Aufwärtswandler, Abwärtswandler und Auf-/Abwärtswandler – eine Einführung

Ein Buck- oder auch Abwärtswandler ist ein DC/DC-Schaltnetzteil, das die Eingangsspannung einer ungeregelten Gleichstromversorgung auf eine stabilisierte, niedrigere Ausgangsspannung herunterregelt (reduziert). Abwärtswandler sind, besonders im Vergleich zu traditionellen Spannungsreglern, aufgrund ihres extrem hohen Wirkungsgrads, der oft über 95% liegt, beliebt. Das vereinfachte Schaltbild zeigt, wie der Strom während des Schaltvorgangs eines Abwärtswandlers durch die Schaltung fließt.

Abwärtswandler werden oft anstelle von herkömmlichen, wenig effizienten Linearreglern verwendet, um in verschiedenen Anwendungen wie Mikroprozessoren, Kommunikationsgeräten, Steuersystemen usw. eine Niederspannungs-Bordstromversorgung bereitzustellen.

Ein Boost- oder auch Aufwärtswandler ist ein DC/DC-Schaltnetzteil, das die Eingangsspannung einer ungeregelten Gleichstromversorgung auf eine stabilisierte, höhere Ausgangsspannung aufwärts regelt (erhöht). Er besteht ähnlich wie ein Abwärtswandler aus einer Induktivität, einer Diode, einem Kondensator und einem Leistungsschalter. Diese regeln die Ausgangsspannung, sind aber anders angeordnet. Das vereinfachte Schaltbild zeigt, wie der Strom während des Schaltvorgangs eines Aufwärtswandlers durch die Schaltung fließt.

In einem Aufwärtswandler wird die Ausgangsspannung durch das Tastverhältnis des PWM-Signals so verändert, dass sie gleich hoch wie oder höher als die Eingangsspannung ist. Da Strom gespart werden soll, kann ein Aufwärtswandler, der die dreifache Eingangsspannung bereitstellt, nur ein Drittel des Stroms liefern, den er aus dem Netz bezieht. Aufwärtswandler sind sehr beliebt in batteriebetriebenen Geräten, bei denen ein Batterienpaar vielleicht 3V liefert, aber einen 5V-Stromkreis versorgen muss.

Ein Auf-/Abwärtswandler kann einen geregelten DC-Ausgang aus einer Stromquelle versorgen, die eine Spannung entweder unter oder über der geregelten Eingangsspannung liefert. Eine Auf-/Abwärtswandlerschaltung kombiniert Elemente sowohl eines Abwärtswandlers als auch eines Aufwärtswandlers. Daher benötigt sie oft eine größere Grundfläche als die beiden einzelnen Alternativen. Das vereinfachte Schaltbild zeigt, wie der Strom während des Schaltvorgangs eines Auf-/Abwärtswandlers durch die Schaltung fließt.

Wie Ihnen vielleicht im Schaltplan aufgefallen ist, ist die Ausgangsspannung (V out) tatsächlich negativ in Bezug auf das Versorgungspotenzial. Das kann bestimmte Designs erschweren. Auf-/Abwärtswandler benötigen teurere Bauteile, da sie bei maximaler Eingangsspannung sowohl einer hohen Spannung als auch bei minimaler Eingangsspannung einem hohen Eingangsstrom standhalten müssen. Dennoch sind sie in vielen Anwendungen nützlich. Sehr häufig werden Auf-/Abwärtswandler für Hochleistungs-LED-Beleuchtung verwendet, bei der z. B. Blei-Säure-Batterien eine nominale Spannung von 9-14V an eine konstante 12V-LED-Last liefern.