DC/DC Wandler

DC/DC Wandler (auch als Gleichstromsteller bekannt) sind Spannungsumsetzer, die sowohl galvanisch isolierend als auch nicht isolierend eine Gleichspannung am Eingang auf eine andere Gleichspannung an den Ausgang übersetzen. Häufig werden DC/DC Wandler in Notstromversorgungen benötigt, um elektrische Geräte aus Batterien oder anderen Gleichstromnetzen mit Energie zu versorgen. Mithilfe der DC/DC Wandler ist es möglich, einen analogen Koppelbaustein beidseitig zu versorgen, ohne die galvanische Trennung des Bausteins aufzuheben. Anwendungsbereiche der DC/DC Wandler sind sehr vielfältig: Geregelte Netzgeräte (Schaltnetzteile), Photovoltaik-Anlagen, Kfz-Bereich, Gleichstrom-Traktionsantriebe (U- und Straßenbahnen), Haushaltsantriebe (Fön, Bohrmaschinen).

DC/DC Wandler – Funktion

Grundsätzlich besteht der elektronische DC/DC Wandler aus einem elektronischen Schalter (meist ein IGBT oder Power MOSFET) einer Spule und einer Diode. DC/DC Wandler lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Hochsetzsteller und Tiefsetzsteller. Die Kombination der beiden Grundschaltungen Tiefsetzsteller (Buck-Wandler: ermöglicht das Herabsetzen einer Gleichspannung, der Mittelwert der Lastspannung ist kleiner als die Quellenspannung und Hochsetzsteller ermöglicht sowohl die Speisung eines Verbrauchers als auch die Energie-Rückspeisung in die Quelle (4-Quadrant-Betrieb).Werden verschiedene DC/DC Schaltungen entsprechend kombiniert, so können sowohl Strom als auch Spannung positiv und negativ eingestellt werden, es ist also 4-Quadrant-Betrieb möglich. Dies ist wichtig bei Gleichstrommaschinenantrieben mit Drehrichtungs- und Drehmomentwechsel.

DC/DC Wandler – Bauart

Es werden drei grundsätzliche Topologien unterschieden:

  • Abwärtswandler (Tiefsetzsteller oder Buck-Converter)
  • Aufwärtswandler (Hochsetzsteller oder Boost-Converter)
  • invertierender Wandler (Tief-Hochsetzsteller, Buck-Boost Converter).

Tiefsetzsteller (Buck- Converter)

DC/DC Tiefsetzsteller (Buck-Converter) Eigenschaften:

Konstante Eingangsspannung, variables Tastverhältnis, konstante Eingangsspannung, variables Spannungsübersetzungsverhältnis, konstant geregelte Ausgangsspannung, variables Spannungsübersetzungsverhältnis sowie Hochlauf mit konstantem Tastverhältnis.

Der Tiefsetzsteller setzt die Eingangsspannung in eine niedrigere Ausgangsgleichspannung hinunter. Darum auch der Name Buck („Eimer“) Converter. Beim Tiefsetzsteller ist die Ausgangsspannung immer kleiner als die Eingangsspannung.

Hochsetzsteller (Boost Converter)

DC/DC Hochsetzsteller (Boost-Converter) Eigenschaften:

Konstant geregelte Ausgangsspannung, variables Spannungsübersetzungsverhältnis

Hochlauf mit konstantem Tastverhältnis.

Der Hochsetzsteller setzt die Eingangsgleichspannung in eine höhere Ausgangsgleichspannung. Beim Hochsetzsteller ist die Ausgangsspannung immer größer als die Eingangsspannung.

Sperrsteller, invertierender Wandler, Buck Boost Converter

DC/DC Tief-Hochsetzsteller (Buck-Boost-Converter) Eigenschaften:

Konstant geregelte Ausgangsspannung, variables Spannungsübersetzungsverhältnis

Hochlauf mit konstantem Tastverhältnis.

Beim DC/DC Tief-Hochsetzsteller (Buck-Boost-Converter) hat die Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannung ein negatives Vorzeichen. Der Betrag der Ausgangsspannung kann größer oder kleiner sein als die Eingangsspannung.

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