Funktionsbeispiel Aufwärtswandler

Labor Aufwärtswandler


Quellen:
H. Schmidt-Walter, Schaltnetzteile, http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/snt/snt_deu/sntd_pdf.html, 2022
U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiter – Schaltungstechnik, Springer-Verlag, Berlin, 2002
P. Horowitz, W. Hill, The art of electronics, Cambridge University Press, 2005

Schaltnetzteile bestehen aus Spule, Kondensatoren, Dioden und Transistor. Sie setzen eine Gleichspannung hoch oder runter.

In diesem Versuch wird ein Aufwärtswandler untersucht, der eine Spannung von 5 V aus 12 V hochsetzt. Mit dem Oszilloskop werden charakteristischer Kennlinien, wie Spannungs- und Stromverlauf an der Spule aufgezeichnet.

Der Aufwärtswandler - Versuchsaufbau, Funktion und Formeln



Schaltung des Aufwärtswandlers
Abb. 1: Schaltungsaufbau des Aufwärtswandlers.

Bei einer Eingangsspannung von 5 V soll am Ausgang 12 V und 50 mA bereitgestellt werden. Die Stromwelligkeit an der Spule soll maximal 20 % vom Eingangsstrom betragen. Der Wirkungsgrad der Schaltung beträgt 70 %. Sie wird mit einem Bipolartransistor BC141 und Vorwiderstand aufgebaut. Die Steuerspannung wird mit einem Frequenzgenerator erzeugt und beträgt 5 V.

L=9 mH

C2 = 100 μF

Leistungsbilanz: $$\eta \cdot U_e \cdot I_e = U_a \cdot I_a$$
Tastverhältnis: $$g = {t_1 \over T}, \quad f={1 \over T}$$
Ausgangsspannung: $$U_a=\frac{T}{T-t_1}\cdot U_e,\quad t_1=T-\frac{U_e \cdot T}{U_a}$$
Stromwelligkeit: $$\Delta I_L=\frac{1}{f \cdot L} \cdot (U_a-U_e)\cdot \frac{U_e}{U_a} $$
Vorwiderstand: $$R_V=\frac{U_{St}-U_{BE}}{ü\cdot I_B}$$
Gleichstromverstärkungsfaktor: $$B=\frac{I_C}{I_B}$$

1 Funktion des Wandlers

Wähle die korrekten Aussagen aus.

Bestimme den Name des Schaltnetzeils.
Wähle eine Antwort.

  1. Vorwärtswandler
  2. Rückwärtswandler
  3. Seitwärtswandler
  4. Aufwärtswandler


Nenne die korrekte Betriebsart des Wandlers.
Wähle eine Antwort.

  1. lückend
  2. nicht lückend
  3. gerade nicht lückend
  4. total lückend




2 Berechnung Bauteile und Zeiten

  1. Zeige, dass der Eingangsstrom 171,4 mA beträgt.
  2. Zeige, dass die Stromwelligkeit 34,3 mA beträgt.
  3. Bereche die Periodendauer T (105,7 µs) des PWM-Signals (Ust), bei gegebener Induktivität L, die notwendige Impulsdauer t1 sowie das Tastverhältnis g des Transistors.
  4. Berechne UL1 und UL2.
  5. Berechne den Lastwiderstand RL.
  6. Zeige, dass mit IC = 770 mA, B = 50, USt = 5 V und ü = 3 der Vorwiderstand RV = 93 Ω beträgt.

3 Messung Stromwelligkeit

  1. Baue die Schaltung auf und messe die Ergebnisse mit dem Oszilloskop nach. Beachte, dass hierfür der Einsatz eines Tastkopfes notwendig ist und für den Strom ein Messwiderstand verwendet werden muss. Dokumentiere folgende Signalverläufe:

    USt(t),

    UL(t),

    IL(t).

  2. Bestimme die maximale Ausgangsspannung und den dazugehörigen Tastgrad.

  3. Bestimme die maximale Ausgangsspannung, wenn der Lastwiderstand verdoppelt, bzw. vervierfacht wird.

  4. Simuliere die Signalverläufe mit einem Schaltungssimulationsprogramm.