DC DC Wandler

Was bedeutet DC?

 

Die Abkürzung DC steht für „direct current“, d. h. Gleichstrom – der Fluss von elektrischer Ladung in eine Richtung. Es werden DC-Stromquellen wie beispielsweise Solarzellen, Batterien und Thermoelemente verwendet. DC ist flexibel und kann durch Leiter, wie beispielsweise Draht, aber auch durch Nichtleiter, Halbleiter und sogar durch Vakuum geleitet werden. Der Strom fließt immer in eine einzige Richtung, was ihn vom AC („alternating current“), d. h. Wechselstrom, unterscheidet, der die Richtung wechseln kann.

Häufig verwendet man Gleichstrom zur Aufladung von Batterien und elektronischen Geräten. Man verwendet Gleichstrom auch für Stromschienensysteme und den Bahnantrieb. DC heißt Gleichstrom und bedeutet auch, dass es eine konstante Polarität gibt. Einige DC-Typen haben Spannungsabweichungen, während die meisten keine aufweisen. Ein gutes Beispiel für eine sich verändernde Spannung sind schwankende Tonsignale in einer Stromleitung. Man sollte niemals versuchen, die Polarität eines DC-Geräts umzukehren, außer es verfügt über eine Diodenbrücke, die diesen Wechsel ermöglicht. Die meisten benutzten batteriebetriebenen Geräte verfügen nicht über eine solche Brücke, wodurch der Versuch, die Polarität zu verändern, das Gerät zerstören würde.

Die Automobil- sowie die Flugzeugindustrie verwenden häufig diese Systemtypen. Zum größten Teil nutzen Fahrzeuge 12-V-Strom, wobei einige wenige auch über 42-V- oder 6-V-Systeme verfügen können. Leichte Flugzeuge nutzen hauptsächlich 12 V oder 28 V. In Telefonsystemen werden häufig sowohl AC- als auch DC-Komponenten verwendet. Alles, was eine Batterie enthält, wird mit Gleichstrom betrieben, von tragbaren Radios bis hin zu Spielzeugen.

 

Wie unterscheidet sich DC von AC?

 

Der Erfinder, Thomas Edison, war ein Meister des Gleichstroms. Er und andere sahen, dass elektrische Energie und Magnetfelder eine enge Verbindung miteinander haben. Wenn ein Magnetfeld sich in der Nähe von Drähten befindet, führt dies dazu, dass die Elektronen im Draht in eine einzige Richtung fließen, was wir bereits als Gleichstrom begründet haben. Sie fließen, weil sie von den Magnetpolen entweder angezogen oder abgestoßen werden. Diese Entdeckung zeigte den Wissenschaftlern, dass es möglich ist, Energie in einer Batterie zu speichern und dann zu verwenden.

Der Gleichstrom war jedoch nicht die einzige Quelle der Elektrizität. Ein weiterer Wissenschaftler, Nikola Tesla, arbeitete am Wechselstromsystem, weil dieses seiner Meinung nach den Strom wirksamer übertragen konnte. Er nutzte den Magnetismus in der Leitung nicht in einer gleichbleibenden Richtung. Stattdessen drehte sich der Magnet und lieferte Wechselstrom. Wenn sich der Magnet in einer bestimmten Position befand, flossen die Elektronen in eine Richtung. Die Änderung oder der Wechsel der Magnetposition änderte die Flussrichtung der Elektronen.

Einer der größten Unterschiede zwischen AC und DC ist der Umfang der Energie, die sie transportieren können. Die DC-Spannung kann gleich bleibenden Strom in einem bestimmten Umfang produzieren. Je weiter dieser geleitet wird, umso schwächer wird er. Die AC-Spannung von Generatoren kann ihre Stärke ändern, d. h. erhöhen oder reduzieren, wenn sie durch Transformatoren läuft.

Durch Verwendung eines Adapters ist es möglich, AC-Strom in DC-Strom umzuwandeln. Dies passiert in vielen elektronischen Geräten, wie beispielsweise Musikkeyboards, Laptops und anderen Geräten, die Adapter benötigen.

 

Was bedeutet die DC/DC-Wandlung?

 

Ein DC/DC-Wandler ist ein Stromkreistyp, der die Spannung einer DC-Quelle aufnimmt und diese anschließend in eine andere umwandelt. In einigen Fällen muss eventuell die Spannung erhöht oder reduziert werden. Dies ist bei PKWs äußerst gebräuchlich. Einige im Fahrzeug verwendeten Geräte, wie beispielsweise ein tragbarer DVD-Player für die Kinder, benötigen eine bestimmte Strommenge für ihren Betrieb. Zu viel Strom könnte diese Geräte zerstören. Bei zu wenig Strom würden sie nicht laufen. Da die Geräte den Strom von der Fahrzeugbatterie beziehen und die Batterie zu leistungsfähig sein kann, muss der Strom umgewandelt werden. Er muss jedoch weiterhin als DC-Spannung bestehen bleiben. Um das zu erreichen, sind verschiedene Typen von DC/DC-Wandlern erhältlich.

