Effizienz eines SMPS

Was verstehst du nicht?

Der Wirkungsgrad ist einfach eine Funktion des Verhältnisses von Leistung zu Leistung.

Ein Schaltnetzteil, das 5 W aufnimmt und 4 W Ausgangsleistung liefert, hat einen Wirkungsgrad von 80 % ($\frac{4}{5} = 0.8\ $).

Ein Linearregler hat im Allgemeinen einen sehr schlechten Wirkungsgrad. Nehmen Sie zum Beispiel einen Linearregler, der 5 V aus einer 12-V-Quelle mit 1 A Zug erzeugt:
$P_{in} = 12V * 1A = 12W$
$P_{out} = 5V * 1A = 5W$
$\text{Efficiency} = \frac{5W}{12W} = 0.4166... = ~41.6\%$

^{_{Ich ignoriere hier den Stromverbrauch des Reglers selbst, da er im Verhältnis zur Gesamtleistung gering sein wird.}}

Huch! 40 % Wirkungsgrad! Das ist furchtbar. Es bedeutet auch, dass die anderen ~ 60 % der Leistung (7 Watt!) als Wärme abgeführt werden, sodass Sie einen großen Kühlkörper benötigen, um die Abwärme loszuwerden.

Heutzutage haben die meisten Umschalter einen Wirkungsgrad im Bereich von 70-90 %. Schauen wir uns den obigen 12V-5V-Konverter mit einem 80% effizienten Umschalter an.

$P_{out} = 5V * 1A = 5W$
$P_{in} = P_{out} * \frac{1}{0.8} = 6.25W$
$I_{in} = \frac{6.25W}{12V} = ~0.52A$

Nun, da die Effizienz gestiegen ist, ist der Strom, der an unserem Eingang gezogen wird, jetzt geringer als der Strom aus dem Ausgang! Dies ist möglich, weil Energie eingespart wird (abzüglich der Effizienzverluste), nicht Strom oder Spannung.

Sie können auch sehen, dass die Verlustleistung im Schaltwandler nur 1,25 W beträgt ($P_{in} - P_{out} = \text{dissipation}$).