Step-Up-Converter

Step-Up-Converter

Der Aufwärtswandler (auch Hochsetzsteller, Boost-Converter, Step-Up-Converter oder Aufwärtsregler) ist eine elektronische Schaltung zur Gleichspannungswandlung. Der Betrag der Ausgangsspannung Vo ist stets größer als der Betrag der Eingangsspannung Vi. Einsatzgebiete sind beispielsweise Gleichstromsteller.

Aufwärtswandler

Inhaltsverzeichnis

Aufbau und Funktion

Eine Induktivität (Spule) L ist in Reihe mit einer Freilaufdiode D geschaltet, hinter der ein Ladekondensator C die Ausgangsspannung aufsummiert. Die Spule wird durch einen Schalter S (in der Regel ein Halbleiterschalter: GTO-Thyristor oder Transistor) gegen Masse geschaltet. An der Spule fällt nun die Eingangsspannung Uein ab \left( U_{\rm L} = L \, \frac{d\,I_{\rm L}}{dt}\right), der Strom durch die Spule und damit die im Magnetfeld gespeicherte Energie steigen an. Wird der Schalter geöffnet, versucht die Spule den Stromfluss aufrechtzuerhalten. Die Spannung an ihrem sekundären Ende steigt sehr schnell an, bis sie die am Kondensator anliegende Spannung Uaus übersteigt und die Diode öffnet. Der Strom fließt im ersten Moment unverändert weiter und lädt den Kondensator weiter auf. Das Magnetfeld bricht dabei zusammen und gibt seine Energie ab, indem es den Strom über die Diode in den Ladekondensator und zur Last treibt.

Eigenschaften

Die Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers ist stets größer als die Eingangsspannung (im Gegensatz zum Abwärtswandler). Die Schaltung ist in sich weder Kurzschluss- noch Leerlauffest. Im Prinzip ist die Ausgangsspannung unabhängig vom Laststrom (solange dieser einen bestimmten Minimalwert überschreitet). Dennoch wird häufig die Pulsbreite durch eine Regelschaltung moduliert, insbesondere, wenn die Ausgangsspannung variabel oder der Strom geregelt sein soll (beispielsweise bei Ladegeräten). Aufwärtswandler kann man gut verwenden, um eine höhere Ausgangsspannung zu erzeugen oder um eine stark schwankende Eingangsspannung auszuregeln.

Anwendungsbeispiele

Die Grundschaltung eines Aufwärtswandlers wird in Gleichspannungswandlern eingesetzt, deren Eingangsspannung niedriger als die Ausgangsspannung ist, z. B.:

  • batteriebetriebene Geräte, die an einer oder wenigen Zellen arbeiten
  • Erzeugung von 24 V aus einer 12 V-Autobatterie
  • Erzeugung von 400 V aus 12 V bei einer Kondensatorzündung
  • Betrieb mehrerer Leuchtdioden an einer einzelnen Batteriezelle
  • Gleichspannungs-Seite von Wechselrichtern bei Photovoltaik-Anlagen

Das gleiche Prinzip, jedoch mit einem Transformator anstelle der Spule, wird in Schaltnetzteilen kleiner Leistung angewandt (sog. Sperrwandler). (Genau genommen handelt es sich in diesem Fall nicht um einen Transformator, sondern um eine Drossel mit zwei Wicklungen. Beim Transformator wird die aufgenommene Eingangsleistung zeitgleich am Ausgang abgegeben. Beim Sperrwandler erfolgt die Leistungsaufnahme und -abgabe der Drossel durch die Wicklungen in unterschiedlichen Takten.)

Die Schaltung wird auch in PFC- (engl. Power Factor Correction für Leistungsfaktorkorrektur) Eingangsstufen verwendet, die geräteintern eine Zwischenkreisspannung von ca. 400 V Gleichspannung bereitstellen. Die Stromaufnahme dieser PFC-Stufen wird dem Sinusverlauf der Eingangsspannung nachgesteuert, so dass Verunreinigungen des Netzes durch Oberschwingungen vermieden werden. An dieser Zwischenkreisspannung arbeiten dann Schaltnetzteile, Frequenzumrichter oder elektronische Vorschaltgeräte, die ansonsten starke Oberschwingungen erzeugen würden.

