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Spannungswandler für Gleichspannung - einfach erklärt

Immer wieder steht man vor dem gleichen Problem: Man hat eine Spannungsquelle aber man benötigt daraus eine kleinere oder größere Gleichspannung. Soll man nun für jede notwendige Spannung ein eigenes Netzteil einbauen? Schnell übersteigt dann ein Projekt jeglichen Platz- und Kostenrahmen. Dabei gibt es zahlreiche praktische und solide Lösungen für Spannungswandler. Hier stelle Ihnen ein paar Tipps zum Thema Spannungswandler vor. Denn um den richtigen Spannungswandler zu kaufen sind viele Überlegungen notwendig. Wir von ELKOBA geben Ihnen Antworten und Tipps zu Ihren Fragen.

1) Begriffe rund um den Gleichspannungswandler

  • AC: alternating current: bezeichnet Wechselstrom
  • DC: direct current: bezeichnet Gleichstrom
  • Spannungswandler: Wandelt eine Eingangsspannung in eine höhere oder niedrigere Spannung um
  • Transformator: Kann nur Wechselspannung transformieren, wird begrifflich leider auch oft für DC verwendet
  • Linearwandler: Klassische, einfache Wandler mit hohen Verlusten
  • Schaltwandler: Komplexe Gleichspannungswandler mit geringen Verlusten
  • DC-Wandler: Allgemeiner Begriff für Gleichspannungswandler

 

2) Welche Arten von Gleichspannungswandler gibt es?

Um Gleichspannung zu wandeln gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Wir stellen Ihnen hier die gebräuchlichsten Arten an Gleichspannungswandlern vor:

2.1) Lineare Spannungsregler

Bild Spannungswandler Stabi aus der LM-Serie

Lineare Spannungsregler bzw. lineare Gleichspannungswandler sind sehr preiswert, kompakt aufgebaut und lassen sich somit sehr preiswert kaufen. Sehr häufig anzutreffen sind lineare Spannungsregler als sogenannte Stabis im TO220-Gehäuse. Sehr populär sind lineare Spannungsregler aus der LM78-Serie. Diese kleinen Spannungswandler erreichen typisch Ströme von bis zu 2 Ampere. Einige Varianten können auch Ströme bis 10 Ampere verarbeiten. Allerdings wird die Leistung von Abwärmeverlusten teils dramatisch hoch. Immerhin sind in ungünstigen Fällen Wirkungsgrade von 50% oder darunter kein Problem. Die überflüssige Spannung wird im einfachsten Fall über einen Widerstand reduziert. Durch den Stromfluss über den Widerstand und den Spannungsabfall ergibt sich jedoch reichlich Verlustleistung. Somit hat ein linearer Spannungsregler den Vorteil des günstigen Preises. Aber der Preis wird erkauft mit erheblichen Energieverlusten.

2.2) kleine Schaltregler als Bauteil

Bild Spannungswandler Schaltregler im TO220-Gehäuse als Mini-Wandler

Im einfachsten Fall kommen kleine Schaltregler in der gleichen Gehäuseform wie lineare Spannungswandler daher. Zwar sind die Bauteile etwas dicker als ihre einfachen Verwandten. Dafür lässt sich aufgrund höherer Effizienz viel Fläche durch kleinere Kühlkörper einsparen. Wirkungsgrade von deutlich über 70% lassen sich bereits mit kleinen Schaltreglern als Spannungswandler gut realisieren

Bild Extremvariante DC-Wandler LAMDA NEMIC 400V auf 5V und satte 200A und bei 12V 25A

Es gibt bei Gleichspannungswandlern natürlich auch Exoten und Extreme. Wie zum Beispiel dieses Hochleistungsmodul wie im Bild oben. Dieser 12V Spannungswandler kann Eingangsspannungen im Bereich 200V bis 400V DC verarbeiten. In einer 5V-Version kann ein ähnlicher Spannungswandler aus 400V Gleichspannung 200A Ausgangsstrom liefern.

