Mario Haustein
4eb35874a4
The input/output power/voltage for voltage regulators was named
inconsistently as U_\mathrm{in}, U_\mathrm{out}, U_\mathrm{zu},
U_\mathrm{ab}, P_\mathrm{zu}, P_\mathrm{ab}. Use `in` and `out`
as unified subscript.
2.3 KiB
% todo Bild von Spannungswandlervarianten
Einen Spannungswandler benötigen wir immer dann, wenn wir eine Spannung umwandeln müssen. In unserem Hobby kann das z.B. eine \qty{5}{\volt} Spannung für einen Microcontroller aus \qty{13,8}{\volt} sein oder aus einer Batterie mit \qty{12}{\volt} eine Versorgungsspannung für einen Laptop mit \qty{19}{\volt} zu generieren. Hierbei sprechen wir von DC/DC Wandlern als Step-UP (Hochsetzsteller) oder Step-DOWN (Tiefsetzsteller).
Durch die Spannungswandlung entstehen auch Verluste. Das Verhältnis der abgegebenen Leistung zur zugeführten Leistung nennt man Wirkungsgrad. Dieser berechnet sich aus \eta = \frac{P_{\mathrm{out}}}{P_{\mathrm{in}}}.
Ein Spannungswandler setzt U_{\mathrm{in}} = \qty{12}{\volt} auf U_{\mathrm{out}} = \qty{5}{\volt} um. Er nimmt I_{\mathrm{in}} = \qty{2}{\ampere} auf und gibt I_{\mathrm{out}} = \qty{3}{\ampere} ab. Wie groß ist sein Wirkungsgrad? Dazu benötigen wir die Leistungen P_{\mathrm{in}} und P_{\mathrm{out}}. Diese berechnen sich wie bereits gelernt mit P = U \cdot I.
In unserem Beispiel also wie folgt:
P_{\mathrm{in}} = U_{\mathrm{in}} \cdot I_{\mathrm{in}} = \qty{12}{\volt} \cdot \qty{2}{\ampere} = \qty{24}{\watt}
P_{\mathrm{out}} = U_{\mathrm{out}} \cdot I_{\mathrm{out}} = \qty{5}{\volt} \cdot \qty{3}{\ampere} = \qty{15}{\watt}
somit ergibt sich:
\eta = \frac{P_{\mathrm{out}}}{P_{\mathrm{in}}} = \frac{\qty{15}{\watt}}{\qty{24}{\watt}} = \num{0,625}
Um nun \eta in \% anzugeben, wird \eta \cdot \qty{100}{\percent} genommen und somit ist der Wirkungsgrad \eta = \qty{62,5}{\percent}
[question:AB213]
[question:AB214]
[photo:299:StepUpDownWandler: Abwärts- (Buck) Aufwärts- (Boost) Wandler]
Dieser Buck-Boost Converter kann von \qty{0,5}{\volt} bis \qty{25}{\volt} am Ausgang eingestellt werden. Die maximale Leistung beträgt \qty{25}{\watt}. Da der Wirkungsgrad sehr hoch ist, kommen die Schalttransistoren ohne Kühlkörper aus. Die Betriebsart Abwärtswandler (Step Down = Buck Mode) oder Aufwärtswandler (Step Up = Boost Mode) kann mit dem rechten Minischalter aktiviert werden.
[photo:300:StepUpWandler: Aufwärtsspannungswandler von \qty{7,2}{\volt} auf $\qty{24}{\volt}$]