Verallgemeinerung

Wird in obigen Schaltschema die Diode D durch einen weiteren Schalter S2 ersetzt, samt der für die zeitlich korrekte Ansteuerung notwendige Steuerlogik, wird daraus der Synchronwandler. Der Name leitet sich von der notwendigen, zeitlich korrekten Ansteuerung der Schalter ab, welche ähnlich wie bei synchronen Gleichrichtern erfolgt. Der Synchronwandler kann dann durch Vertauschen von Eingang und Ausgang direkt in einen Abwärtswandler umgewandelt werden und stellt in der Topologie die Verallgemeinerung des Ab- und Aufwärtswandlers dar.

Weblinks

Siehe auch


Wikimedia Foundation.

Игры ⚽ Поможем написать курсовую

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Step-Down-Converter — Der Abwärtswandler (auch Tiefsetzsteller, Step Down Converter, Buck Converter oder Abwärtsregler) ist eine elektronische Schaltung zur Gleichspannungswandlung. Einsatzgebiete sind beispielsweise Gleichstromsteller. Der Betrag der Ausgangsspannung …   Deutsch Wikipedia

  • Step-Down-Wandler — Der Abwärtswandler (auch Tiefsetzsteller, Step Down Converter, Buck Converter oder Abwärtsregler) ist eine elektronische Schaltung zur Gleichspannungswandlung. Einsatzgebiete sind beispielsweise Gleichstromsteller. Der Betrag der Ausgangsspannung …   Deutsch Wikipedia

  • Buck-boost converter — Two different topologies are called buck boost converter. * The inverting topology The output voltage is of the opposite polarity as the input * A Buck (step down) converter followed by a Boost (step up) converter The output voltage is of the… …   Wikipedia

  • Boost converter — A boost converter (step up converter) is a power converter with an output DC voltage greater than its input DC voltage. It is a class of switching mode power supply (SMPS) containing at least two semiconductor switches (a diode and a transistor)… …   Wikipedia

  • Buck converter — A buck converter is a step down DC to DC converter. Its design is similar to the step up boost converter, and like the boost converter it is a switched mode power supply that uses two switches (a transistor and a diode) and an inductor and a… …   Wikipedia

  • Boost-Converter — Der Aufwärtswandler (auch Hochsetzsteller, Boost Converter, Step Up Converter oder Aufwärtsregler) ist eine elektronische Schaltung zur Gleichspannungswandlung. Der Betrag der Ausgangsspannung Vo ist stets größer als der Betrag der… …   Deutsch Wikipedia

  • Buck-Converter — Der Abwärtswandler (auch Tiefsetzsteller, Step Down Converter, Buck Converter oder Abwärtsregler) ist eine elektronische Schaltung zur Gleichspannungswandlung. Einsatzgebiete sind beispielsweise Gleichstromsteller. Der Betrag der Ausgangsspannung …   Deutsch Wikipedia

  • Buck Converter — Der Abwärtswandler (auch Tiefsetzsteller, Step Down Converter, Buck Converter oder Abwärtsregler) ist eine elektronische Schaltung zur Gleichspannungswandlung. Einsatzgebiete sind beispielsweise Gleichstromsteller. Der Betrag der Ausgangsspannung …   Deutsch Wikipedia

  • Analog-to-digital converter — An analog to digital converter (abbreviated ADC, A/D or A to D) is an electronic integrated circuit, which converts continuous signals to discrete digital numbers. The reverse operation is performed by a digital to analog converter… …   Wikipedia

  • DC-to-DC converter — An assortment of 78xx series ICs, linear DC DC converters A DC to DC converter is an electronic circuit which converts a source of direct current (DC) from one voltage level to another. It is a class of power converter. Contents …   Wikipedia

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”