Netzteile verstehen: So funktioniert die Stromversorgung im PC

Du willst in deinen Rechner eine stärkere Grafikkarte einbauen. Im Datenblatt steht eine Empfehlung von 650 W fürs Netzteil, im Rechner steckt eins mit 500 W. Reicht das? Um das einschätzen zu können, musst du wissen, was ein Netzteil eigentlich tut, welche Spannungen es liefert und wie sich die Leistung auf die einzelnen Anschlüsse verteilt.

Hier kommt alles zusammen, was wir in den letzten Beiträgen erarbeitet haben: Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad und die Frage nach Gleich- und Wechselstrom.

Was macht ein Netzteil?

Die Steckdose liefert 230 V Wechselspannung. Die Bauteile im Rechner brauchen niedrige Gleichspannungen von 12 V, 5 V und 3,3 V. Das Netzteil erledigt die Umwandlung und übernimmt dabei mehrere Aufgaben:

• Es wandelt Wechselspannung in Gleichspannung um.
• Es senkt die Spannung auf die Werte, die die Komponenten brauchen.
• Es hält die Ausgangsspannungen auch bei wechselnder Last stabil, wenn zum Beispiel die Grafikkarte plötzlich mehr Leistung zieht.
• Es trennt die Netzspannung vom Rechnerinneren galvanisch, damit du dich nicht an 230 V verletzen kannst, wenn du ein Bauteil berührst.
• Es schützt sich und den Rechner vor Überlast, Kurzschluss und Spannungsfehlern.

Linearnetzteil und Schaltnetzteil

Es gibt zwei Bauarten. Das Linearnetzteil arbeitet mit einem Transformator, der direkt mit der Netzfrequenz von 50 Hz läuft. Das ist robust und einfach, aber schwer und hat einen niedrigen Wirkungsgrad, weil überschüssige Energie als Wärme verloren geht.

Praktisch alle PC-Netzteile sind heute Schaltnetzteile. Sie zerhacken die Spannung zuerst mit Halbleiterschaltern mit sehr hoher Frequenz und transformieren sie erst danach. Je höher die Frequenz, desto kleiner und leichter kann der Transformator sein.

	Linearnetzteil	Schaltnetzteil
Aufbau	Großer 50-Hz-Transformator	Kleiner Transformator, getaktet mit hoher Frequenz
Gewicht und Größe	Schwer und sperrig	Leicht und kompakt
Wirkungsgrad	Niedrig	Hoch
Störungen	Wenig hochfrequente Störungen	Erzeugt Störungen, die gefiltert werden müssen
Typischer Einsatz	Einfache Geräte, Audiotechnik	PC, Notebook-Netzteil, Ladegerät, Server

So arbeitet ein Schaltnetzteil Schritt für Schritt

Die Umwandlung läuft in mehreren Stufen ab. Du musst nicht jedes Bauteil kennen, aber der Ablauf ist Prüfungswissen und hilft bei der Fehlersuche.

1. Eingangsfilter: Er hält Störungen vom Stromnetz fern und verhindert, dass das Netzteil selbst Störungen ins Netz zurückgibt.
2. Gleichrichter: Eine Brückenschaltung aus Dioden wandelt die Wechselspannung in eine pulsierende Gleichspannung um.
3. Glättungskondensator: Er glättet die Spannung. Dabei entstehen rund 325 V Gleichspannung, denn der Spitzenwert von 230 V Wechselspannung beträgt etwa 230 V × 1,41.
4. Leistungsfaktorkorrektur (PFC): Eine zusätzliche Schaltung sorgt dafür, dass das Netzteil den Strom gleichmäßig aus dem Netz zieht. Das verbessert den Leistungsfaktor, den wir beim Unterschied zwischen VA und W bei der USV kennengelernt haben.
5. Schalttransistoren und Transformator: Transistoren schalten die Gleichspannung mit hoher Frequenz ein und aus. Daraus entsteht eine Wechselspannung, die der Transformator herabsetzt und gleichzeitig galvanisch trennt.
6. Gleichrichtung und Siebung am Ausgang: Eine zweite Gleichrichtung mit Drosseln und Kondensatoren liefert saubere Gleichspannungen.
7. Regelung: Eine Rückkopplung misst die Ausgangsspannung und passt das Schaltverhalten laufend an, sodass die Spannung auch bei wechselnder Last stabil bleibt.

