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1 Grundlagen
1.1 Gleichspannungswandler
1 Grundlagen
1.1 Gleichspannungswandler
Ein Gleichspannungswandler, auch DC/DC-Wandler genannt – die Abkürzung DC steht
für direct current (Gleichstrom) – wandelt eine zugeführte Eingangsgleichspannung in
eine geregelte oder ungeregelte Gleichspannung, deren Spannungsniveau am Ausgang
höher, niedriger, invertiert oder isoliert zur Eingangsspannung sein kann.
Gleichspannungswandler müssen immer dort eingesetzt werden, wo die zur Verfügung
stehende Eingangsspannung nicht zur Versorgung der nachfolgenden Elektronikkom-
ponenten passt.
So kann z.B. mit einer 24 VDC Lkw Batterie kein Radio oder Funkgerät in einem Kfz
betrieben werden, da hierfür eine niedrige Spannung von 12 VDC benötigt wird.
DC/DC-Wandler sind unter anderem weiterhin Bestandteil von Netzteilen (Notebooks,
Router, Drucker etc.) und werden auch auf den elektronischen Baugruppen der
Industrie (I/O Boards, SPS Steuerungen, Anzeigensystemen, Prozessorsteuerungen)
eingesetzt.
Für den Entwickler ist im Vorfeld eines Einsatzes die Spezifikation und die Auswahl
eines DC/DC-Wandlers entscheidend, um einen ordnungsgemäßen Betrieb seines
Produktes zu gewährleisten und sicher zu stellen, dass sein Endprodukt keine Gefahr
für die Anwender darstellt.
Unterschiedliche Kundenanwendungen erfordern unterschiedliche Anforderung an den
DC/DC-Wandler und daher ist eine Vielzahl von verschiedenen Gleichspannungswand-
lern bzw. Schaltreglern mit entsprechenden Schaltungstopologien notwendig.
Die grundlegende Funktionsweise eines Schaltreglers besteht darin, dass in einem
Eingangskondensator Energie gespeichert und von dort taktweise in einen Ausgangs-
kondensator transferiert wird. Der Eingangskondensator ist auf die Eingangsspan-
nung aufgeladen. Eine Induktivität wird als Zwischenspeicher der Energie und zur
Begrenzung des Stromflusses genutzt. Die Taktung wird mithilfe eines elektronisch
arbeitenden Schalters realisiert und dieser wird mit einem Rechtecksignal periodisch
angesteuert. Das Verhältnis von Ein- zu Aus-Phase des Schalters bestimmt auch das
Verhältnis der Eingangs- zu Ausgangsspannung. Die Ausgangsspannung steht am
Ausgangskondensator zur Verfügung und kann somit die Last speisen.
Ebenfalls zutreffend ist eine andere vereinfachte Betrachtungsweise der Funktion eines
Schaltreglers. Aus der Gleichspannung am Eingang des Reglers wird durch Taktung
eine Wechselspannung erzeugt. Anschließend wird diese mit einem Filter (Induktivität
+ Ausgangskapazität) in eine Gleichspannung mit anderer Amplitude zurückgewandelt.
Je nachdem wie die Induktivität in die Schaltung implementiert wurde (Topologie), kann
die Ausgangsspannung höher oder niedriger als die Eingangsspannung sein.
Rechtecksignal