Kondensatornetzteil – Einsatz in Industrie und Embedded Systemen

Was ist ein Kondensatornetzteil?

Ein Kondensatornetzteil, auch als kapazitives Netzteil bekannt, ist eine kompakte und kostengünstige Spannungsversorgung, bei der Wechselspannung mithilfe eines Kondensators direkt auf eine niedrigere Kleinspannung reduziert wird. Im Gegensatz zu klassischen Netzteilen kommt es ohne Transformator aus und nutzt die kapazitive Impedanz zur Spannungsbegrenzung.

Typischerweise besteht ein Kondensatornetzteil aus:

• Einem X-Kondensator zur Spannungsbegrenzung
• Einem Gleichrichter (Diode oder Graetz-Brücke)
• Einem Spannungsregler (z. B. Zenerdiode oder LDO)
• Optionalen Schutzkomponenten wie Sicherung, Varistor, PTC oder TVS-Diode

Da keine galvanische Trennung besteht, ist bei der Auslegung besondere Vorsicht geboten. Die Spannung wird durch den Kondensator reduziert, dann geglättet und stabilisiert.

Beispielhafte Dimensionierung

Ein Beispiel: Für 5 V DC bei 50 mA eignet sich ein 470 nF X2-Kondensator (275 V AC), eine 1N4007-Diode, eine 5,1 V-Zenerdiode und ein 100 µF-Elko. Die Auswahl ist stets an Spannungstoleranzen, Lastprofil und Umgebung anzupassen.

Vorteile kapazitiver Netzteile im industriellen Einsatz

• Kompakte Bauweise: Ideal für kleine Layouts
• Kosteneffizient: Günstig in Serienproduktion
• Geringe Leerlaufverluste: Hohe Effizienz bei Minimalverbrauch
• Einfacher Aufbau: Geringer Bauteileaufwand, hohe Zuverlässigkeit

Gerade in Anwendungen, in denen galvanische Trennung nicht erforderlich ist, kann ein Kondensatornetzteil durch seine Einfachheit punkten. In anderen Fällen, insbesondere bei empfindlicher Elektronik oder sicherheitskritischen Systemen, ist eine galvanische Trennung erforderlich. Mehr dazu erfahren Sie im Artikel zur galvanischen Trennung in Netzteilen.

Sicherheit und Normen

Kapazitive Netzteile ohne galvanische Trennung erfordern besondere Schutzmaßnahmen:

• SELV-Konzept: Nur bei sicherheitsgetrennter Ausgangsstufe zulässig
• EN 60335-1: Trennung von Netz- und Bedienkomponenten erforderlich
• UL-Zulassung: z. B. UL 60384-14 für X2-Kondensatoren
• Verpolungsschutz: Absicherung gegen L/N-Tausch
• Isolationsabstände: Einhaltung der Luft-/Kriechstrecken auf der Leiterplatte

FAQ – Häufige Fragen zu Kondensatornetzteilen

Kann ich ein Kondensatornetzteil direkt auf der Leiterplatte aufbauen?
Ja, bei Einhaltung aller Sicherheitsabstände und EMV-Maßnahmen. Ein weiterer wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang ist das EMV-Verhalten kapazitiver Lösungen – siehe EMV & Oberschwingungen in Schaltnetzteilen.

Was passiert bei Kurzschluss am Ausgang?
Es fließt hoher Strom. Schutz durch Sicherung oder PTC erforderlich.

Wie wähle ich den richtigen X-Kondensator?
Wichtig sind Spannung (mind. 275 V AC), Zertifizierung (X2/X1) und Lebensdauer.

Eignet sich ein Kondensatornetzteil für mobile Geräte?
Nein – nur für netzgebundene, stationäre Anwendungen.

Thermisches Verhalten und Kondensatorauswahl in der Praxis

Temperatur beeinflusst direkt Kapazität und Lebensdauer. Jeder Anstieg um 10 °C halbiert die Lebenserwartung. Der ESR-Wert entscheidet über Wärmeentwicklung. Wichtig bei X-Kondensatoren:

• Selbstheilung
• Zertifizierung (X2/X1)
• mechanische Stabilität
• ausreichender Derating-Faktor

Auch die Art der Kühlung beeinflusst die Lebensdauer maßgeblich – ob durch Konvektion, Gehäusekontakt oder spezielle Kühlkonzepte. Weitere Ansätze zur Optimierung bietet der Beitrag über Netzteilkühlung – Luft vs. Flüssigkeit.

Netzteilarten im Vergleich

Kriterium	Kondensatornetzteil	Schaltnetzteil (SMPS)	Linearnetzteil
Galvanische Trennung	Nein	Ja	Optional
Baugröße	Sehr kompakt	Mittel	Groß
Wirkungsgrad	Mittel bei kleiner Last	Hoch	Niedrig
EMV-Verhalten	Günstig bis neutral	Kritisch	Unkritisch
Strombelastbarkeit	Gering (<300 mA)	Hoch	Mittel
Komplexität	Sehr gering	Hoch	Gering
Kosten	Sehr niedrig	Mittel	Hoch

Ein weiterer Einflussfaktor auf den Gesamtwirkungsgrad von Netzteilen ist der Leistungsfaktor (PFC). Gerade bei Schaltnetzteilen ist er relevant. Mehr dazu lesen Sie im Beitrag über Power-Factor-Correction bei Industrie-SNT.

Für bestimmte Anwendungen eine clevere Lösung

Kondensatornetzteile sind für stromsparende, platzkritische Anwendungen eine sinnvolle Option – besonders in Embedded-Systemen, IoT-Geräten oder LED-Modulen. Sie sind günstig, zuverlässig und platzsparend, müssen jedoch sorgfältig ausgelegt, abgesichert und normkonform implementiert werden.

Durch ergänzendes Wissen zu EMV, Kühlung, PFC und galvanischer Trennung lassen sich fundierte Entscheidungen treffen – auch wenn letztlich eine andere Netzteilart zum Einsatz kommen sollte.