Welche Spannungen liefert ein PC-Netzteil?

Ein ATX-Netzteil stellt mehrere Gleichspannungen bereit, die man auch Schienen nennt:

Spannung	Wofür wird sie gebraucht?
+12 V	Hauptversorgung für Prozessor und Grafikkarte, außerdem für Lüfter und die Motoren von Festplatten
+5 V	Elektronik von SATA-Laufwerken, USB-Anschlüsse, Teile des Mainboards
+3,3 V	Teile der Mainboard-Elektronik und Steckkarten
+5 V Standby	Bleibt auch bei ausgeschaltetem Rechner aktiv, damit der Einschalttaster, Wake-on-LAN und die USB-Ladefunktion arbeiten

Den Prozessor und den Arbeitsspeicher versorgt das Netzteil nicht direkt mit der Spannung, die sie brauchen. Diese liegt oft nur knapp über 1 V. Das Mainboard wandelt die 12 V mit eigenen Spannungswandlern darauf herunter. Bei neueren Systemen gibt es Varianten, in denen das Netzteil nur noch 12 V liefert und das Mainboard alle weiteren Spannungen selbst erzeugt.

Die wichtigsten Stecker

Stecker	Zweck
24-Pin ATX	Hauptstromanschluss am Mainboard
4+4-Pin EPS	Zusätzliche 12-V-Versorgung für den Prozessor
6+2-Pin PCIe	Zusatzstrom für Grafikkarten
SATA-Strom	Versorgung von SSDs, Festplatten und optischen Laufwerken
Molex (4-Pin)	Ältere Geräte und manche Lüfter- oder Beleuchtungssteuerungen

Manche aktuelle Grafikkarten nutzen stattdessen einen 16-poligen Stecker. Wichtig ist dort, dass er vollständig und bis zum Anschlag eingesteckt ist, sonst können die Kontakte durch zu hohen Übergangswiderstand heiß werden.

Das Typenschild lesen

Auf dem Netzteil steht eine Tabelle, die zeigt, wie viel Strom jede Schiene liefern kann. Ein typisches Beispiel für ein 550-W-Netzteil sieht so aus (die Werte sind ein Rechenbeispiel):

Schiene	Strom	Leistung (U × I)
+3,3 V	20 A	66 W
+5 V	20 A	100 W
+3,3 V und +5 V zusammen		höchstens 100 W
+12 V	41 A	492 W
Gesamtleistung		550 W

Die Einzelleistungen ergeben zusammen mehr als 550 W. Das ist kein Fehler: Die Schienen können nicht alle gleichzeitig voll belastet werden, die Gesamtleistung begrenzt den Betrieb. Wichtig ist bei heutigen PCs vor allem die Angabe für +12 V, weil Prozessor und Grafikkarte darüber versorgt werden. Hier wird die Rechnung aus dem Beitrag Elektrische Leistung direkt angewendet: 12 V × 41 A = 492 W.

Wie viel Leistung brauchst du?

Ein Netzteil sollte die Spitzenlast des Rechners mit Reserve abdecken. Eine einfache Abschätzung geht so:

Prozessor        125 W
Grafikkarte      220 W
Mainboard, RAM, SSD, Lüfter, USB   75 W
------------------------------------------
Summe            420 W

mit 30 % Reserve: 420 W × 1,3 = 546 W
→ passend: Netzteil mit 550 W

Die Werte stehen in den Datenblättern der Hersteller als Leistungsaufnahme der Komponenten. Außerdem geben Grafikkartenhersteller eine empfohlene Netzteilleistung an, die du als Untergrenze nehmen solltest. Ein deutlich überdimensioniertes Netzteil ist trotzdem keine gute Idee, denn es arbeitet dann oft bei niedriger Auslastung, wo der Wirkungsgrad schlechter ist.