Die Wandler beziehen den Strom tatsächlich von der Batterie und transformieren ihn bis zu einer verwendbaren Stufe herunter. Bei Geräten mit höherem Strombedarf kann ein Wandler den Strom herauftransformieren. Viele dieser im Fahrzeug verwendeten Geräte werden mit Adapter geliefert, die im Fahrzeug angeschlossen werden können. Die Adapter konvertieren den Strom zur Sicherstellung der korrekten Funktion Ihres Geräts. Es ist jedoch wichtig, die Verwendung des richtigen Adapters mit dem Gerät immer sicherzustellen. Ansonsten kann es zu viel Strom beziehen, was die Elektronik ernsthaft beschädigen könnte.

 

Warum ist es wichtig, DC in DC umzuwandeln?

 

Anders als beim Wechselstrom ist es nicht möglich, die Spannungsstufe mithilfe eines Transformators zu erhöhen oder zu reduzieren. In einigen Fällen kann es notwendig werden, vom 24-V-Strom aus einer großen LKW-Batterie auf 12 V herunterzutransformieren, um ein Radio zu versorgen. In Autos liefert die 12-V-Batterie zu viel Strom für einige angeschlossene Geräte, wie beispielsweise ein Telefon. Sie müssen also über einen Wandler verfügen, der den Strom sogar noch weiter heruntertransformiert und ihn sicher für das Gerät macht.

 

Was sind DC/DC-Wandler?

 

Da es verschiedene Bedürfnisse für DC/DC-Wandler gibt, ist eine Vielzahl von Typen erhältlich, die bei unterschiedlichen Aufgaben helfen können. Einige Wandler sind für bestimmte Aufgaben geeignet, andere jedoch nicht. Daher ist es für die Anwender wichtig, die genauen Spezifikationen der von ihnen verwendeten Wandler zu kennen, um kein Gerät zu beschädigen. Einige Wandler transformieren den Strom herauf und andere herunter. Einige Wandler können sogar beides tun.

 

Wie funktioniert ein DC-Wandler?

 

Der einfachste DC/DC-Wandler nimmt den Strom auf und leitet ihn durch ein Schaltelement. Dies verändert das Signal in eine Rechteckwelle, was genau genommen Wechselstrom ist. Die Welle passiert einen weiteren Filter, der sie in ein DC-Signal mit der entsprechend erforderlichen Spannung zurückwandelt.

 

Worin liegt der Unterschied zwischen isolierten und nicht isolierten DC/DC-Wandlern?

 

Zwei landläufige Begriffe in Bezug auf DC/DC-Wandler sind „nicht isolierte“ und „isolierte“ Wandler. Die nicht isolierten Wandler werden häufig bei kleiner Spannungsänderung verwendet. Fünf verschiedene Typen von Wandlern gehören zu dieser Gruppe. Die Eingänge und Ausgänge teilen einen „gemeinsamen Platz“. Die DC/DC-Wandler sind sehr häufig zu finden und stellen allgemein eine günstigere Lösung für die meisten Geräte dar. Einer der Nachteile von nicht isolierten Wandlern ist es, dass sie hohen Stromspannungen nicht viel Schutz entgegenzusetzen haben. Häufig erzeugen sie auch mehr Geräusche.

 

• Abwärts – Der Abwärtswandler wird dann verwendet, wenn die Spannungshöhe reduziert werden muss.
• Aufwärts – Der Aufwärtswandler tut das Gegenteil des Abwärtswandlers. Er transformiert die Spannungsstufe herauf.
• Abwärts/Aufwärts – Dieser Wandlertyp kann entweder als Abwärts- oder als Aufwärtswandler für die Spannung funktionieren. Die häufigste Verwendung für den Wandler ist die Umkehrung der Polarität.
• Cuk – Dieser Wandlertyp ist den Abwärts/Aufwärts-Wandlern ähnlich. Der größte Unterschied ist wirklich nur der Name. Der Cuk wurde nach Slobodan Cuk, seinem Erfinder, benannt.
• Ladungspumpe – Dieser Wandler wird zur Herauf- oder Heruntertransformierung der Spannung bei Anwendungen mit geringem Stromverbrauch verwendet.

 

Bei einem isolierten DC/DC-Wandler besteht eine Trennung zwischen den Eingängen und Ausgängen. Diese Wandler haben eine hohe Isolationsspannung. Sie sind nützlich für negative oder positive Masseverbindungen und können für verschiedene Gerätetypen als potenzialfreie Masseverbindungen verwendet werden, wie beispielsweise in der Telekommunikation. Anders als bei den nicht isolierten Wandlern haben sie die Fähigkeit, Geräusche und Interferenzen zu blockieren. Dadurch können sie eine reinere DC-Quelle bieten. Zusätzlich sind sie allgemein sicherer. Es gibt zwei grundlegende Typen von isolierten Wandlern.

 

• Sperrwandler – Dieser Wandler funktioniert ähnlich wie der Abwärts/Aufwärts-Wandler in der nicht isolierten Kategorie. Der Unterschied ist, dass er statt eines Induktors einen Wandler zur Speicherung des Stroms verwendet.
• Durchflusswandler – Durchflusswandler sind ganz anders. Der Wandler verwendet den Transformator dazu, den Strom in einem einzigen Schritt vom Eingang zum Ausgang zu senden.

