Schaltnetzteile - HTL Wien 10

Abwärtswandler
Der Abwärtswandler (englisch: buck-converter, step-down-converter) wandelt eine
Eingangsspannung in eine niedrigere Ausgangsspannung. Er wird auch Tiefsetzsteller
genannt.
Abbildung 1.1.1: Abwärtswandler
Abbildung 1.1.1 zeigt das prinzipielle Schaltbild eines Abwärtswandlers. Der Transistor T
arbeitet als Schalter, der mittels der pulsweiten-modulierten Steuerspannung USt mit hoher
Frequenz ein- und ausgeschaltet wird. Der Quotient zwischen Einschaltzeit zu Periodendauer
t1
T
Ue
heißt Tastverhältnis oder Tastgrad (englisch: duty cycle).
Ust
U1
Ie
Ce
T I L
Ust
UL
(Ue-Ua)
I L
-Ua
D
t1 T
Ue
U1
Abbildung 1.1.2: Spannungen und Ströme beim Abwaärtswandler
Für die folgende Funktionsbeschreibung der Schaltung sei vereinfachend angenommen, daß
der Transistor und die Diode keinen Spannungsabfall während der jeweiligen
Einschaltphasen haben.
Während der Einschaltphase des Transistors ist die Spannung U1 gleich Ue . Während seiner
L U1
Sperrphase zieht die Induktivität ihren Strom durch die Diode und die Spannung wird
somit zu Null. Vorraussetzung dafür ist, daß der Strom nie Null wird. Diesen Betriebsfall
IL
nennt man kontinuierlicher Betrieb bzw. nicht lückender Betrieb (englisch: continous
mode). U1 ist demnach eine Spannung, die zwischen Ue und Null Volt entsprechend dem
Tastverhältnis von Ust springt, siehe Abbildung 1.1.2. Der nachfolgende Tiefpaß, gebildet aus
L und Ca , bildet den Mittelwert von U1 . Damit ist Ua = U1 , bzw es gilt
L
U L
Δ I L
Ca
Ia
Ua
Last
t
Ua = U1
t
t
Ia = I L
t
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