Schaltungstechnik

3.2 Funktionsgrundschaltungen mit Dioden 157
Mögliche Einsparung des schweren, großen und teueren 50-Hz-Netztransformators;
Verbesserter Wirkungsgrad (60% bis 90%) gegenüber den konventionell geregelten
Netzteilen (30% bis 55%) durch den Wegfall der Verlustleistung des Längstransistors
und damit auch Wegfall größerer Kühlkörper;
Größerer zulässiger Schwankungsbereich der Eingangswechselspannung.
Durchflusswandler: Ein Beispiel einer möglichen Ausführungsform eines
Durchflusswandlers zeigt Bild 3.2-33a). Ist der Schalter S geschlossen, so fließt
Strom durch die Spule L1. Der Kondensator CL wird geladen. Die Diode D5 ist
dabei gesperrt. Für die Spule gilt:
diL1 uL1 = L1
(3.2-7)
dt
Während der Einschaltzeit tein liegt an der Spule die Spannung UL = UC1 – UDC an. Ist der Schalter S geöffnet, so ist die Spannung während der Ausschaltzeit taus an der Spule UL = – UDC , bei Vernachlässigung der Flussspannung der Diode D5.
Somit erhält man gemäß obiger Gleichung für die Änderung des Spulenstroms:
i L1
1
1
= ----- U L1 C1 – UDC t ----ein
= U
L1 DC t (3.2-8)
aus
Daraus bestimmt sich die gesuchte Ausgangsspannung UDC bei gegebener Schaltfrequenz
f = 1/T; tein/T ist das Tastverhältnis zwischen der Einschaltzeit und der
Schaltperiode:
tein tein UDC = ----------------------- U
tein + t C1 = ------- U (3.2-9)
aus T C1
Mit dem Tastverhältnis tein/T lässt sich die Ausgangsspannung UDC mittels der
Impulsbreite (Impulsbreitenmodulator) einstellen bzw. regeln. Bild 3.2-34 zeigt
nach der gleichgerichteten Eingangsspannung das Ergebnis der Ausgangsspannung
des Durchflusswandlers nach Bild 3.2-33a) bei einem Tastverhältnis von 1/10. Die
Ausgangsspannung beträgt damit etwa 10% der Eingangsspannung. Im folgenden
Experiment ist gegenüber Bild 3.2-33 der Transformator weggelassen. Die Gleichrichtung
der Netzspannung erfolgt mit einem einfachen Einweggleichrichter. Den
Strom- und Spannungsverlauf innerhalb eines Zeitbereichs über 3 Schaltperioden
zeigt Bild 3.2-35. Der Ausgangsstrom ist der Mittelwert des Spulenstroms.
Experiment 3.2-17: Durchflusswandler.
Erhöht man den Lastwiderstand, so verringert sich der Ausgangsstrom. Der Spulenstrom
sinkt auf Null in der Sperrphase, die Spannung an der Drossel wird ebenfalls
Null. Damit steigt die Ausgangsspannung U DC. Gl. (3.2-9) für die
Ausgangsspannung ist jetzt nicht mehr gültig, sie gilt nur für Lastverhältnisse mit
einem Mindestausgangsstrom von:
Iamin
1
-- I
2 L1 1 U DC
– ----------
U
C1
T U DC
= = ------------------
(3.2-10)
2 L1