 

Es gibt drei Klassen von Isolierung:

 

• Operativ – Diese bietet einen isolierten Ausgang mit Fehlerschutz.
• Basis – Die Basisform von Isolierung bietet einen Transformator mit einzelnem Fehlerschutz.
• Verstärkt – Diese weist zwei Isolierungsschichten auf, die echte physische Trennung bieten können.

 

Sowohl die isolierten als auch die nicht isolierten Wandler haben ihre Einsatzgebiete und die richtige Auswahl hängt von der Anwendung und den individuellen Bedürfnissen ab. Sogar die besten Wandler verlieren etwas Strom. Die Auswahl der richtigen Wandler kann bei der Einschränkung des Verlusts helfen, wodurch sichergestellt wird, dass Sie unabhängig von deren Größe die beste Möglichkeit für jede Anwendung nutzen.

 

Welche Typen von DC/DC-Wandlern gibt es?

 

• Auto-Netzadapter für feste Installation – Der Strom, der aus der Batterie in Ihr Fahrzeug fließt, kann zu hoch für den Betrieb einiger Module und Geräte sein, weswegen die Hersteller häufig Stromadapter verwenden, um sicherzustellen, dass Sie die richtige Spannung für die Geräte bekommen. Sie sind mit verschiedenen Eingangs- und Ausgangsspannungen erhältlich, um die beste und sicherste Leistung sicherzustellen. Sie sind auch mit Überspannungsschutz und Kurzschlussschutz ausgestattet.
• Isolierte DC/DC-Wandler – Wie erwähnt, funktionieren diese mit internen Wandlern, die die Eingangs- in eine abweichende Ausgangsspannung umwandeln, damit diese mit Ihrem Gerät verwendet werden kann. Bei diesem Wandler wird der Ausgang vom Eingang getrennt.
• Nicht isolierte DC/DC-Wandler - Wie der Name verrät, haben diese keine Isolierung zwischen dem Ein- und dem Ausgang. Sie werden typischerweise für niedrigere Spannungen verwendet. Sie können die Spannung herauf- oder heruntertransformieren, wobei einige Wandler beides tun können.
• Tragbare DC/DC-Wandler für KFZ – Tragbare DC/DC-Wandler für das Auto sind sehr handliche Geräte, die man mit allen Arten von Elektronik verwenden kann, um diese in einem Fahrzeug zu benutzen. Sie können als Adapter für einen DVD-Player, CD-Player, Telefonanschluss u.v.m. dienen. Das Ziel dieser Adapters ist es, den von der Fahrzeugbatterie kommenden Gleichstrom aufzunehmen und ihn herunterzutransformieren, damit er mit den persönlichen elektronischen Geräten funktionieren kann, ohne eine zu hohe, eventuell schädigende Spannung zu liefern. Es ist wichtig, die richtigen Adapter zu erwerben, um sicherzustellen, dass sie den richtigen Schutz für die elektrischen Geräte bieten.

 

Was sind Schaltregler? Wie funktionieren sie?

 

Ein Schaltregler erzeugt eine bestimmte feste Ausgangsspannung, die gleich bleiben kann, ungeachtet jeglicher Änderungen, die in der Eingangsspannung auftreten. Zwei verschiedene Regler sind erhältlich – Schalt- und Linearregler.

 

Der Linearregler verwendet einen Differenzverstärker mit hoher Verstärkung zur Steuerung des aktiven Pass-Geräts. Der Regler vergleicht die Ausgangsspannung mit der Referenzspannung und führt Anpassungen durch, um sicherzustellen, dass die Ausgangsspannung immer gleich bleibt. Zum größten Teil versorgen Linearregler Geräte mit niedrigem Strombedarf.

 

Sie sind äußerst gängig, einfach in der Verwendung und vergleichsweise günstig. Trotzdem haben sie einige Nachteile. Sie sind nicht so effektiv wie Schaltregler, da sie eine bedeutende Strommenge verlieren können. Die Regler haben an der Hochspannungsseite im Allgemeinen eine Leistung von ungefähr 40 %. Einige sogar noch weniger.

 

Andererseits wandeln die Schaltregler die DC-Eingangsspannung in eine geschaltete Spannung um, die in den Stromkreis zurückfließt, der den Ein/Aus-Schalter steuert. Sie kann den Schalter an- und ausschalten, um die Ausgansspannung gleich zu halten, unabhängig davon, wie stark der Laststrom oder die Eingangsspannung ist. Die Schaltregler verwenden kleinere Strommengen als die Linearregler, wodurch sie eine höhere Leistungsstufe erreichen können.

 

Die DC/DC-Wandler erleichtern die Versorgung von verschiedenen Geräten mit der richtigen DC-Spannungsmenge. Die Auswahl des richtigen Wandler- oder Adaptertyps ist entscheidend zur Gewährleistung der Sicherheit von Personen, die das Gerät nutzen, und auch der des Geräts selbst.