Damit lässt sich auch die Eingangsfrage beantworten: Empfiehlt der Hersteller der neuen Grafikkarte 650 W, reichen die vorhandenen 500 W in der Regel nicht, auch wenn der Rechner vorher damit lief. Die stärkere Grafikkarte verschiebt die Rechnung nach oben.

Wirkungsgrad und die 80-PLUS-Zertifizierung

Wie bei jedem Wandler geht auch im Netzteil Leistung als Wärme verloren. Der Wirkungsgrad beschreibt, wie viel der aufgenommenen Leistung am Ausgang ankommt. Er hängt von der Last ab und ist oft bei mittlerer Last am höchsten.

Die Zertifizierung 80 PLUS legt Mindestwirkungsgrade fest. Die Stufen heißen Bronze, Silber, Gold, Platin und Titanium. Ein Netzteil mit Gold-Zertifizierung erreicht bei mittlerer Last etwa 90 Prozent. Die genauen Prüfwerte unterscheiden sich je nach Netzspannung des Prüfstands, im Datenblatt findest du sie.

Wie groß der Unterschied in der Praxis ausfällt, zeigt eine kurze Rechnung. Der Rechner zieht 300 W Last. Das Netzteil A hat 85 Prozent Wirkungsgrad, Netzteil B 90 Prozent:

Netzteil A: 300 W ÷ 0,85 ≈ 352,9 W aus der Steckdose
Netzteil B: 300 W ÷ 0,90 ≈ 333,3 W aus der Steckdose
Unterschied: ≈ 19,6 W

bei 2.000 Betriebsstunden pro Jahr:
19,6 W × 2.000 h ≈ 39,2 kWh
39,2 kWh × 0,30 €/kWh ≈ 11,77 €

Bei einem Büro-PC ist der Unterschied überschaubar. Bei Servern, die rund um die Uhr laufen, und bei vielen Geräten summiert er sich, auch weil jede Verlustwärme zusätzlich gekühlt werden muss. Wie sich so eine Rechnung aufbaut, steht im Beitrag Elektrische Energie einfach erklärt.

Schutzschaltungen

Ein gutes Netzteil schaltet sich bei Fehlern ab, bevor etwas beschädigt wird. Die Hersteller kürzen diese Funktionen meist ab:

Kürzel	Bedeutung	Schutz vor
OVP	Over Voltage Protection	Zu hoher Ausgangsspannung
UVP	Under Voltage Protection	Zu niedriger Ausgangsspannung
OCP	Over Current Protection	Zu hohem Strom auf einer Schiene
OPP	Over Power Protection	Zu hoher Gesamtleistung
SCP	Short Circuit Protection	Kurzschluss
OTP	Over Temperature Protection	Überhitzung

Das erklärt ein häufiges Fehlerbild: Ein überlastetes Netzteil schaltet sich unter Last einfach ab, der Rechner geht ohne Vorwarnung aus. Das ist die Schutzschaltung bei der Arbeit.

Netzteil im Fehlerfall: So gehst du vor

Ein Netzteil kann die Ursache sein, wenn der Rechner gar nicht startet, sich unter Last abschaltet oder zufällig neu startet. Gehe systematisch vor:

1. Prüfe Netzkabel, Steckdose und den Schalter hinten am Netzteil.
2. Kontrolliere, ob der 24-Pin-Stecker und der CPU-Stecker fest sitzen.
3. Teste, ob das Problem nur unter Last auftritt, etwa beim Spielen oder Rendern. Das spricht für ein überlastetes oder gealtertes Netzteil.
4. Miss die Spannungen mit einem Multimeter oder tausche testweise ein bekanntes funktionierendes Netzteil ein.

Die Spannungen dürfen nach der ATX-Spezifikation um etwa 5 Prozent abweichen:

Nennspannung	Zulässiger Bereich
+12 V	11,4 V bis 12,6 V
+5 V	4,75 V bis 5,25 V
+3,3 V	3,135 V bis 3,465 V

Gemessen wird bei laufendem Rechner an einem Stecker, ohne Gehäuse oder Netzteil zu öffnen. Solche Messungen sind nur sinnvoll, wenn du sicher damit umgehst. Wenn du unsicher bist, nimm einen Netzteiltester oder tausche das Netzteil.