2.3) DC-Schaltwandler als Baugruppe

Bild DC-Wandler aus der SD-Serie von ELKOBA

Wenn mehr Energie fließen muss, dann sind professionelle DC-Wandler die richtige Wahl. Denn diese Spannungswandler fangen da an wo kleine Lösungen aufhöhren. Solide Spannungswandler für größere Leistungen beginnen bei ca. 5W und reichen an 1.000W Leistung heran. Häufige anzutreffende Ausgangsspannungen dieser Gleichspannungswandler sind 12V, 24V oder 48V. Ein hoher Anspruch leistungsstarker DC-Wandler ist Energieeffizienz. Je weniger Verluste auftreten desto weniger Abwärme fällt an. Entsprechend kompakt können Kühlkörper und Lüftereinheiten ausfallen.


 

3) Gleichspannungswandler in tabellarischer Übersicht

Nach so viel Text und Informationen über Spannungswandler und DC-Konverter gebe ich Ihnen hier die wesentlichen Inhalte nochmal in einer kurzen Übersicht:

Spannungswandler Typ Leistung Preis Effizienz Restwelligkeit Kühlfläche

Linear

gering gering gering gering hoch
Bauteil mittel mittel mittel mittel gering
Baugruppe hoch hoch hoch mittel gering

 

4) Einsatzgebiete für Gleichspannungswandler

Spannungswandler und DC-Wandler werden überall dort eingesetzt wo die bereitgestellte und die benötigte Spannung erheblich voneinander abweichen. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Gartenlaube. Auf dieser Gartenlaube ist eine Solarzelle installiert die einen Akku versorgt. Nun kann der Akku je nach Ladezustand 11V oder aber auch fast 14V haben. Sie benötigen für Ihre LED-Leuchte jedoch exakt 12V. Nun können Sie entweder Ihre LED direkt am 12V Akku anschließen und warten bis die LED den Dienst quitiert. Oder Sie schalten einen 12V Spannungswandler dazwischen. Dieser stellt Ihnen immer 12V bereit. Einziger Denkfehler an der Sache: Der Spannungswandler wird Ihren Akku gnadenlos leersaugen. Denken Sie bitte in diesem Fall an einen Tiefentladeschutz für Ihren Akku. Natürlich reichen die Anwendungsfelder für DC-Wandler weit über den Hobbybereich hinaus. Denken Sie nur an die zahlreichen Elektrofahrzeuge, die alle weiter 12V für das Autoradio benötigen. Oder an die vielen 5V-Anschlüsse für USB-Geräte an PoE oder anderen EDV-Geräten. Und schließlich an die Industrietechnik, wo Spannungswandler in nahezu allen Bereichen zu finden sind. Egal ob Fördertechnik, Automatisierung, Avionik oder Event und Messe. Überall lassen sich kleine und große Spannungswandler oder DC-Konverter finden.


 

5) Wofür sind DC-Spannungswandler nicht geeignet?

Obwohl DC-Wandler heute sehr robust und universell einsetzbar sind - für ein paar Bereiche sind Spannungswandler nicht ohne Zubehör geeignet. So können reine DC-Spannungswandler nicht einfach zwischen Solarzelle und Verbraucher geschaltet werden. Für Photovoltaik werden spezielle Laderegler benötigt welche die speziellen Eigenschaften einer Solarzelle mit berücksichtigen. Außerdem sind Gleichspannungswandler in Schalt-Technik nicht für den Betrieb großer induktiver oder kapazitiver Lasten geeignet. Klingt kompliziert? Ist aber eigentlich ganz einfach: Wenn Sie einen 12V Spannungswandler direkt an Halogenlampen anschließen, dann wird Ihr 12V Spannungswandler ausschalten oder (bei billigen Versionen) sterben. Und das obwohl die Nennspannung der Lampe eigentlich zum 12V DC-Wandler passen müsste. Der Grund ist, dass eine kalte Halogenlampe einen viel höheren Einschaltstrom hat als es der Nennstrom vermuten lässt - nämlich den drei- bis vierfachen Startstrom. Wieder ein Grund mehr z.B. Fahrzeugbeleuchtungen an Elektrofahrzeugen besser auf effiziente LEDs umzurüsten.


 

6) Fazit Gleichspannungswandler

In Hobby-, Labor- und Musteraufbauten kommen noch immer preiswerte Linearspannungsregler zum Einsatz. Sobald jedoch Effizienz und Kompaktheit eine Rolle spielen werden moderne Gleichspannungswandler in Schalttechnik eingesetzt.

Sie haben weitere Fragen zu Technik, Daten und Preis von Ihrem DC-Wandler in 12V, 24V oder 48V? Wir bei ELKOBA sind für Sie da.

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