Abwärtswandler - Step Down Converter
Funktionsweise
Die Grundschaltung eines Abwärtswandlers, bzw. Step Down Converter oder Buck Converter, ist einfach zu verstehen.
Nehmen wir uns zuerst den Schalter S alleine vor.
Die Schaltung kann sich in zwei verschiedenen Zuständen befinden.
- Zustand 1: Schalter ist geschlossen
Die Ausgangsspannung UA ist gleich der Eingangsspannung UE.
UA = UE
- Zustand 2: Schalter S ist geöffnet
UA = 0V
Wechselt man zwischen diesen zwei Zuständen, entsteht am Ausgang eine Rechteckspannung.
Eine solche Spannung ist natürlich als Spannungsversorgung absolut unpraktisch. Damit wir eine schöne Gleichspannung erhalten, schalten wir einfach einen Kondensator C parallel zur Last.
Die Ausgangsspannung wird somit geglättet.
| Wenn der Schalter gleichlange geschlossen wie geöffnet ist, ist die Ausgangsspannung halb so gross wie die Eingangsspannung. |
Für was sind die restlichen Bauteile?
Auf dem ersten Bild befinden sich nicht nur Schalter und Kondensator, sondern zusätzlich die Spule L und Diode D.
Schaltet man einen Kondensator direkt an eine Spannungsquelle, fliesst für einen kurzen Augenblick sehr viel Strom. Um dem entgegenzuwirken, wird die Spule L in Reihe geschaltet.
Zusammen mit den Kondensator nennt man das einen LC Tiefpassfilter.
Die Diode macht es der Spule möglich, den Stromfluss nach dem Öffnen des Schalters weiter zu betreiben.
| Ohne die Diode würde die Spule beim Abbauen des Magnetfelds eine sehr hohe Spannung verursachen. |
Wie wird ein Abwärtswandler geregelt?
Ein Regler-IC vergleicht die Ist-Ausgangsspannung über eine Feedback Leitung mit der Soll-Ausgangsspannung und passt das PWM Signal für den Schalter (MOSFET) dementsprechend an.
| Das Verhältnis des Schalters im geschlossenen und offenen Zustand entscheidet über die Höhe der Ausgangsspannung. |
Wie baut man einen Abwärtswandler?
Es gibt viele verschiedene ICs die das Regeln von Abwärtswandlern übernehmen. Angenehmerweise werden die beliebtesten davon als fertiges Modul verkauft, wie z.B. der LM2596 basierte Step Down Converter.
Falls du alle gängigen Gleichspannungswandler vergleichen willst, hilft dir diese Seite weiter:
Gleichspannungswandler, DC-DC Wandler Vergleich