Restwelligkeit

Restwelligkeit bezeichnet die verbleibende periodische Schwankung einer Gleichspannungsgröße nach Glättung und Regulierung. In der Praxis wird damit häufig die Restwelligkeit der Ausgangsspannung eines Netzteils oder einer Versorgungsschaltung gemeint. Sie kann in Spannung, Strom oder anderen Gleichsignalen auftreten und hängt von der Filterung, der Regelschleife und dem Lastverlauf ab.

Die Restwelligkeit lässt sich durch verschiedene Größen charakterisieren: die Spitzen-zu-Spitzen-Amplitude (Peak-to-Peak), den RMS-Wert der Welligkeitskomponente und den sogenannten Ripple-Faktor, der das Verhältnis der Wechselanteile zur DC-Komponente angibt. Die Frequenzkomponenten reichen von niederfrequenten Anteilen (typisch 50 Hz oder 60 Hz bzw. deren Harmonischen nach Netzteil-Umformung) bis zu hochfrequenten Bauteil- oder Schaltnetzteilen.

Ursachen der Restwelligkeit sind ungenügende Glättung nach Gleichrichtung, Funktionsverluste in der Regulierung, Laständerungen, Kopplungen durch Leckströme, ESR der Ausgangskondensatoren, sowie Stör- und EMI-Einflüsse. Besonders bei Schaltnetzteilen entsteht Restwelligkeit oft durch die Schaltfrequenz sowie durch unvollkommene Filterung zwischen Leistungsseiten und Ausgangskondensatoren.

Messung erfolgt typischerweise mit Oszilloskop, Ripple-Messgeräten oder spezifizierten Multimetern, wobei Bandbreite, Messanordnung (AC-Kopplung, DC-Komponente entfernen) und Lastbedingungen klar definiert sein müssen. Oft werden Spitzen-zu-Spitzenwerte oder RMS-Werte angegeben, bezogen auf eine bestimmte Bandbreite.

Wichtige Bedeutung hat die Restwelligkeit in analogen und präzisen Mess- und Regelkreisen, wo sie Störeinstreuungen, Fehlerquellen in ADC/DAC-Systemen oder Geräuschprobleme verursachen kann. Techniken zur Reduktion umfassen den Einsatz größerer oder niederohmigerer Glättungskondensatoren, niedrig-ESR-Typen, zusätzliche RC- oder LC-Filterstufen, verbesserte Regelschleifenführung sowie Layout- und Abschirmungsmaßnahmen. In komplexen Systemen kommt oft auch eine Postreglung zum Einsatz, um die Restwelligkeit weiter zu senken.