Ist Gleichstrom transformieren?

Gleichspannungstransformation: Ein Irrtum und seine Lösung

Der Begriff “Gleichspannung transformieren” ist irreführend. Im Gegensatz zu Wechselspannung, die mit Transformatoren effizient in ihrer Spannung verändert werden kann, lässt sich Gleichspannung nicht direkt mit diesen Geräten umwandeln. Dies liegt im fundamentalen Wirkprinzip des Transformators begründet: Dieser beruht auf elektromagnetischer Induktion, die nur bei wechselnden Magnetfeldern auftritt. Ein Gleichstrom erzeugt ein konstantes Magnetfeld, welches keine Induktion in einer sekundären Spule hervorruft und somit keine Spannungsumwandlung ermöglicht.

Versucht man, einen Transformator mit Gleichstrom zu betreiben, erhält man lediglich einen kurzen Spannungsimpuls beim Ein- und Ausschalten, verursacht durch die kurzzeitige Änderung des Magnetfeldes. Eine kontinuierliche Spannungsumwandlung findet nicht statt.

Statt Transformatoren werden zur Umwandlung von Gleichspannung Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) eingesetzt. Diese nutzen verschiedene elektronische Schaltungen, um die Gleichspannung effizient zu erhöhen (Step-up) oder zu erniedrigen (Step-down). Die Wahl der geeigneten Topologie hängt dabei stark von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Einige gängige Topologien sind:

• Buck-Wandler (Abwärtswandler): Erniedrigt die Eingangsspannung. Sie sind besonders effizient bei Anwendungen, die eine niedrigere Ausgangsspannung benötigen.

• Boost-Wandler (Aufwärtswandler): Erhöht die Eingangsspannung. Finden Anwendung, wenn eine höhere Spannung benötigt wird, als am Eingang zur Verfügung steht.

• Buck-Boost-Wandler: Kann sowohl die Eingangsspannung erhöhen als auch erniedrigen, abhängig von der Schaltungskonfiguration. Bietet somit eine hohe Flexibilität.

• Cuk-Wandler und SEPIC-Wandler: Weitere, komplexere Topologien, die besondere Vorteile in Bezug auf Effizienz oder Eigenschaften der Ausgangsspannung bieten. Sie werden oft in speziellen Anwendungen eingesetzt.

Die Auswahl des passenden Wandlers richtet sich nach Faktoren wie:

• Eingangsspannung: Die Spannung, die dem Wandler zugeführt wird.
• Ausgangsspannung: Die gewünschte Spannung am Ausgang.
• Ausgangsstrom: Der benötigte Strom am Ausgang.
• Effizienz: Der Wirkungsgrad des Wandlers, der die Energieverluste beschreibt.
• Kosten: Die Anschaffungskosten des Wandlers.
• Größe und Gewicht: Relevant für mobile Anwendungen.

Historisch wurden Hochspannungsumwandler, insbesondere in Röhrentechnik, auch als Transverter bezeichnet. Dieser Begriff ist jedoch heute eher veraltet und wird weniger verwendet. Er unterstreicht aber die historische Suche nach Lösungen zur Gleichspannungsumwandlung, bevor die moderne Leistungselektronik mit ihren effizienten DC-DC-Wandlern zur Verfügung stand.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Während der Begriff “Gleichspannung transformieren” technisch ungenau ist, existieren effiziente Methoden zur Umwandlung von Gleichspannung, die auf verschiedenen Arten von Gleichspannungswandlern basieren. Die Wahl des passenden Wandlers hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab.