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Ein Abwärtswandler ist ein Gerät, das zur Reduzierung der Versorgungsspannung verwendet wird. Mit ihm können verschiedene Arten von Stromverbrauchern stabil und sicher versorgt werden.
Abwärtswandler - was ist das?
Abwärtswandler gehören zu einer Gruppe von Geräten, die die Eingangsspannung (sog. Versorgungsspannung) auf einen bestimmten Wert reduzieren. In der Praxis bedeutet dies, dass Stromverbraucher, die eine niedrigere Spannung als die Eingangsspannung, z.B. aus dem 230 V AC-Netz, benötigen, sicher versorgt werden können.
Mit anderen Worten: Spannungswandler sind leistungselektronische Wandler, die dazu dienen, die Eingangsspannung zu reduzieren und die Ausgangsspannung an den elektrischen Bedarf des oder der zu versorgenden Stromverbraucher anzupassen.
Wie funktioniert der Abwärtswandler?
Die Verlustleistung eines Wechselrichters ist ein unerwünschtes Phänomen, weshalb die Hersteller alles daran setzen, sie so gering wie möglich zu halten. Der gepulste Abwärtswandler ist der am häufigsten verwendete Gerätetyp, gerade wegen seiner relativ geringen Leistungsverluste. Pulswechselrichter arbeiten nach dem Prinzip des Ein- und Ausschaltens. Der Wechsel erfolgt so schnell, dass er den Betrieb der angeschlossenen Verbraucher nicht beeinträchtigt.
Die Schlüsselkomponenten von Abwärtswandlern sind die elektronischen Bauteile, die für die Glättung der gesamten Spannungswellenform verantwortlich sind. Die Hersteller verwenden in der Regel verschiedene Arten von Kondensatoren (einschließlich Modelle mit hoher Kapazität) und Drosseln (Induktoren). Die Funktion von Kondensatoren besteht darin, die Spannung zu filtern. Die Spulen dienen ihrerseits als Energiespeicher. Sie speichern sie, wenn das Gerät an das Stromnetz angeschlossen ist, geben sie aber wieder ab, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.
Zusätzliche Informationen über den Abwärtswandler
Die Wechselrichter, die die Eingangsspannung reduzieren, werden von Controllern (integrierten Schaltkreisen) gesteuert. Die Funktion des Schalters wiederum wird in den meisten Fällen von einem MOSFET-Transistor übernommen. Dieses elektronische Bauteil ermöglicht die sichere und effiziente Leitung eines großen Stroms bei gleichzeitig minimalem Energieverlust. Im Alltag bedeutet dies, dass der Abwärts-Pulsumrichter während des Betriebs deutlich weniger Wärme erzeugt (im Vergleich zu vergleichbaren linearen Reglern, die unter den gleichen Bedingungen arbeiten).
Ein weiteres elektronisches Bauteil, das für den ordnungsgemäßen Betrieb von Abwärtswandlern erforderlich ist, ist die Siliziumdiode. Sie hat die Aufgabe, den Stromfluss im Stromkreis in die richtige Richtung zu lenken.
Was ist sonst noch wissenswert über spannungsreduzierende Wechselrichter?
Bei gepulsten Abwärtswandlern wird die Spule zyklisch an die Stromquelle angeschlossen. Die Spulenspannung wird von der Eingangsspannung subtrahiert und das Gerät reduziert so den Spannungspegel auf einen bestimmten Wert (z.B. 12 V).
Es ist jedoch zu beachten, dass die Spule im Abwärtswandler geladen werden muss. Während dieses Vorgangs ist es nicht möglich, die am Ausgang des Geräts angeschlossenen Verbraucher mit Strom zu versorgen. Die Vermeidung von Spannungsschwankungen und damit ein stabiler Betrieb des Wechselrichters ist durch den Einsatz von Kondensatorspeichern mit ausreichender Kapazität möglich.
Einsatz von Abwärtswandlern
Moderne spannungsreduzierende Wechselrichter zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad von mehr als 90 % und sogar 95 % aus. Im Alltag bedeutet dies, dass praktisch die gesamte Energie, die dem Wechselrichter am Eingang zugeführt wird, am Ausgang zur Verfügung steht.
Es gibt keinen allgemeingültigen Abwärtsspannungswandler, der eine stabile und effiziente Stromversorgung für alle Stromverbraucher ermöglicht. Bei der Auswahl einer spezifischen Abwärtsschaltung für die Quellenspannung sollten die elektrischen Parameter der zu versorgenden Geräte berücksichtigt werden. Für tragbare Geräte, die nur eine geringe Menge an Strom benötigen, sind Miniaturschaltungen auf Leiterplatten eine gute Wahl. Der Anschluss dieses Wechselrichtertyps an den zu versorgenden Stromkreis erfolgt in der Regel über einen Goldpin-Anschluss.
Größere Abwärtswechselrichter, die sich durch eine Leistung von einigen zehn Watt auszeichnen, ermöglichen die stabile Versorgung von Stromkreisen mit einem Stromverbrauch von einigen Ampere. Unter anderem werden Distanzstecker verwendet, um die Stromquelle und die Stromverbraucher zu verbinden. Der Wechselrichter wiederum wird mit 2 oder 4 Schrauben und Distanzsteckern befestigt. Ausgewählte Modelle der Spannungsreduziersysteme sind mit einem Display ausgestattet. Dieser ermöglicht nicht nur eine einfache und schnelle Einstellung der Ausgangsspannung (bei Wechselrichtern mit der Möglichkeit, diesen Parameter zu regeln), sondern auch die Überwachung der am Ausgang gelieferten Spannung.
Typen von Abwärtswandlern
Wechselrichter, die zur Herabsetzung der Quellenspannung verwendet werden, können unter anderem nach Bauart und elektrischen Parametern unterteilt werden. Die wichtigsten davon sind die Eingangsspannung (bzw. ihr Bereich) und die Ausgangsspannung (bzw. ihr Bereich). Miniaturwechselrichter können zum Beispiel mit einer Spannung im Bereich von 4,75 V bis 23 V versorgt werden und wandeln diese in eine Spannung im Bereich von 1,0 V bis 17 V um. Im obigen Fall haben wir es mit einem Gerät zu tun, das sicher an eine Stromquelle angeschlossen werden kann, die durch eine Spannung innerhalb eines bestimmten Bereichs gekennzeichnet ist. Die Ausgangsspannung ist ebenfalls einstellbar.
Einige Abwärtswandler können nur an eine Stromquelle mit einem Spannungsbereich von z. B. 14 V bis 42 V angeschlossen werden. Die Ausgangsspannung hingegen ist nicht einstellbar und kann z. B. 12 V betragen.
Ein weiterer wichtiger Parameter ist der maximale Dauerstrom, der den höchsten Strom (am Ausgang) bestimmt, den ein bestimmtes Spannungswandlermodell liefert. Bei kleinen Anlagen liegt dieser Parameter meist bei einigen hundert Milliampere. Größere Anlagen zeichnen sich dagegen durch eine Stromstärke von einigen Ampere aus. Große Kfz-Abwärtswandler zeichnen sich durch einen kontinuierlichen Ausgangsstrom von mehreren Ampere aus.
Weitere technische Parameter für Abwärtswandler mit Quellenspannung sind Schaltfrequenz, Spannungsgenauigkeit und Betriebstemperaturbereich. Darüber hinaus können die Abwärtswechselrichter mit zusätzlichen Funktionen wie Sanftanlauf und Schutz vor z. B. zu hoher Temperatur und Überlastung ausgestattet werden.
