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Inhaltsverzeichnis

Was sind DC/DC-Wandler?

DC/DC-Wandler, englisch DC/DC Converter, sind Gleichspannungswandler, die zugeführten Gleichstrom in Gleichspannung mit höherer, niedrigerer oder umgekehrter Spannung umwandeln. DC/DC-Wandler sind zum einen Bauteile in Schaltnetzteilen, die im Netzteil des PC’s, beim Notebook, beim Mobiltelefon, in HiFi-Geräten oder in Kleinmotoren verbaut werden, zum anderen als Komponente beispielsweise im Fahrzeugbau zum Einsatz kommen.

Der DC/DC-Wandler ist dann Bauteil, der als modularer Wandler, der direkt auf der Leiterplatte in der Automobilindustrie als Schaltnetzteil verbaut wird. In der Antriebstechnik und der Energietechnik sind die Gleichspannungswandler als Gleichstromsteller bezeichnet. Einsatzort und Leistungsbereich definieren den Unterschied.

DC und AC - Was sind die Unterschiede?

DC ist die aus dem englischen abgeleitete Kurzform für „Direct Current“ - Gleichstrom. Der durchfließende Direktstrom ändert sich während der Zeitdauer des Durchflusses seine Polarität nicht. Beim Gleichstrom kommt es zwar innerhalb der Polarität zu kleinen Schwankungen in der Stromstärke, bleibt jedoch immer im gleichen Polbereich.

Im Gegenteil zum DC, dem Gleichstrom, steht AC für „Alternating Current“ - Wechselstrom. Der Wechselstrom ändert seine Polarität auf der Zeitachse. Die Frequenz wird meist in Hertz (Hz) angegeben, und sagt aus, wie oft der Wechselstrom seine Polarität in der Sekunde wechselt.

Wie funktioniert ein DC/DC-Wandler?

Der die Spannung stabilisierende DC/DC-Wandler regelt je nach Methode der Transformation mit Linearregler oder Schaltregler die resultierende Stromspannung für das jeweilige Endgerät oder den Schaltungsblock.

Geräte, die zur Inbetriebnahme eine Steckdose voraussetzen, benötigen einen AC/DC-Wandler. Der AC-Strom aus der Netzsteckdose wird in DC-Strom umgewandelt. Der AC/DC-Converter fungiert als Schaltregler, der Wechselstrom wird zu Gleichstrom konvertiert. Der DC/DC-Converter transformiert mittels Linearregler oder Schaltregler für die jeweilige Anforderung an Spannung.

Halbleitergeräte benötigen für eine uneingeschränkte Funktion Gleichstrom. Der die Spannung auf Gleichstrom bringende DC/DC-Wandler wird hauptsächlich bei den netzbetriebenen Geräten als Spannungsregler bezeichnet. Eine unbeständige oder unsachgemäße Sromspannung kann bis zum Totalausfall des Gerätes führen. Deshalb sollte auch immer das gerätespezifische Netzteil verwendet werden, da die benötigte Spannung, damit das Gerät stabil laufen kann, sehr unterschiedlich sein kann. Gleichstromwandler, die AC - Wechselstrom, in DC - Gleichstrom, wandeln nennt man auch Wechselrichter. Deren Nennspannung können von 3,3V bis 120V variieren.

Die ohne Netzteil arbeitenden Gleichstromwandler kommen in der Computer-Hardware, dem Maschinenbau und der Fahrzeugtechnik zur Verwendung. In die im Fahrzeugbau eingesetzten DC/DC-Converter geht die in VDC angegebene Eingangsspannung in den DC/DC-Converter und können auf die gewünschte Ausgangsspannung reduziert werden.

Was sagen Leistungsmerkmale und Kennzahlen der DC/DC-Wandler aus?

Die signifikanten Kennzahlen für DC/DC-Wandler ist die Spannungsfestigkeit, der Wirkungsgrad, Eingangsspannung sowie Ausgangsspannung und Nennspannung, Ausgangsstrom und Schutzart.

  • Der Schwellenwert der maximalen Belastung der einzelnen Bauteile garantiert den störungsfreien Betrieb und spiegelt sich in der Spannungsfestigkeit wieder.
  • Je höher der Wirkungsgrad, umso effektiver kann der DC/DC-Wandler arbeiten. Hier hat der Schaltregler, insbesondere der mit galvanischer Trennung arbeitende Regler gravierende Vorteile dem Linearschalter gegenüber.
  • Die empfohlene Eingangsspannung vom Hersteller sollte nicht überschritten werden. Die DC/DC-Converter verfügen über große Toleranzbereiche bei der eingehenden Spannung.
  • Die Ausgangsspannung kann individuell eingestellt werden und per Abwärtswandler, Aufwärtswandler oder Inverter verringert, vergrößert oder umgekehrt werden.
  • Die Nennspannung gibt Auskunft über den Stromverbrauch im Normbetrieb. Die Nennspannung kann von 12V im normalen Gebrauch bis zu 1000V reichen. In industriell betriebenen Anlagen sind 12V, 24V, 42V und 48V gebräuchlich.
  • Alternativ wird die Nennspannung der Spannungswandler als Ausgangsleistung ausgewiesen und in kW angegeben.
  • Der Ausgangsstrom wird in Ampere angegeben und kann von wenigen Milliampere (mA) bis zu industriell genutzten Ampere-Zahlen betragen.
  • Die Schutzart gibt an, welche Tauglichkeit bei elektrischen Arbeitsgeräten vorliegt. Die Schutzklasse definiert Berührungsschutz und Schutz vor eindringenden Flüssigkeiten, vor Überspannung, Kurzschluss, Verpolung und Temperaturschwankungen gehören zu den IP - International Protection - gekennzeichneten Schutzarten ebenfalls dazu.

