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Gleichstromwandler, auch DC/DC-Wandler oder DC/DC-Converter genannt, sind elektrische Schaltungen und Bauteile von Netzteilen. Sie wandeln Gleichspannung (DC = „direct current“, englisch für Gleichstrom) am Eingang in eine höhere, niedrigere oder invertierte Gleichspannung am Ausgang um. So können stabile Spannungen gewährleistet werden...

Wissenswertes zu DC/DC-Wandler

Was sind DC/DC-Wandler?

Gleichstromwandler, auch DC/DC-Wandler oder DC/DC-Converter genannt, sind elektrische Schaltungen und Bauteile von Netzteilen. Sie wandeln Gleichspannung (DC = „direct current“, englisch für Gleichstrom) am Eingang in eine höhere, niedrigere oder invertierte Gleichspannung am Ausgang um. So können stabile Spannungen gewährleistet werden, auch wenn die Last des Netzteils stark schwankt. In der Elektronik müssen Spannungen permanent umgewandelt werden, um möglichst viele Geräte an der gleichen Stromquelle nutzen zu können. Deshalb sind DC/DC-Wandler vor allem im Elektrotechnikbereich unentbehrlich. Wird eine Eingangsspannung invertiert, wird die Wellenlänge einer Spannung umgekehrt. Ein großer Vorteil eines DC/DC-Wandlers besteht darin, dass beim Umwandlungsprozess nur minimale Spannungsverluste eintreten. Der Toleranzbereich wird dabei nicht überschritten und beträgt deutlich unter 5 Prozent. Für den Verbraucher heißt das, dass durch den minimalen Spannungsverlust keine Schäden am Endgerät auftreten können.

Gleichspannungswandler finden Anwendung unter anderem im Bereich der Computerhardware, Maschinentechnik und Fahrzeugtechnik.

Gleichspannungswandler werden zudem als gekapselte Wandlermodule angeboten. Gekapselte Wandler werden für Kleinspannungen verwendet. Dabei beträgt die maximale Leistung zwischen 1,5 kV und 3 kV. Zu den Einsatzorten gehören 24-V-Industrieanlagen sowie 48-V-Telekommunikationstechnologien.

Transverter wiederum sind Gleichspannungswandler, die für hohe Ausgangsspannungen ausgelegt sind.

Zu den wichtigsten Kennwerten eines DC/DC-Wandlers gehören:

Spannungsfestigkeit zwischen Ein- und Ausgang:

Aktive und passive Bauteile verfügen über ein Limit der maximalen Spannung für einen problemlosen Betrieb. Die Spannungsfestigkeit gibt diesen Wert wieder.

Wirkungsgrad:

Der Wirkungsgrad ist ausschlaggebend für die Effektivität des Wandlers. Je kleiner das Verhältnis der zugeführten zur nutzbaren Energie, desto effektiver ist der Wandler.

Schutzmaßnahmen:

Um optimale Betriebsbedingungen zu garantieren, müssen alle nötigen Schutzmaßnahmen geprüft werden. Dazu gehört der Temperatur-, Überspannungs- und Kurzschlussschutz. Die Abschirmung gegenüber Störsignalen ist ebenfalls ein wichtiger Schutzmechanismus.

Ein- und Ausgangsspannung:

DC/DC-Wandler können Ausgangsspannungen verkleinern, vergrößern und umkehren. Die Eingangsspannung sollte nicht höher sein als vom Hersteller angegeben.

Nennspannungen:

Die Nennspannung wird vom Hersteller angegeben. Sie dient zur Ermittlung des Stromverbrauchs während des normalen Betriebs. Aufgrund von Normen umhüllt ein Toleranzbereich diesen Wert. Nennspannungen variieren je nach Anwendungsbereich und reichen von herkömmlichen 12-V- bis zu 1000-V-Wechselspannungen. In Industrieanlagen sind Nennspannungen von 24 V, 42 V und 48 V üblich. 

Klassifizierungen der Gleichspannungswandler

DC/DC-Wandler haben Klassifizierungen. Unterschieden werden Sperr-, Fluss- und Resonanzwandler.

