Was ist ein Forward-Konverter?
Ein Vorwärtswandler ist ein Gerät, bei dem sich die Leistung von der Eingangsseite eines Stromkreises zum Ausgangsende in eine einzige Richtung bewegt. Es handelt sich um eine Art Schaltnetzteil, das bei ungeregelten Gleichstromeingangsnetzteilen (DC) verwendet wird und einen Kern, einen Transformator und einen Schalter in seiner grundlegendsten Form enthält. Im Transformator wird keine Energie gespeichert, wenn der Schalter leitend ist, wie in einem Sperrwandler, und das Gerät selbst ist auch energieeffizienter. Der aus den Buck- und Boost-Wandlern der 1920er-Jahre abgeleitete Vorwärtswandler wurde erstmals Mitte der 1950er-Jahre für Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlersysteme mit einer Leistung von weniger als 100 Watt entwickelt.
Die meisten Stromrichter übertragen Strom, wenn sie eingeschaltet sind, und haben eine konstante Rate, in der ihre Ein- und Ausschaltzustände geschaltet werden. Die Frequenz des Schaltens wird durch Pulsweitenmodulation gesteuert. Diese Charakteristik des Vorwärtswandlerschalters ändert sich mit dem durch den Eingang kommenden Durchfluss, und gleichzeitig steuert der Ein-Zustand des Schalters den elektrischen Ausgang. Längere Einschaltzeiten sollten einen besseren Wirkungsgrad bedeuten, aber auch dazu führen, dass die Rücksetzspannung ansteigt, was sich negativ auf die Leistung des Umrichters auswirkt. Entwickler müssen auch die Spannung und den Strom des Schalters sowie das Verhalten des Schalters bei hohen Frequenzen berücksichtigen.
Ein wichtiges Merkmal des Vorwärtswandlers ist, dass kein Strom zwischen verschiedenen Segmenten fließt, die durch einen Leiter verbunden sind. Das Gerät wird auch nicht von einer Person aufgeladen, die es berührt. Durch diese galvanische Trennung ist der Konverter sicher zu verwenden und eine effiziente Möglichkeit, elektrische Ströme umzuwandeln. Der Transformator des Umrichters hat metallische Drahtwicklungen, die gleichzeitig Strom leiten, aber entgegengesetzte magnetomotorische Kräfte haben. Konfliktkräfte in der Primär- und Sekundärwicklung regulieren den Magnetfluss, sodass plötzliche Änderungen des Energieniveaus keine Spannungsspitzen verursachen.
Die eingefangene Energie wird in einem Vorwärtswandler durch eine dritte Wicklung weiter geregelt, durch die Strom geleitet wird, um den Anstieg der Energieniveaus zu mildern. Bei Verwendung für höhere elektrische Spannungen weisen die Wandler Primär- und Tertiärwicklungen auf, die zur effizienteren Übertragung elektromagnetischer Energie zusammengewickelt sind. Insgesamt ist das Design des Forward-Konverters über die Jahre gleich geblieben. Die Fähigkeit, das Design zu verbessern und kleinere Schaltkreise zu konstruieren, hat es den Ingenieuren jedoch ermöglicht, Wandler mit Schaltfrequenzen von mehr als 500 Kilohertz zu bauen.