Inverswandler

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Ein Inverswandler, englisch inverting Buck-Boost Converter, ist in der Leistungselektronik eine Form von Gleichspannungswandler, der eine positive Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung ohne galvanische Trennung wandelt. Einsatzgebiete dieser elementaren Schaltung liegen als Komponente unter anderem im Bereich von Netzteilen wie Schaltnetzteilen.

Kein Inverswandler, aber im Englischen auch eine Variante des Buck-Boost Converters, ist eine Kombination von Abwärtswandler und Aufwärtswandler, ggf. mit nur einer gemeinsamen Induktivität. Bei dieser Topologie ist die Polarität von Eingangs- und Ausgangsspannung – im Gegensatz zum Inverswandler – gleich.

Beiden Topologien gemein ist, dass die Ausgangsspannung dem Betrage nach sowohl kleiner als auch größer als die Eingangsspannung sein kann.

Funktion[Bearbeiten]

Prinzipschaltung eines Inverswandlers

In nebenstehender Schaltskizze liefert eine Gleichspannungsquelle eine konstante positive Spannung UE. Der Schalter S, in realen Schaltungen üblicherweise in Form eines Transistors realisiert, schalten für die Dauer tein die Spannung auf die Spule mit einer Induktivität L. Der Strom I durch die Spule ändert sich dabei um den Betrag:

\Delta I = \frac{U_e \cdot t_{ein}}{L}

Nach der Einschaltdauer wird der Schalter S für die Dauer taus ausgeschaltet, wobei im Schaltvorgang der Strom durch die Spule konstant bleiben muss. Dadurch wird die Diode D leitend und lädt den Kondensator auf eine gegenüber dem Bezugspotential negative Spannung Ua auf:

- U_a = L \cdot \frac{\Delta I}{t_{aus}}

Danach wiederholt sich der Zyklus. Die Höhe der negativen Ausgangsspannung lässt sich durch das Pulsbreitenverhältnis η zwischen den beiden Schaltzuständen angeben:

-\frac{U_a}{U_e} = \frac{t_{ein}}{t_{aus}} = \frac{\eta}{1 - \eta}

Der Inverswandler kann wie jeder Schaltwandler im discontinuous Current Mode betrieben werden, dies ist dann der Fall wenn der Strom in einem Zyklus durch die Spule auf 0 abfällt, oder im continuous Current Mode. Die Schaltfrequenz richtet sich unter anderem nach der Last R und dem zulässigen Rippelstrom.

Literatur[Bearbeiten]