Sperrwandler:

Sperrwandler sollen galvanisch getrennte Ein- und Ausgangsseiten mit elektrischer Energie versorgen. Dabei wird der Wandler als Spannungsüberträger genutzt. Sie werden für primärgetaktete Schaltnetzteile mit kleiner Leistung verwendet (unter 250 W).

Was ist eine galvanische Trennung? Mit einer galvanischen Trennung werden die beiden elektrischen Potentiale voneinander getrennt. Demnach sind die Stromkreise untereinander potentialfrei. Wo wird eine galvanische Trennung benötigt? Soll ein Stromkreis unter Trennung beider Bezugspotentiale in einem Gehäuse oder einer ähnelnden Einheit auf den anderen einwirken, wird die galvanische Trennung genutzt. Beispielsweise kann sie bei Datenübertragungen, im messtechnischen sowie audiotechnischen Bereich erforderlich sein.

Eintaktflusswandler:


Eintaktflusswandler werden bei Leistungen von 100 Watt bis zu 500 Watt eingesetzt. Im Gegensatz zu Sperrwandlern sind sie für höhere Leistungen ausgelegt. Grund dafür ist der verbesserte Wirkungsgrad.

Gegentaktflusswandler:

Die Spannungsumsetzung erfolgt durch einen Hochfrequenztransformator. Dadurch können extrem hohe Ausgangsspannungen erzeugt werden.

Resonanzwandler:

Sie Resonanzwandler stellen eine eigene Klasse der DC/DC-Wandler dar. Unterschieden werden zwei große Baugruppen:
a) Baugruppen für Leistungsanwendungen ab 1 kW und höher. Ziel ist es, die Verlustleistungen weitestgehend zu minimieren.
b) Baugruppen für kleine Leistungsbereiche bis 10 W. In Anwendung mit kostenintensiven Bauteilen, die mit der kleinstmöglichen Anzahl an Bauteilen auskommen müssen, wird diese Art der Resonanzwandler verwendet.

Weitere Wandlertypen für eine Zwischenschaltung mit Speicherdrosseln und Kondensatoren sind:
a) Ab- und Aufwärtswandler
b) Inverswandler
c) Synchronwandler
d) Kaskadierter Auf- und Abwärtswandler
e) Ladungspumpen

FAQ – häufig gestellte Fragen zu DC/DC-Wandlern und Kaufkriterien


1. Wann ist ein Dauereinsatz eines Wandlers möglich?

Für einen dauerhaften Einsatz müssen vorab alle Schutzmaßnahmen geprüft werden:
o Thermischer Schutz auf dem anzubringenden Gerät
o Überspannungsschutz
o Schutz gegen Kurzschlüsse und Verpolung

2. Welcher Ausgangsstrom wird benötigt?

Je nachdem, wo der DC/DC-Wandler eingesetzt wird, sind bestimmte Ausgangsspannungen möglich. Angefangen bei 1 mA liefern Gleichstromwandler bis zu 80 Ampere. Händler bieten weit mehr als 30 unterschiedliche Differenzierungen an.

3. Welche Bauform sollten das Gehäuse und die Pins haben?

Die Bauform richtet sich nach Anwendungsort und vorhandenem Platz. Entscheidend sind zudem die Anschlussstellen. Unterschieden werden Lötpads, Lötpins, normale Pins, Federklemmen, Schraubklemmen, Kabelanschlüsse und SMD-Anschlüsse.

4. Welchen Unterschied gibt es zwischen den Nennspannungen?

Einige Gleichstromwandler können als Wechselrichter eingesetzt werden. Demnach sind sie in der Lage, „alternating current“ (AC), also die Wechselspannung, in Gleichspannung umzuwandeln. Angeboten werden Wandler mit Nennspannungen von 3,3 V bis zu 120 V.

5. Wie viel Leistung wird benötigt?

Die Leistung eines DC/DC-Wandlers wird in Watt angegeben. Erhältlich sind Gleichspannungswandler mit geringen Leistungen wie 0,25 W bis hin 700 Watt.

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