Spannungswandler

Einen Spannungswandler benötigt man immer dann, wenn eine elektrische Spannung in eine andere Spannung umgewandelt werden soll. Im Amateurfunk kann dies beispielsweise die Erzeugung von $\qty{5}{\volt}$ für einen Mikrocontroller aus einer $\qty{13,8}{\volt}$-Versorgung sein oder die Versorgung eines Laptops mit $\qty{19}{\volt}$ aus einer $\qty{12}{\volt}$-Batterie. Solche Schaltungen bezeichnet man als DC/DC-Wandler. Wird die Spannung erhöht, spricht man von einem Step-UP-Wandler (Hochsetzsteller), wird sie verringert, von einem Step-DOWN-Wandler (Tiefsetzsteller).

Bei jeder Spannungswandlung entstehen Verluste. Deshalb ist die abgegebene Leistung stets kleiner als die zugeführte Leistung. Das Verhältnis aus Ausgangsleistung und Eingangsleistung bezeichnet man als Wirkungsgrad $\eta$:

$$ \eta = \frac{P_{\mathrm{out}}}{P_{\mathrm{in}}} $$

Für die folgenden Fragen muss die Leistungsformel $P = U \cdot I$ angewendet werden, um die Eingangs- und Ausgangsleistung zu berechnen. Anschließend kann der Wirkungsgrad bestimmt werden.

AB213: Ein Spannungswandler setzt 12 V auf 5 V um. Er nimmt 2 A auf und gibt 3 A ab. Wie groß ist sein Wirkungsgrad?

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AB214: Ein Spannungswandler wandelt 5 V in 12 V um. Dabei nimmt er 3 A auf und gibt 1 A ab. Wie groß ist sein Wirkungsgrad?

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Kurzbeschreibung: Ein oranges Digitalmultimeter liegt neben einer kleinen Elektronik‑Platine mit grünem LED‑Display; das Multimeter zeigt 7.19 V, die Platine 24.1.

Detaillierte Beschreibung: Links dominiert ein abgenutztes, orangefarbenes Hand‑Digitalmultimeter mit großem grauen LCD, auf dem „7.19“ steht, rechts daneben ein kleines „V“. Darunter sind mehrere graue Gummitasten mit Aufdrucken wie „MAX“, „REL“ und „AUTO“, ein schwarzer runder hFE‑Sockel sowie ein Drehschalter mit Skalen für DCV, Ω, CAP und FREQ. Rechts daneben liegt eine kleine grüne Leiterplatte mit bestückten Bauteilen: zwei silberne Elektrolytkondensatoren mit „35V“-Aufdruck, ein schwarzer rechteckiger Induktor, mehrere ICs und Widerstände sowie zwei blaue Schraubklemmen. Auf der Platine leuchtet eine dreistellige grüne 7‑Segment‑Anzeige mit „24.1“. Ein gelbes und ein blaues Kabel sind an eine der Klemmen angeschlossen und führen nach links aus dem Bild. Der Hintergrund ist eine weiße, matte Fläche. — Abbildung NEA-10.7.1: Abwärts- (Buck) Aufwärts- (Boost) Wandler. Hier als Aufwärtsspannungswandler von $\qty{7,2}{\volt}$ auf $\qty{24}{\volt}$ eingestellt

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.

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