GetakteterAbwaertswandler

Elektronik 1: Anwendungsbeispiel für Leistungstransistoren
 ZHW / Dep. T / hrt
Getakteter Abwärtswandler ohne Regler
Eingang: 5..15Vdc, Ausgang: max. 500mA
Randbedingungen: max. 300mV Ripple, Taktfrequenz ca. 5kHz
Berechnen: L und C, damit obige Bedingungen eingehalten werden.
Auswerten: Ausgangsspannung als Funktion der Eingangsspannung, des Tastverhältnisses (Einschaltdauer des
Leistungstransistors) und der Last (verschiedene Lastwiderstände, resp. Ausgangsströme) und daraus die linearen
Ersatzschaltungen ermitteln bei einem Tastverhältnis von 1:1 für verschiedene Eingangsspannungen
Frage: Was alles müsste verändert werden, damit die Taktfrequenz über die Hörgrenze zu liegen kommt?
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05.06.2007
Elektronik 1: Anwendungsbeispiel für Leistungstransistoren
 ZHW / Dep. T / hrt
Getakteter Abwärtswandler mit PI-Regler für konstante Ausgangsspannung
Eingang: 5..15Vdc, Ausgang: 3Vdc/500mA
Randbedingungen: Der PI-Regler verstellt das Tastverhältnis so, dass die Ausgangsspannung unabhängig von der
Last und der Eingangsspannung konstant 3V beträgt
Auswerten: Ausgangsspannung und Wirkungsgrad als Funktion der Last und der Eingangsspannung und daraus die
lineare Ersatzschaltung ermitteln bei 9V Eingangsspannung
Frage: Wie könnte der Wirkungsgrad der Schaltung verbessert werden?
Kontext
In elektronischen Geräten muss oft aus einer vorhandenen Gleich- oder Wechsel-Spannung eine andere Spannung
erzeugt werden.
Bei Wechselspannung werden dazu oft Transformatoren eingesetzt. Bei Gleichspannung ist diese einfache Lösung
nicht möglich. Hier muss auf dem vorhandenen Spannungsniveau zuerst Energie gespeichert werden, um sie auf
dem gewünschten Niveau wieder auszukoppeln. Als Energie-Zwischenspeicher eignen sich Kapazitäten
(Ladungsspeicher) und Induktivitäten (speichern magnetische Energie).
Diese Schaltungen zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad von rund 90% aus.
Weil getaktete Wandler in der Herstellung billiger sind als Transformatoren und kleiner in den Abmessungen
werden sie zunehmend auch bei Wechselstrom eingesetzt und verdrängen die Transformatoren.
Einige Beispiele für Ladungspumpen (Speicher = Kapazität):
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Symmetrische oder negative Versorgungsspannungen erzeugen z.B. für OpAmp bei Batteriebetrieb
Höhere Programmierspannung für EEPROM aus 5V direkt auf dem Chip erzeugen
Hochspannung im Bereich Megavolt generieren mit der so genannten Villard-Schaltung
Mit magnetischer Zwischenspeicherung (Speicher = Speicherdrossel oder Transformator) kann mit geeigneten
Schaltungen praktisch jedes Spannungsverhältnis stufenlos gewählt werden und es sind sowohl Abwärt- als auch
Aufwärtswandler möglich:
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1.2Vdc für den Prozessor in einem Notebook erzeugen aus 10.8Vdc vom Akku
PC-Netzteil mit 90..260Vac-Eingangsspannungsbereich (USA und Rest der Welt) erzeugt konstant 3Vdc
300Vdc erzeugen für Blitzlicht im Fotoapparat aus 3Vdc (zwei 1.5V-Batterien)
Spannungsanpassung (Maximum-Power-Tracker) bei einer Solaranlage (Arbeitspunkt optimieren für
maximalen Wirkungsgrad)
Wechselrichter in unterbruchsfreien Stromversorgungen (UPS = Uninterupptible Power Supply),
Notstromversorgungen und Solaranlagen erzeugen aus einer Gleichspannung eine (netzsynchrone)
Wechselspannung von 50Hz
Frequenzumformer zur Drehzahlregelung von Motoren erzeugen aus 230Vac oder 3*400Vac mit 50Hz
dreiphasige Wechselspannungen mit variabler Frequenz 0..60Hz inkl. Drehfeldumkehr
Audioverstärker mit hohem Wirkungsgrad arbeiten mit Pulsbreitenmodulation (PWM = Pulse Width
Modulation) statt mit linear betriebenen Transistor-Endstufen
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