Push-in-Spannungswandler
Eine der beliebtesten Topologien von Schaltspannungswandlern ist ein Gegentaktwandler oder Push-Pull (wörtlich Gegentakt).
Im Gegensatz zu einem Single-Cycle-Sperrwandler wird die Energie im Pool-Pool-Kern nicht gespeichert, da es sich in diesem Fall um den Kern des Transformators handelt und nicht Drosselklappenkern, dient es hier als Leiter für einen magnetischen Wechselfluss, der wiederum von zwei Hälften der Primärwicklung erzeugt wird.
Trotz der Tatsache, dass es sich hierbei genau um einen Impulstransformator mit festem Übersetzungsverhältnis handelt, kann die Stabilisierungsspannung des hochgezogenen Ausgangs dennoch durch Ändern der Breite der Betriebsimpulse (mit) geändert werden Pulsweitenmodulation).
Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades (Wirkungsgrad bis zu 95 %) und der galvanischen Trennung des Primär- und Sekundärkreises werden Push-Pull-Schaltwandler häufig in Stabilisatoren und Wechselrichtern mit einer Leistung von 200 bis 500 W (Netzteile, KFZ) eingesetzt Wechselrichter, USV usw. .)
Die folgende Abbildung zeigt ein allgemeines Schema eines typischen Gegentaktwandlers.Die Primär- und Sekundärwicklung verfügen über Mittelabgriffe, so dass in jeder der beiden Betriebshalbwellen, wenn nur einer der Transistoren aktiv ist, die eigene Hälfte der Primärwicklung und die entsprechende Hälfte der Sekundärwicklung eingeschaltet werden Die Spannung fällt nur an einer der beiden Dioden ab.
Der Einsatz eines Vollweggleichrichters mit Schottky-Dioden am Ausgang eines Push-Down-Wandlers ermöglicht eine Reduzierung der aktiven Verluste und eine Steigerung des Wirkungsgrades, da es wirtschaftlich sinnvoller ist, zwei Hälften der Sekundärwicklung zu wickeln, als die Verluste zu absorbieren (finanziell und aktiv) mit einer Diodenbrücke aus vier Dioden.
Die Schalter in der Primärschleife eines Gegentaktwandlers (MOSFET oder IGBT) müssen für die doppelte Versorgungsspannung ausgelegt sein, um nicht nur der Einwirkung der Quell-EMF, sondern auch der zusätzlichen EMF-Einwirkung, die während des Betriebs der anderen Schalter entsteht, standzuhalten.
Die Geräteeigenschaften und die Funktionsweise der Gegentaktschaltung sind im Vergleich zu einer Halbbrücke, Vorwärts- und Rückwärtsschaltung, günstig. Anders als bei einer Halbbrücke besteht keine Notwendigkeit, den Schaltersteuerkreis von der Eingangsspannung zu entkoppeln. Der Wandlermechanismus funktioniert als zwei Pull-Forward-Wandler in einem Gerät.
Außerdem benötigt der Tief-Pull-Down-Wandler im Gegensatz zum Vorwärtswandler keine Begrenzungsspule, da eine der Ausgangsdioden auch bei geschlossenen Transistoren weiterhin Strom leitet. Schließlich werden im Gegensatz zum Umkehrwandler der Taster und der Magnetkreis sparsamer genutzt und die effektive Impulsdauer ist länger.
Push-Pull-Stromsteuerschaltungen werden in eingebetteten Netzteilen für elektronische Geräte immer beliebter. Mit diesem Ansatz wird das Problem der erhöhten Belastung der Tasten vollständig beseitigt. Im gemeinsamen Source-Schaltkreis der Schalter ist ein Shunt-Widerstand enthalten, von dem die Rückkopplungsspannung zum Stromschutz entfernt wird. Die Dauer jedes Schalterbetriebszyklus ist ab dem Zeitpunkt begrenzt, an dem der Strom den angegebenen Wert erreicht. Unter Last wird die Ausgangsspannung üblicherweise durch PWM begrenzt.
Beim Design eines Push-Pull-Wandlers wird besonderes Augenmerk auf die Auswahl der Schalter gelegt, damit der offene Kanalwiderstand und die Gate-Kapazität möglichst gering sind. Zur Steuerung der Gates von Feldeffekttransistoren in einem Gegentaktwandler werden am häufigsten Gate-Treiber-Mikroschaltungen verwendet, die ihre Aufgabe auch bei Frequenzen von Hunderten von Kilohertz, die für gepulste Stromversorgungen jeglicher Topologie charakteristisch sind, problemlos bewältigen.