Wie funktioniert ein Abwärtswandler?

[Sandro (Gast)]

Hallo zusammen

Ich habe Verständnisprobleme bei der Schaltung des Abwärtswandlers. Im 
Normalfall wird dort ja eine Spule und ein Kondensator verwendet. Ich 
frage mich nun wozu die Spule genau dient. Könnte man nicht einfach 
direkt ein PWM an den Kondensator anlegen?

[(prx) A. K. (prx)]

Vereinfacht gesagt: Weil Du die Differenz zwischen Ein- und 
Ausgangsspannung nicht in Wärme umsetzen willst.

Lassen wir mal zunächst parasitäre Einflüsse weg, also idealisiert. 
Wieviel Strom fliesst, wenn dein Ausgang 10V liefert und der Kondensator 
auf 5V ist? Wie sieht es aus, wenn du die parasitären Widerstände von 
Ausgang und Elko nicht weglässt?

[npn (Gast)]

Oder anders ausgedrückt, die Induktivität speichert die Energie in den 
Impulspausen und sorgt damit für einen relativ gleichmäßigen Stromfluß.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Sandro schrieb:
> Im Normalfall wird dort ja eine Spule und ein Kondensator verwendet.
Nein. Es wird eigentlich nur die Spule gebraucht. Denn die ist der 
Energiespeicher. Unddarüber hinaus braucht man einen 
Eingangskondensator, einen Ausgangskondensator, einen Schalter (Mosfet) 
und eine Freilaufdiode. Dazu einen passenden Regler und ein gutes Layout 
und fertig ist die Laube. Dort findest du die beiden wichtigen 
Stromkreise: und du wirst sehen, immer ist der Ausgang mit beteiligt, 
und deshalb der Strom dort ziemlich "ruhig" bzw. "kontinuierlich":
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler

[knoelke (Gast)]

Sandro schrieb:
> Könnte man nicht einfach
> direkt ein PWM an den Kondensator anlegen?

Beispiel:
In = 10V, out = 5V, PWM Schalter (Mosfet) = 0,1Ohm.

deltaU / R_Mosfet = 50A
Bei einem seeehr großen Kondensator und extrem kleinen Einschaltzeiten 
hast Du recht. Ist aber verflucht unpraktisch und bringt einen Haufen 
Probleme mit sich.

Man braucht also die Spule um die momentan nicht benötigte Energie im 
Magnetfeld zwischenzuspeichern.
Die 'freilauf' Diode mit anode an GND sorg dafür das das 
zusammenbrechende Magnetfeld = Induktionsspannung im 'ruhetakt' die 
Energie in den Ausgangskondensator umleitet.

[Sandro (Gast)]

Danke für die Antworten.

Zu welchem Zeitpunkt muss denn der Kondensator den Strom liefern?

[Martin S. (sirnails)]

knoelke schrieb:
> Ist aber verflucht unpraktisch und bringt einen Haufen
> Probleme mit sich.

Es sei denn, die Last ist träge. Dann bildet diese den Effektivwert 
selbst.

[Udo S. (urschmitt)]

Martin Schwaikert schrieb:
> Es sei denn, die Last ist träge. Dann bildet diese den Effektivwert
> selbst.

Dann brauchst du aber den Ausgangskondensator nicht, er ist in dem Fall 
soger kontraproduktiv wegen den hohen Stromspitzen.

[Udo S. (urschmitt)]

Sandro schrieb:
> Zu welchem Zeitpunkt muss denn der Kondensator den Strom liefern?

Eigentlich nur bei schnellen Lastwecheln. Sinkt der STrom der Last sehr 
schnell, nimmt der kondensator die noch in der Spule vorhandene Energie 
auf und sorgt dafür, daß die Ausgangsspannung nicht unzulässig ansteigt.
Steigt der Strom der Last sehr schnell kann er den Stromanstieg kurz 
puffern, bis durch die Spule genügend Strom fliesst.
Ausserdem glättet er Spannungspitzen, die beim Umschalten entstehen und 
gibt der Regelung Zeit zu reagieren.

[(prx) A. K. (prx)]

knoelke schrieb:
> Bei einem seeehr großen Kondensator und extrem kleinen Einschaltzeiten
> hast Du recht.

Auch dann landet man bei der Effizienz eines Linearreglers und verheizt 
die Differenz zum Schaltregler im Innenwiderstand des MOSFETs. Nur 
zeitlich anders verteilt.

[Udo S. (urschmitt)]

A. K. schrieb:
> im Innenwiderstand des MOSFETs.

und den Innenwiderständen der Kondensatoren