Rechner für invertierende Buck-Boost-Wandler

Ein invertierender Buck-Boost-Wandler ist eine getaktete DC-DC-Topologie, deren Ausgangsspannung die entgegengesetzte Polarität zur Eingangsspannung hat. Während der Einschaltphase speichert die Quelle Energie in einem Induktor, während die Diode den Ausgang trennt. Während der Ausschaltphase kehrt der Induktor seine Klemmenspannung um und überträgt Energie durch die Diode an Ausgangskondensator und Last. Durch Ändern des Einschaltanteils jeder Schaltperiode lässt sich ein Ausgangsbetrag unterhalb oder oberhalb der Eingangsspannung erzeugen. Für einen idealen Wandler im kontinuierlichen Strombetrieb gilt: Ausgangsspannungsbetrag geteilt durch Eingangsspannung ist gleich Tastgrad geteilt durch eins minus Tastgrad. Umgestellt ergibt sich Tastgrad = Ausgangsbetrag geteilt durch die Summe aus Eingangs- und Ausgangsbetrag. Bei 12 V Eingang und 5 V Ausgangsbetrag beträgt der ideale Tastgrad daher etwa 29.41 Prozent. Der reale Regler benötigt eventuell einen leicht abweichenden Wert, weil Halbleiterspannungsabfälle, Wicklungswiderstand, Schaltverluste und Steuerungsverbrauch in der idealen Gleichung fehlen. Der Ausgangsstrom ist die Ausgangsleistung geteilt durch den Ausgangsspannungsbetrag. Der mittlere Eingangsstrom wird über die Leistungsbilanz mit Wirkungsgrad geschätzt: Ausgangsleistung geteilt durch das Produkt aus Eingangsspannung und dezimalem Wirkungsgrad. Der angezeigte mittlere Induktorstrom folgt der Beziehung im kontinuierlichen Betrieb: Ausgangsstrom gleich Induktorstrom mal eins minus Tastgrad. Diesem Mittelwert überlagert sich ein Rippelstrom. Vor der Induktorauswahl muss er aus Induktivität, Schaltfrequenz, angelegter Spannung und Betriebsintervall berechnet werden. Der Wirkungsgrad beeinflusst Eingangsstrom und thermische Auslegung stark, auch wenn er den hier angezeigten idealen Tastgrad nicht verändert. Verlustleistung wird im Schalter, in der Diode oder im Synchrongleichrichter, im Induktor, im Ersatzwiderstand des Kondensators und in der Steuerung zu Wärme. Strombelastbarkeiten brauchen Reserve über den berechneten Mittelwerten, da Spitzen- und Effektivwerte höher liegen. Auch Anlauf, Strombegrenzung, lückender Betrieb, minimale Einschaltzeit und Transientenverhalten entscheiden über die Praxistauglichkeit eines Arbeitspunkts. Nutze den Rechner für eine erste Topologiebewertung, nicht für die endgültige Bauteilauswahl. Prüfe, ob der Regler eine invertierende Schaltung und den nötigen Tastgradbereich unterstützt und alle absoluten maximalen Pinspannungen eingehalten werden. Bestimme Induktivität und Rippel, Kondensator-Rippelstrom, Schalterbelastung, Diodensperrspannung, Kompensation und thermische Grenzen anhand des Datenblatts. Der Ausgang liegt unterhalb der Eingangsmasse; das beeinflusst Tastköpfe, Steckverbinder, Rückkopplungsnetzwerke und nachfolgende Schaltungen. Schließe die Masseklemme eines geerdeten Oszilloskops niemals so an, dass sie den negativen Ausgang kurzschließt.