Abwärts Regler

Abwärtswandler sind DC/DC-Spannungswandler, die die Spannung von ihrem Eingang auf ihren Ausgang heruntersetzt. Ein Abwärtswandler integriert die benötigten Kernkomponenten und Schaltkreise in einem einzigen Gerät.

Abwärtswandler sind in zahllosen elektronischen Anwendungen zu finden, wo ihre Leistungsregelungseigenschaften eine wichtige Rolle spielen.

Wie funktionieren Abwärtswandler?

Ein Abwärtswandler ist eine Art Schaltnetzteil, eine Geräteklasse, die einen Schalter (z. B. einen MOSFET) enthält, um den Stromkreis schnell ein- und auszuschalten. Durch dieses schnelle Schalten wird eine Rechteckwelle erzeugt. Wenn der Arbeitszyklus des Schalters auf 50 % eingestellt ist, also der Schalter 50 % der Zeit eingeschaltet ist, beträgt die durchschnittliche Spannung 50 % des Eingangs.

Die Rechteckwelle muss geglättet werden, um eine nützliche Leistung zu bieten. Dafür werden üblicherweise eine Induktivität und ein Kondensator in Reihe geschaltet. Diese Kombination wird als LC-Tiefpassfilter bezeichnet. Die Eigenschaften einer Induktivität glätten den Stromfluss, während der Kondensator plötzlichen Spannungsänderungen standhält. Der kombinierte Effekt erzeugt eine relativ glatte Ausgangsspannung mit geringer Restwelligkeit. Wenn zum Beispiel die Eingangsspannung 10 V beträgt und der Schalter einen Arbeitszyklus von 50 % nutzt, beträgt die Ausgangsspannung 5 V.

Eine weitere notwendige Rolle eines Abwärtswandlers besteht darin, eine Diode oder einen anderen Schalter parallel zur Induktivität zu integrieren. Dies dient zum Ausgleich der Eigenschaft einer Induktivität, da sich der Strom in einer Induktivität nicht sofort ändern kann. Dies schützt den Schalttransistor vor Überlastung und Zerstörung.

Abwärtswandler verfügen außerdem über zusätzliche Schaltkreise, um eine stabile Ausgangsspannung zu gewährleisten. Der Wandler nutzt ein geschlossenes Regelungssystem mit negativem Feedback zur Überwachung der Ausgangsspannung, und passt das Tastverhältnis des Schalters zur Regelung der Ausgangsspannung dynamisch an.

Designaspekte

• Abwärtswandler sind sehr effizient. Einige Geräte bieten einen Wirkungsgrad von über 95 %.
• Abwärtswandler können kostengünstiger als Linearregler mit höheren Leistungsstufen sein. Die Kosten für die Ableitung der Wärme, die durch einen Linearregler erzeugt wird, kann geringer als beim Einsatz eines Abwärtswandlers sein.
• Der Ausgang eines Abwärtswandlers weist ein Rauschen auf, was bedeutet, dass der stabilere Ausgang eines Spannungs-Linearreglers besser für Anwendungen geeignet ist, die ein geringes Ausgangsrauschen erfordern.
• Linearregler können im Vergleich zu Abwärtswandlern schneller auf Eingangs- und Ausgangsänderungen reagieren.