro Volt Eingangsspannung angegeben. Ein Netzteil mit guter Leitungsregelung hält die Ausgangsspannung trotz Netzschwankungen stabil — wichtig in Ländern mit stark schwankender Netzspannung. Die Ausgangsimpedanz ist der Schlüsselparameter, der Laststrom und Spannungsänderung verknüpft. Ein Netzteil verhält sich wie eine ideale Spannungsquelle in Reihe mit einem kleinen Widerstand Rout. Wenn der Laststrom um ΔI steigt, fällt die Ausgangsspannung um ΔV = Rout × ΔI. Je geringer die Ausgangsimpedanz, desto besser die Regelung. Ein Labornetzteil kann einen Rout von wenigen Milliohm haben, während ein einfacher Transformator-Gleichrichter-Aufbau mehrere Ohm aufweisen kann. Spannungsregelungswerte erscheinen prominent in Netzteil-Datenblättern und werden unter bestimmten Bedingungen geprüft. Medizinische Netzteile verlangen typischerweise eine Lastregelung besser als 1 % und eine Leitungsregelung besser als 0.5 %, da Patientensicherheitskreise auf stabile Betriebsspannungen angewiesen sind. Netzteile für Unterhaltungselektronik geben häufig 3–5 % an. Netzteile für industrielle Antriebe und SPS benötigen meist 1–3 %, um den zuverlässigen Betrieb empfindlicher Steuerkreise sicherzustellen. Eine schlechte Spannungsregelung verschwendet Energie und erzeugt Wärme. Ein Netzteil mit hoher Ausgangsimpedanz verheizt die überschüssige Spannung an seinem Innenwiderstand, wenn die Last Strom zieht. Eine Verbesserung der Regelung — durch bessere Trafowicklungen, Linearregler mit geringer Dropout-Spannung oder rückgekoppelte Schaltnetzteil-Topologien — reduziert Wärmeverluste und erhöht die Systemeffizienz.