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Der Computer im Ladegerät – Euer MacBook-Stromlieferant von innen

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Ist von einem Ladegerät die Rede, denkt man zunächst einmal an einen Trafo, ein paar Dioden und Spulen und ein paar Widerstände. Doch was sich im Inneren eines MacBook Ladegerätes so versteckt, hat Ken Shirriff in seinem Blog ausführlich dargestellt.

Es ist ganz klar, dass ein so komplexes Gerät, wie ein Notebook respektive MacBook eine andere Stromversorgung benötigt, wie etwa eine 12 V Halogenlampe. Dort reicht im Prinzip oben beschriebener Einfach-Trafo. MacBook oder auch iPad und iPhone sind jedoch etwas empfindlicher und brauchen daher perfekt gesiebten Strom. Zudem ist es für die Lebensdauer und die Leistung der Akkus sinnvoll, den Ladevorgang exakt zu steuern.

Schon beim Wort „steuern“ wird klar: Hier ist etwas mehr Aufwand notwendig. Und so hat Ken Shirriff ein solches Gerät einmal auseinander genommen.

ladegeraet-innen

Bild: Ken Shirriff

Zu sehen sind auf der Vorderseite der Platine zunächst einmal die üblichen Verdächtigen: ein Trafo zum Umwandeln der Spannung, einige Elkos und Spulen, zum glätten der Spannung und ein paar Leistungs-Dioden – zu erkennen an den Kühlblechen. Zusätzlich noch ein paar zunächst unbekannte Bauteile.

Kein gewöhnlicher Spannungswandler – das Schaltnetzteil

Bei dem hier gezeigten Ladegerät handelt es sich um ein sogenanntes Schaltnetzteil, was nicht zu vergleichen ist mit einfachen Trafos an Lampen oder ähnlichem. Im Schaltnetzteil wird die Spannungswandlung nicht an den üblichen 50 Hz Netzspannung durchgeführt, sondern die Wechselspannung wird zunächst gleichgerichtet, auf eine höhere Frequenz transformiert und dann erst über einen Trafo auf niedrigere Spannung gebracht. Der Vorteil liegt darin, dass Trafos für höhere Frequenzen, deutlich weniger Eisenkern benötigen und so die Trafos insgesamt deutlich kleiner gebaut werden können. Dieses trotz des höheren technischen Aufwandes, der durch die höhere Frequenz erforderlich ist, um Störungen zu verringern und den Ausgangsstrom zu glätten.

Prinzipieller Aufbau

Im folgenden Bild wurden die Funktionseinheiten des Schaltnetzteils farbig gekennzeichnet.

netzteil-prinzip

Bild: Ken Shirriff

Wir erkennen hier vier Bereiche:

Der Eingangsbereich ist grün markiert. Hier wird die Wechselspannung über einen Brückengleichrichter (bridge rectifier) in Gleichspannung umgewandelt, geglättet und abgesichert.

Der PFC (Leistungsfaktorkorrekturfilter, lila markiert) ist ein zusätzliches Element, dass dafür sorgt, dass die sogenannte Blindleistung im erlaubten Rahmen bleibt.

Der hier mit Primary (Eingangskreis, schwarz markiert) bezeichnete Bereich nimmt die Gleichspannung des PFC entgegen, erzeugt daraus eine hochfrequente Spannung und übergibt diese an den Transformator.

Der Bereich Secondary (Ausgangskreis, blau markiert) beginnt bei der zweiten Wicklung des Transformator und erhält von diesem eine Spannung im gewünschten Bereich von ca. 16,5 bis 18,5 V. Hier wird die Spannung ganz klassisch gleichgerichtet und gefiltert, damit am Ausgang keine Störungen auftreten.

Besonderheiten

netzteil-microproz

Bild: Ken Shirriff

Wenn man genau hinsieht, fällt diese Mini-Platine auf. Es handelt sich um ein Überwachungsmodul. Es schaltet den Ausgangsstrom ein und aus, je nachdem, ob das Netzteil angeschlossen ist oder nicht. Außerdem überwacht es die Funktion des Netzteils und schaltet das Gerät ab, falls Probleme auftreten.

Der Magsafe-Anschluß

Nicht nur im Netzteil selber, sondern auch im Macsafe-Anschluß findet sich Erstaunliches.

magsafe

Bild: Ken Shirriff

Der kleine Chip im Magsafe-Anschluß übergibt die technischen Daten an das MacBook, dass so entscheiden kann, ob es sich um ein geeignetes Ladegerät handelt. Außerdem kontrolliert der Baustein die Status LED.

Warum das Ladegerät bei Apple so teuer ist

Zum Ende seines Artikels zeigt uns Ken Shirriff noch, warum ein Apple Ladegerät einfach teurer sein muss als ein Nachbau.

netzteil-nachbau

Bild: Ken Shirriff

Zwar ist die Anzahl der Bauteile, die auf dem Nachbau zu sehen ist, nicht alleine ausschlaggebend für die Qualität eines Ladegerätes. Allerdings lässt sich der Mehraufwand für Konstruktion und Herstellung eines ungleich komplexeren Ladegerätes durchaus abschätzen. Ob der Nachbau für ein langes Leben von Akku und MacBook sorgen kann, darf bezweifelt werden. Dass Apple bei all seinen Geräten dennoch ein wenig mehr Gewinnmarge einkalkuliert als andere Hersteller, ist dabei nicht neu.

Fazit

Nur mit einem hohen Aufwand an Entwicklungsleistung ist es möglich, ein derart kleines Ladegerät zu entwickeln, das immerhin 85 Watt Nennleistung liefert. Die Technik an sich ist zwar nicht neu, doch die Miniaturisierung ist ja ein Steckenpferd bei Apple. Gut zu sehen auch bei den immer weiter schrumpfenden iPhone Ladegeräten.

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27. Nov 2015 um 17:26 Uhr von Andreas Fehler gefunden?


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