Spannungswandler (StepDown)

Spannungsregler, auch Längsregler genannt, regeln eine unstabile Eingangsspannung auf eine feste stabile Ausgangsspannung herunten. Zum Beispiel die 7805 Spannungsregler liefern stabile 5V ausgehend von >6V Eingangsspannung. Allerdings werden diese Längsregler schon bei 12Vin und 100mA Strom sehr heiß. Dies liegt daran, dass sie die Spannungsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang in einen steuerbaren Widerstand versenken. Da Leistung P=U*I steigt also die Abwärme linear mit der Spannungsdifferenz und dem Stromverbrauch.

Schaltregler umgehen dieses Problem, indem sie Stromimpulse erzeugen, die das Magnetfeld einer Spule aufladen. Am anderen Ende der Spule wird dies mit eine Kondensator geglättet, so dass eine einigermaßen stabile Gleichspannung raus kommt. Durch eine Rückkopplung (Feedback) wird diese Ausgangsspannung benutzt, um die Länge der Stromimpulse abhängig vom aktuellen Stromverbrauch am Eingang zu steuern. Sind die Impulse zu lang, steigt die Ausgangsspannung weil zu viel Energie in der Spule ist. Sind die Impulse zu kurz, sinkt die Ausgangsspannung.

Diese Strategie sogt dafür, dass weniger Energie in Abwärme verloren geht. Allerdings ist die Ausgangsspannung nicht ganz so stabil wie bei Längsreglern. Das heißt, es sind noch kleine Rippel drauf, die aber meist nicht stören und durch Kondensatoren weiter weg geglättet werden können bis sie klein genug sind.

Die größe der Spule hängt von der Schaltfrequenz ab. Bei höheren Schaltfrequenzen kann die Spule kleiner ausfallen, weil weniger Energie im Magnetfeld der Spule zwischengespeichert werden muss. Die Abstände zwischen den Impulsen sind ja immerhin kleiner. Im allgemeinen sind die Spannungsregler mit höherer Schaltfrequenz aber auch teurer.

Bauteile

  • P 3596 5V 0,99€, mit 150kHz höhere Schaltfrequenz als der LM 2576, festspannung
  • P 3596 ADJ 1,15€, Einstellbare Ausgangsspannung durch zwei zusätzliche Widerstände in der Feedback Leitung.
  • LM 2576 T-ADJ 0,99€ mit 50kHz Schaltfrequenz
  • MC34063 Ein recht billiges Multifunktionswunder, der als StepUp, StepDown und Inverter eingesetzt werden kann. Allerdings ist der zusätzliche Bauteilebedarf und das Platinenlayout entsprechend schwierig.
  • lm2673 3,50€ aber 260kHz Schaltfrequenz!

Literatur