Ein Abwärts-Aufwärts-Wandler ist eine Art SMPS (Switch-Mode Power Supply, Schaltnetzteil), der das gleiche Konzept wie ein Abwärts- und ein Aufwärts-Wandler einsetzt, jedoch in einem kombinierten Schaltkreis. Wir sehen uns die involvierten Schaltkreise an und heben hervor, welche Anwendungen von einem Abwärts-Aufwärts-Wandler profitieren.
Was macht ein Abwärts-Aufwärts-Wandler?
Das Hauptziel eines Abwärts-Aufwärts-Wandlers besteht im Empfang einer Eingangsgleichspannung und in der Ausgabe einer anderen Stärke der Gleichspannung, wobei die Spannung je nach den Anforderungen der Anwendung entweder gesenkt oder angehoben wird. Das Design eines Abwärts-Aufwärts-Wandlers ähnelt demjenigen eines Abwärts- und eines Aufwärts-Wandlers, außer dass es sich um einen einzigen Schaltkreis handelt, der meist noch über eine Steuerungseinheit verfügt. Die Steuerungseinheit erkennt die Höhe der Eingangsspannung und verändert den Schaltkreis basierend auf dieser Spannung.
Wenn Sie einen Kurzüberblick darüber sehen möchten, wie ein SMPS arbeitet und wie Abwärts- bzw. Aufwärts-Wandler konzipiert sind, lesen Sie die folgenden Artikel: Wie funktioniert ein Schaltnetzteil (Switch Mode Power Supply, SMPS)? und: Arten von DC/DC-Wandlern .
Abbildung 1 zeigt einen typischen Abwärts-Aufwärts-Schaltkreis mit vier Schaltern. Im Diagramm sind nur zwei Schalter zu sehen; die zwei Dioden im Schaltkreis arbeiten allerdings ebenfalls als Schalter (denn nur Vorwärtsspannung wird durchgelassen). Die Steuerungseinheit ist entweder ein PWM und eine Steuerung oder ein Oszillator, der die Schalter steuert. Die Schalter können je nach Ihrem Design entweder BJTs oder MOSFETs sein. Wenn Sie mit Niederfrequenz arbeiten, sollten Sie einen BJT nutzen, und bei Hochfrequenz ist MOSFET die richtige Wahl. Die Dioden können ebenfalls je nach Ihrem Design variieren, doch eine Diode mit einer niedrigen Vorwärtsspannung und einer Funktion für schnelles Umschalten wäre die beste Wahl.
Wofür eignen sich Abwärts-Aufwärts-Wandler in der Praxis?
Abwärts-Aufwärts-Wandler ermöglichen eine einfache Modulation einer Spannung für eine große Vielzahl verbreiteter Anwendungen, z. B. Verbraucherelektronik, Spannungsverstärker, selbstregulierende Spannungsversorgungen sowie Steuerungsanwendungen.
Eine Abwärts-Aufwärts-Anwendung lässt sich am besten anhand eines akkubetriebenen Systems erklären. Nehmen wir an, das System ist nicht aufgeladen, und Sie haben nur eine bestimmte Spannung zum Laden des Systems zur Verfügung. Der „Aufwärts“-Bereich des Abwärts-Aufwärts-Wandlers wird dazu verwendet, aus der Eingangsspannung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die höher als die Eingangsspannung ist. So kann das System mithilfe der maximalen Spannung so schnell wie möglich aufgeladen werden.
Wenn der Ladezustand des Systems seine maximale Kapazität erreicht, steigt allerdings das Risiko der Überhitzung. Hier kommt dann der „Abwärts“-Bereich des Abwärts-Aufwärts-Wandlers zum Einsatz. Dieser erkennt, dass das System fast vollständig aufgeladen ist, und senkt die Spannung kontinuierlich ab. Sobald das System den maximalen Ladezustand erreicht, fällt die Spannung auf null ab.
Abwärts-Aufwärts-ICs, die uns gefallen
S6BP202A von Cypress Semiconductor
Diese Abwärts-Aufwärts-ICs beindrucken unsere Anwendungsingenieure. Finden Sie heraus, ob Sie auch zu Ihrer Anwendung passen.
Dieser Abwärts-Aufwärts-DC-/DC-Wandler-IC mit einem Kanal besitzt vier integrierte Schalt-FETs und kann einen Laststrom von bis zu 2,4 A bei einem Eingangsspannungsbereich von 2,5 bis 42 V bereitstellen. Wählen Sie aus einer Vielzahl von Ausgangsspannungen (5,000 V/5,050 V/5,075 V/5,125 V/5,150 V/5,200 V) und profitieren Sie von einem großen Betriebsfrequenzbereich von 200 kHz bis 2,1 MHz.
Wir empfehlen diesen Wandler für langlebige akkubetriebene Instrumente, tragbare Funkgeräte im Verteidigungssektor, Sensoren mit niedriger Leistungsaufnahme sowie Nachregler/Ladegeräte für Solarpaneele.
LTC3130EMSE#PBF von Linear Technology
Dieser Abwärts-Aufwärts-DC-/DC-Wandler ist nicht nur effizient, sondern verfügt auch über niedriges Rauschen (bis zu 1,2 MHz ultraniedriges Rauschen PWM-Frequenz). Die mögliche Eingangsspannung reicht von 2,4 bis 25 V und die Ausgangsspannung von 1 bis 25 V, wodurch dieser Wandler sehr vielseitig eingesetzt werden kann.
Wir empfehlen diesen IC für langlebige akkubetriebene Instrumente, tragbare Funkgeräte im Verteidigungssektor, Sensoren mit niedriger Leistungsaufnahme sowie Nachregler/Ladegeräte für Solarpaneele.
MC34063ECN von STMicroelectronics
Der MC34063 hat einen Ausgangsschaltstrom über 1,5 A und lässt sich im Bereich von 3 bis 40 V betreiben. Zudem unterstützt er Frequenzen von bis zu 100 kHz. Dieses Gerät enthält eine interne temperaturausgeglichene Referenz, einen Komparator, einen arbeitszyklusgesteuerten Oszillator mit einem aktiven Strombegrenzungsschaltkreis, Treiber und einem Hochstromausgangsschalter. Die Ausgangsspannung kann über zwei externe Widerstände mit einer 2%igen Referenzgenauigkeit für Anwendungen, die höchste Präzision erfordern, justiert werden.
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