Betrachten wir nochmal die Halbbrückenschaltung mit induktiver Last aus dem vorherigen Kapitel. Der untere Schalter kann in einigen Fällen durch eine Diode ersetzt werden.
An der Diode liegt immer die negative Ausgangsspannung UD = – UAus an. Ist der obere Schalter geschlossen, beträgt die Ausgangsspannung UAus = U0. An der Diode liegt die Spannung UD = – U0 an, also ist die Diode gesperrt. Der Strom fließt von oben nach unten, also entgegen der Stromflussrichtung dieser Diode. Die Diode ist bezogen auf die Spannungsrichtung der Quelle falsch herum verbaut. Sie kann keinen Strom leiten, der direkt von der Quelle kommt.
Ist der obere Schalter offen, fließt der Spulenstrom weiter von links nach rechts. Der Strom kommutiert auf die Diode. Die Spannung an der Diode wird jetzt nicht mehr von U0 bestimmt, denn der ober Schalter ist offen. Der offene obere Schalter trennt die Schaltung von der Quelle ab. Die Diode ist leitend und weist damit ihre Flussspannung auf. Es gilt deshalb UD = UF und UAus = – UF.
Warum sollte man den unteren Schalter durch eine Diode ersetzen?
1. Es kann keinen versehentlichen Kurzschluss der Quelle geben, denn niemals leiten beide Schalter gleichzeitig.
2. Es kann keinen Stromabriss an der Spule geben, denn die Diode übernimmt den Strom ohne aktive Ansteuerung von selbst.
3. Eine Diode ist billiger als ein Schalter.
4. Die statische Verlustleistung der Diode ist (oft) geringer. Das verstehen Sie erst später im Semester.
Nachteile der Lösung:
1. Sie funktioniert nur bei einer Laststromrichtung.
2. Die Ausgangsspannung ändert sich zwischen den Werten UAus = – UF und UAus = U0. Sie nimmt nicht mehr den Wert UAus = 0V an. Wir müssen also etwas anders rechnen. Bei hohen Quellenspannungen wird dieser Effekt oft vernachlässigt.
Allgemein gilt: Werden zwei „aktive“ Schalter verwendet, muss man beim Schalten aufpassen, dass immer ein Schalter offen und der andere geschlossen ist. Andernfalls wird immer etwas in der Schaltung zerstört. Dioden erleichtern hier das Leben und sie schaffen Sicherheit.
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