Projektlabor Robotik MINTgrün

Der Step-Down- oder Buck-Konverter ist ein Gleichspannungswandler, der eine Eingangsspannung in eine niedrigere Ausgangsspannung umwandelt. So können zum Beispiel Bauteile betrieben werden, die eine niedrigere Betriebsspannung benötigen, als die Spannungsversorgung zur Verfügung stellt.

Der Step-Down Konverter besitzt 4 Kontakte: IN-, IN+, OUT- und OUT+ (s. Abb.1). IN steht dabei für den Eingang und OUT für den Ausgang. Das Plus und das Minus beziehen sich auf die Polarität, also „+“ für den positiven Kontakt der Spannungsquelle (meist rotes Kabel) und „-“ für den negativen Kontakt der Spannungsquelle (meist schwarzes Kabel). Hat man nun den Eingang mit der runter zu regelnden Spannungsquelle und den Ausgang mit dem zu betreibenden Bauteil verbunden, kann die gewünschte Ausgangsspannung mit der Stellschraube auf der Platine des Konverters eingestellt werden. Um eine bestimmte Ausgangsspannung zu erreichen, ist es sinnvoll, den Ausgang erst mit einem Multimeter zu messen, die Schraube einzustellen und anschließend das Bauteil anzuschließen.

Abbildung 1: Ein Step-Down Konverter im Labor

Die Last (Bauteil am Ausgang) ist über eine Spule und einen Kondensator an die Versorgungsspannung angeschlossen. Ein Schalter (zum Beispiel ein Transistor) wird zwischen Eingang und Last geschaltet und kann so den Stromkreis schließen und unterbrechen. Aufgrund des Aufbaus eines Kondensators, braucht es eine gewisse Zeit, bis die Spannung über dem Kondensator vollständig aufgebaut ist, der Kondensator wird also praktisch „aufgeladen“. Wenn der Schalter immer geschlossen und dann wieder geöffnet wird, bevor der Kondensator vollständig aufgeladen ist, liegt effektiv nicht die volle Eingangsspannung am Ausgang an. Je schneller der Schalter geöffnet und geschlossen wird, desto weniger wird der Kondensator ausgeladen und desto geringer ist die Spannung am Ausgang. Die Spule dient als Energiespeicher. Ist der Schalter geschlossen, speichert die Spule Energie und gibt diese wieder frei, sobald der Schalter geöffnet ist. So liegt in den Phasen, in den der Schalter geöffnet ist, trotzdem eine Spannung am Ausgang an. Die Frequenz mit der der Schalter öffnet und schließt, und somit auch die Ausgangsspannung, wird in unserem Beispiel über die Stellschraube auf der Platine eingestellt.