Aufwärtswandler, Abwärtswandler und Auf-/Abwärtswandler – eine Einführung

Inhaltsverzeichnis

• Was ist ein Abwärtswandler (Buck)?
• Was ist ein Aufwärtswandler (Boost)?
• Was ist ein Auf-/Abwärtswandler (Buck-Boost)?

Was ist ein Abwärtswandler (Buck)?

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 folgende 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.

Was ist ein Aufwärtswandler (Boost)?

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 folgende 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.

Was ist ein Auf-/Abwärtswandler (Buck-Boost)?

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 folgende 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.

Fazit

Die Technologie von Abwärts-, Aufwärts- und Auf-/Abwärtswandlern wird überall auf der Welt eingesetzt, um geregelte Niederspannungs-DC/DC-Leistung in nahezu jedem Bereich der Elektronik bereitzustellen. Die Abwärts-, Aufwärts- und Auf-/Abwärtswandler von RECOM sind die optimale Lösung für Ihren Umwandlungsbedarf im Niedrigleistungsbereich.