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Ein Aufwärtswandler ist ein Gerät, das die Quellenspannung (Versorgungsspannung) auf einen bestimmten Wert erhöht.
Was ist ein Aufwärtswandler?
Ein Aufwärtswandler (engl. step-up converter) gehört zu einer Gruppe von Geräten, die als leistungselektronische Wandler bezeichnet werden. Ihre Aufgabe ist es, die Quellgleichspannung (Eingangsspannung) effizient und sicher in eine entsprechend höhere Ausgangsspannung umzuwandeln.
Im Alltag ermöglichen Aufwärtswechselrichter die effiziente Versorgung von Stromverbrauchern, die eine höhere Spannung als die Quellenspannung benötigen. Der gesamte Aufbau von Netzteilen, die sich durch einen gepulsten Betrieb auszeichnen, basiert auf Wechselrichtern, die die Eingangsspannung erhöhen.
Aufwärtswandler - grundlegende Informationen
Das Funktionsprinzip von Pulswechselrichtern ist das Ein- und Ausschalten. Diese Prozesse laufen so schnell ab, dass sie die angeschlossenen Stromverbraucher nicht beeinträchtigen. Was ist der größte Vorteil von Pulswechselrichtern? Vor allem minimale Verlustleistung und geringe Wärmeentwicklung im Vergleich zu linearen Stabilisatoren, die bei gleicher Belastung und unter gleichen Bedingungen arbeiten.
Aufwärtswandler zur Erhöhung der Versorgungsspannung bestehen u. a. aus Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität, die als Filter zur Glättung der Ausgangsspannung dienen. Die Spule (Drossel) hingegen dient als Speicher. Die Spule speichert Energie, wenn der Wechselrichter an das Stromnetz angeschlossen ist. Dieses elektronische Bauteil muss aufgeladen werden. Leider macht es die Ladespule unmöglich, die an den Wechselrichter angeschlossenen Verbraucher mit Strom zu versorgen. Um Schwankungen in der Ausgangsspannung und damit einen instabilen Betrieb der angeschlossenen Stromkreise zu verhindern, verwenden die Hersteller von Wechselrichtern die bereits erwähnten Kondensatoren. Die in der Spule gespeicherte Energie wird wiederum freigesetzt, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird.
Der Betrieb des Spannungswandlers wird von einem Steuergerät (normalerweise ein integrierter Schaltkreis) gesteuert. Der MOSFET-Transistor wiederum ist für das Keying verantwortlich, ein elektronisches Bauteil, das es ermöglicht, auch sehr hohe Ströme mit praktisch nicht wahrnehmbaren Energieverlusten zu leiten. Das nächste passive elektronische Bauteil ist die Siliziumdiode, die die Aufgabe hat, den Stromfluss im Schaltkreis in die richtige Richtung zu lenken.
Was ist sonst noch wissenswert über Aufwärtsspannungswandler?
Gepulste Spannungswandler, genauer gesagt ihre Spulen, werden zyklisch an die Stromversorgung angeschlossen. Die Spulenspannung wird zur Quellenspannung (Eingangsspannung) addiert, und so hebt der Wechselrichter die Spannung auf einen bestimmten Wert an (z. B. auf 25 V).
Gepulste Aufwärtsspannungswandler zeichnen sich durch ihren hohen Wirkungsgrad von 70 % bis 90 % aus. In der Praxis bedeutet dies, dass der größte Teil der Eingangsleistung am Ausgang zur Verfügung steht. Ausgewählte Modelle haben einen Wirkungsgrad von 95 %.
Worauf ist bei der Auswahl eines Aufwärtsspannungswandlers zu achten?
Quellenspannungs-Aufwärtswandler unterscheiden sich in Aufbau, Stromausgang, Betriebstemperaturbereich und anderen elektrischen Parametern. Bei so vielen Variablen gibt es keine Einheitsgröße für Spannungserhöhungen, die eine stabile und sichere Stromversorgung für jeden Stromverbraucher gewährleistet.
Bei der Auswahl von Aufwärtsspannungswandlern sollte besonders auf den Quellenspannungsbereich und den Ausgangsspannungsbereich (bei Wandlern mit Spannungsregler) geachtet werden. Ein weiterer technischer Parameter ist der maximale Ausgangsstrom. Bei kleinen Aufwärtswandlern schwankt dieser Parameter im Bereich von einigen hundert Milliampere. Heimwerkerprojekte oder fertige Aufwärtswechselrichter dieser Art sind meist mit Goldpin-Steckern ausgestattet.
Wechselrichter mit einer Stromstärke von einigen Ampere haben dagegen eingebaute Schraubanschlüsse oder Löcher auf der Platine. Ausgewählte Eingangsspannungs-Verstärkerschaltungen sind beispielsweise mit vier Leitungen und sechs Löchern für Lötverbinder im 2,54-mm-Raster ausgestattet.
Aufwärtswandler mit hoher Leistung
Wechselrichter mit einer Ausgangsleistung von 100 W oder mehr werden üblicherweise als Hochleistungswechselrichter bezeichnet. Sie werden u. a. in Autos verwendet, wo sie 12 V Gleichspannung in 230 V Wechselspannung umwandeln. Fahrzeug-Wechselrichter ermöglichen die sichere Stromversorgung von Geräten, die zum Beispiel 230 V Wechselstrom aus dem Zigarettenanzünder benötigen. Eine andere Möglichkeit, den Wechselrichter mit Strom zu versorgen, besteht darin, ihn direkt an die Batterie anzuschließen. In diesem Fall wird die Leistung des Wechselrichters nicht durch die Steckdose im Auto begrenzt (solange sie höher ist als die maximale Stromstärke des Zigarettenanzünders).
Ausgewählte Hochleistungs-Aufwärtswandler können verwendet werden, um die Spannung einer elektrischen Anlage von 24 V DC auf 230 V AC zu erhöhen. Geräte dieser Art sind unter anderem ideal für Lastwagen. Besonders hervorzuheben sind die universellen Aufwärtsspannungswandler, die sowohl aus 12 V DC- als auch aus 24 V DC-Installationen gespeist werden können und am Ausgang eine stabile 230 V AC-Spannung liefern. Geräte dieser Art sind in der Regel mit einem Überspannungs-, Überlastungs- und Übertemperaturschutz ausgestattet. Die aktive Kühlung in Form von einem oder mehreren Lüftern sorgt für eine effiziente Wärmeabfuhr. Darüber hinaus garantiert die volle Sinuskurve (sinusförmiger Spannungsverlauf) einen stabilen und zuverlässigen Betrieb auch bei anspruchsvollen Stromverbrauchern.
Bei der Wahl eines bestimmten Modells eines Hochleistungs-Wechselrichters sollte man zunächst auf den Eingangsspannungsbereich und die Leistung des Geräts achten. Die Hersteller von Wechselrichtern geben oft 3 “Leistungsarten” an. Die erste ist die maximale Leistung, die zweite ist die Momentanleistung und die dritte wird als Dauerleistung bezeichnet. Der letzte Parameter ist der wichtigste, da er den Benutzer darüber informiert, mit welcher maximalen Last der Wechselrichter im Dauerbetrieb arbeiten kann, ohne dass die Gefahr einer Überlastung besteht.
