Standby-Verbrauch vermindern
Das große Abschalten
Der immense Energieverbrauch der Menschen wirkt sich auf unsere Umwelt auf. Stromsparen ist daher angesagt wie nie. Dass elektrische Geräte im aktiven Modus effizient arbeiten müssen, versteht sich fast von selbst. Nicht ganz so nahe liegend ist es, den Stromverbrauch der Geräte auch im Standby zu verringern. Ein Weg ist, versteckte Verbraucher in einem solchen Fall einfach abzuschalten oder abzutrennen.
Fünf Milliarden US-Dollar sollen allein die Privathaushalte in den Vereinigten Staaten durch elektrische Geräte im Standby oder Leerlauf verschwenden, wie das Lawrence Berkeley National Lab schätzt [1]. Laut der Internationalen Energieagentur werden (je nach Land) fünf bis fünfzehn Prozent des Stromverbrauchs der Privathaushalte im Standby-Modus vergeudet, und die Europäische Kommission schätzt den Standby-Verbrauch in der EU auf etwa 50 TWh pro Jahr [2].
Daher haben die Regulierungsbehörden vieler Industrieländer entsprechende strikte Regelungen formuliert und durchgesetzt (siehe Kasten »Weltweit ziehen die Regulierungsbehörden die Daumenschrauben an«). Viele Hersteller von Consumer-Produkten stellen heute elektronische Geräte mit extrem geringer Standby-Stromaufnahme her, doch das eigentliche Ziel besteht darin, diesen Wert möglichst auf Null zu drücken [3].
So haben beispielsweise mehrere größere Hersteller von Fernsehgeräten und Bildschirmen einen De-facto-Standard veröffentlicht, nach dem die Standby-Leistungsaufnahme maximal 100 mW betragen darf.
Andere Hersteller im Computermarkt schreiben sogar einen Grenzwert von nur 30 mW vor – alle diese Werte liegen deutlich unter den Anforderungen der nationalen Standards. Moderne Controller-ICs für Schaltnetzteile sind derart ausgeklügelt, dass die damit entwickelten Stromversorgungen die Standards für den Standby-Verbrauch schon fast inhärent einhalten.
Man braucht einfach nur die Applikationsnoten der unterschiedlichen Hersteller beachten. Will ein Entwickler jedoch die Standby-Leistungsaufnahme gegenüber den Standards auf ein Zehntel oder noch weniger reduzieren, geht es ins Detail.
In diesem Fall muss er jedes Element seiner Stromversorgung optimieren – jede dieser Optimierungen spart einige Milliwatt.
Entladewiderstände am Eingangsfilter
Bild 1 zeigt, in welchen Bereichen eines typischen Sperrwandlers Optimierungspotenzial besteht. Diese 20-W-Stromversorgung beruht auf einem Referenzdesign von Power Integrations [5] und kann im Standby bei einer Eingangsleistung von 0,3 W am Ausgang 0,2 W liefern.
Im Leerlauf beträgt die Leistungsaufnahme unter 100 mW bei 230 V Eingangsspannung. Doch wie kann man die Leistungsaufnahme im Standby noch weiter verringern und auf fast Null reduzieren?
Die erste Baugruppe, an die man in diesem Zusammenhang denkt, ist das Eingangsfilter. Dieses Bauteil liegt immer direkt an der Netzspannung, deshalb muss verhindert werden, dass hier ein Strom fließt. Parallel zum X-Kondensator C1 liegen die Widerstände R1 und R2.
Ohne diese Bauteile würde nach dem Abtrennen der Stromversorgung vom Netz die Spannung über dem Kondensator auf dem Wert verbleiben, den die Netzspannung zu diesem Zeitpunkt hatte; diese Spannung würde am Netzstecker anliegen. Wegen der damit verbundenen Stromschlaggefahr schreiben die Sicherheitsagenturen vor, dass bei Kapazitätswerten von über 100 nF der Kondensator innerhalb von weniger als einer Sekunde zu entladen ist.
Das geschieht durch die Widerstände R1 und R2. Üblicherweise werden zwei in Serie geschaltet, um für den Fall, dass einer der Widerstände durch einen Kurzschluss ausfällt, zu verhindern, dass der gesamte Netzspannungseingang kurzgeschlossen wird. Im Hinblick auf das Leistungsbudget sind diese Entladewiderstände jedoch höchst unerwünscht, weil sie ständig Strom ziehen, ganz gleich, ob die Stromversorgung aktiv ist oder nicht. Zwar sind die Widerstände in der gezeigten Schaltung überflüssig, weil das Eingangsfilter so dimensioniert wurde, dass der Kondensator C1 eine Kapazität von 100 nF aufweist.
Unter einem anderen Aspekt wäre jedoch eine Vergrößerung der Kapazität wünschenswert: Die Drossel L1 könnte dann entsprechend kleiner dimensioniert werden, dadurch würde man Platz, Gewicht und Kosten einsparen.
Würde man jedoch die Kapazität auf, beispielsweise, 1 μF vergrößern, so dürften die Widerstände R1 und R2 einen Gesamtwiderstand von maximal 1 MΩ aufweisen. Dann würden diese Widerstände bei einer Eingangsspannung von 230 V konstant 53 mW verbrauchen.
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