DC/DC Wandler gibt es in folgenden Ausführungen:

  • Abwärtswandler: DC/DC-Wandler zur Verringerung der Spannung
  • Aufwärtswandler: DC/DC-Wandler zur Erhöhung der Spannung
  • Aufwärtswandler - Abwärtswandler: DC/DC-Wandler zur Erhöhung und Verringerung der Spannung
  • Negativ-Spannungswandler / Inverter: DC/DC-Wandler zur Versorgung mit negativer Spannung

Was ist der Unterschied zwischen Schaltregler und Linearregler?

Unter den DC/DC-Wandlern gibt es zwei Klassen an Spannungsreglern, den Schaltregler und den Linearregler. Großer Vorteil der DC/DC-Wandler gegenüber linear geschalteten Netzteilen ist die reduzierte Wärmeentwicklung und ein höherer Wirkungsgrad.

Schaltregler

Der Schaltregler wandelt die eingehende Stromstärke mittels Umschaltung in eine geregelte, gepulste Spannung um. Kondensatoren glätten die Schwankungen in der Stromstärke, die Welligkeiten.

Vorteile des Schaltreglers

  • Geringe Wärmeentwicklung
  • Hoher Wirkungsgrad
  • Einstellbare Ausgangsspannunung per Aufwärtswandler, Abwärtswandler und negativem Spannungswandler, dem Inverter.

Nachteile des Schaltreglers

  • Mehrere Bauteile erforderlich
  • Komplexe Schaltung
  • Erhöhtes Rauschen

Linearregler

Der Linearregler ist ein Spannungsregler, dessen Steuerelemente in Reihe geschaltet werden. Ein linearer Spannungsregler bedient sich meist zur Steuerung einem linearen Regulator wie beispielsweise eine ohmsche Last.

Vorteile des Linearreglers

  • Wenige externe Bauteile
  • Einfache Schaltung
  • Geringes Rauschen

Nachteile des Linearreglers

  • Niedriger Wirkungsgrad
  • Erhöhte Wärmeentwicklung
  • Nur einsetzbar als Abwärtswandler

Welchen Herausforderungen sind unsere DC/DC Wandler gewachsen?

Wir bieten widerstandsfähige DC/DC-Converter, die dank galvanischer Trennung in diversen Anwendungsbereichen kompatibel sind. Ungünstigen Umwelteinflüssen oder extremen Bedingungen sind unsere DC/DC-Wandler gewachsen. Die Gleichstromwandler bieten Sicherheit bei Temperaturschwankungen, Schlägen, Erschütterungen, Feuchtigkeit und Staub, bis hin zum Überbrücken von Spannungseinbrüchen im Bordnetzwerk beim Starten des Motors. 

Wo kommen unsere DC/DC-Wandler in Einsatz?

Zum Einsatz kommen die Gleichstromwandler in der Automobilindustrie bei Hybridfahrzeugen und E-Fahrzeugen, sowie in der Logistik bei Flurförderzeugen wie Gabelstapler, E-Stapler als auch in automatisierten Transportsystemen. Insbesondere bei Hochvolt Energiespeichern und E-Maschinen werden herkömmliche Komponenten aus der Antriebstechnik von leistungsstarken Bausteinen abgelöst. Der DC/DC-Wandler macht den Einbau einer Lichtmaschine bei Hybridauto und Elektrofahrzeug überflüssig, die im Normalfall das Bordnetz mit ausreichend Strom versorgt. Der DC/DC-Converter reduziert die im Hochvolt-Energiespeicher herrschende Spannung auf die im Bordnetz benötigte Spannung von 12V, 24V oder 48V. Die Gleichstromwandler erfüllen höchste Anforderungen in der Fahrzeugtechnik durch einen effektiven Wirkungsgrad und kompakten Abmessungen bei der Montage.

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IBV Becker + Kraus GmbH ist Ihr Ansprechpartner für Fahrzeugwandler im hohen kW-Leistungsbereich im Fahrzeugbau. Neben den standardisierten DC/DC-Wandlern aus unserem Lieferprogramm bieten wir Ihnen gerne individuelle Lösungen auf Anfrage für die Stromversorgung im Hochvolt-Segment in der Automobilindustrie bis hin zu Sperrwandlern, DC/DC Converter mit Inhibit-Funktion. Auch für extremste Belastungen und höchste Anforderungen können wir Ihnen Gleichstromwandler nach der MIL-Norm mit hohem EMV-Endstörungsgrad bereitstellen.

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