Sicherheit: Nicht öffnen

Im Inneren eines Netzteils liegen gefährliche Spannungen. Die Kondensatoren können Ladung speichern, auch wenn der Netzstecker gezogen ist. Öffne ein Netzteil deshalb nicht, auch nicht zum Reinigen. Beim Einbau oder Austausch ziehst du vorher den Netzstecker und drückst einmal den Einschaltknopf des Rechners, um Restladung abzubauen.

Typische Fehler

• Nur auf die Wattzahl schauen. Die Verteilung auf die Schienen, besonders +12 V, sowie die Qualität der Schutzschaltungen zählen ebenso.
• Kabel von anderen modularen Netzteilen verwenden. Die Belegung der Steckerseite zum Netzteil ist nicht bei allen Herstellern gleich. Falsche Kabel können Bauteile zerstören. Nutze nur die Kabel, die zu deinem Netzteil gehören.
• Stecker nicht ganz eingesteckt. Besonders bei Grafikkartensteckern sorgt das für Wärmeprobleme.
• Netzteile über viele Jahre betreiben. Kondensatoren altern, die Leistung lässt nach. Nach vielen Jahren im Dauerbetrieb lohnt der Austausch.
• Mit Reserve gleich zu groß kaufen. Ein stark überdimensioniertes Netzteil kostet mehr und läuft oft in einem ungünstigen Lastbereich.

Zum Üben

1. Ein Rechner nimmt am Ausgang des Netzteils 360 W ab. Das Netzteil hat 90 Prozent Wirkungsgrad. Wie viel zieht es aus der Steckdose?
2. Auf dem Typenschild steht für +12 V ein Strom von 40 A. Welche Leistung ist das?
3. Zwischen welchen Werten darf die +5-V-Schiene liegen?
4. Ein 600-W-Netzteil versorgt eine Last von 450 W. Wie hoch ist die Auslastung in Prozent?
5. Ein Netzteil mit 88 Prozent Wirkungsgrad gibt 264 W ab. Wie hoch sind Aufnahme und Verlustleistung?
6. Welche Aufgabe hat der Glättungskondensator im Schaltnetzteil?

Lösungen: (1) 360 W ÷ 0,9 = 400 W. (2) P = 12 V × 40 A = 480 W. (3) Zwischen 4,75 V und 5,25 V. (4) 450 ÷ 600 = 0,75, also 75 Prozent. (5) Aufnahme 264 W ÷ 0,88 = 300 W, Verlust 300 W − 264 W = 36 W. (6) Er glättet die pulsierende Gleichspannung nach dem Gleichrichter zu einer möglichst konstanten Gleichspannung.

Das solltest du dir merken

• Ein Netzteil wandelt 230 V Wechselspannung in niedrige Gleichspannungen um und trennt dabei galvanisch.
• PC-Netzteile sind Schaltnetzteile: Gleichrichten, Glätten, mit hoher Frequenz zerhacken, transformieren, erneut gleichrichten und regeln.
• Die wichtigsten Schienen sind +12 V, +5 V, +3,3 V und +5 V Standby. Für moderne PCs zählt vor allem die 12-V-Schiene.
• Die Leistung einer Schiene ergibt sich aus U × I. Die Gesamtleistung ist niedriger als die Summe aller Schienen.
• Der Wirkungsgrad bestimmt, wie viel Leistung als Wärme verloren geht. 80 PLUS legt Mindestwerte fest.
• Die ATX-Toleranz liegt bei etwa ±5 Prozent. Schutzschaltungen schalten das Netzteil bei Fehlern ab.
• Ein Netzteil öffnest du nicht.

Damit sind die elektrischen Grundlagen abgeschlossen. Im nächsten Block geht es um die Digitaltechnik. Dort schauen wir uns an, wie aus den Spannungen, die ein Netzteil bereitstellt, die Nullen und Einsen werden, mit denen der Rechner arbeitet: Digitaltechnik verstehen.