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Step-Up-Wandler

http://sites.prenninger.com/elektronik/solar/solar-leuchten/step-up-wandler

http://www.linksammlung.info/

http://www.schaltungen.at/

                                                                                             Wels, am 2019-04-27

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                Gleichspannungswandler

Sperrwandler:   Eintaktflusswandler:   Gegentaktflusswandler:   Resonanzwandler:

https://www.conrad.at/de/o/dc-dc-wandler-2110720.html

DC/DC-Wandler

DC-DC step-up Converter
USB step-up Dc-Dc Boost Converter 0,9V-5V
0,9-5V bis 5V 600mA DC-DC-step-up-Boost-Spannungswandler-Modul mit USB-Ausgang
DC-DC 0,9-5V 600mA Voltage step-up Boost-Modul USB-Ladegerät

USB DC-DC 0,9..5V to 5V step-up Power Supply Converter

step-up-Wandler
Joule thief Schaltung (Energiedieb)
Als Joule thief (deutsch Joule-Dieb oder Energiedieb) bezeichnet man in der Elektronik eine diskrete elektronische Schaltung, die eine elektrische Gleichspannung in eine höhere elektrische Spannung transformiert
https://de.wikipedia.org/wiki/Joule_thief

Solarlampen-Schaltungen


Joule thief  nutzt auch fast leere Batterien
Diese Schaltung holt auch noch den kleinsten Rest an Energie aus einer Batterie ind bring dabei eine ultrahelle LED zum leuchten.
Damit kann man seine halbleeren Batterien noch einer sinnvolleb Verwendung zuführen.
Die Schaltung ist sehr einfach aufzubauen und stellt einen Sperrschwinger dar.

Die bei gängiger Dimensionierung der Schaltung resultierende Schaltfrequenz beträgt etwa 50 ..300kHz,
stark abhängig vom Verstärkungsfaktor des Transistors und der Wahl des Basisvorwiderstandes.
Das Material der Spule und die Anzahl der Wicklungen hat nur einen geringen Einfluss.
a

https://www.evilmadscientist.com/2007/weekend-projects-with-bre-pettis-make-a-joule-thief/

Schaltbild des Joule thiefs mit einer Leuchtdiode als Last.
Bei gängiger Dimensionierung besteht die Spule aus einem Ringkernferrit mit zwei mal 20 Windungen bei einem Drahtdurchmesser von 0,15mm.
Als Transistor kann ein gewöhnlicher bipolarer Kleinsignaltransistor, wie beispielsweise der BC547B besser (BC337B), verwendet werden.
Der Basiswiderstand sollte im Bereich von 1kΩ liegen.
Eine so dimensionierte Schaltung kann bis zu einer Batteriespannung von etwa 0,35 V betrieben werden.

Transistor 2N4401, TO-92 NPN 40V 600mA
Widerstand 1k Ohm
Ferrit-Ringkern: Ferroxcube TN13/7,5/5-3E25, Dm 13,6/6,8x5,4mm 2810mH
LED weiss: 334-15/T2C2-1SUB, Everlight Electronics
farbige Kabel Dm 0,15mm  rot & grün: zur Umwickelung des Ferritkerns
Zusammenbau:
http://www.youtube.com/watch?v=gTAqGKt64WM
Funktion:
http://www.youtube.com/watch?v=GlOwf6KnkhY&NR=1


Ferrit-Ringkern (oder Stab) bifilar gewickelt
= Spulenanfang des einen Drahtes mit dem Spulenende des anderen Drahtes verbinden


Ferritkern mit 2 Wicklungen und 10 Windungen Draht Dm 0,15mm


Wickeln der Spule:
Die Spule wird selbst von den SchülerInnen gewickelt. Dazu wird ein Ferrit-Ringkern benötigt und isolierter Draht
(dieser sollte möglichst dünn sein oder es wird Kupferlackdraht verwendet, wichtig ist, dass die einzelnen Wicklungen voneinander isoliert sind).
Es werden zwei Drähte (nicht miteinander verdrillt) und  über den Ringkern gewickelt.
Stellen Sie sicher, dass zwei Drähte der gleichen Farbe nicht direkt nebeneinander liegen.
Angeschlossen werden die beiden Wicklungen gegengleich
Zwei Enden werden verbunden und mit dem Pluspol der Batterie verdrahtet, ein Ende (R) führt zum Widerstand, das andere (C) zum Kollektor des Transistors.
Gewickelt sollten zirka 2x 10=20 Windungen werden.
Zum Wickeln von Ringkernen gibt es einige sehr anschauliche You-Tube-Videos im Netz.
Ferritkern mit 2 Wicklungen und 2x10=20 Windungen  Draht Dm 0,15mm


Joule-Thief-Schaltung
Die Joule-Thief-Schaltung (zu Deutsch Joule-Dieb, wobei mit Joule die Energie gemeint ist) ist eine einfache Schaltung, die Gleichspannung in höhere (pulsierende) Gleichspannung transformiert, es ist ein selbst oszillierender Schwingkreis.
Mit der Joule-Thief-Schaltung kann auch noch aus schon sehr schwachen Batterien 0,9V der letzte Rest „herausgequetscht“ werden oder mit zu schwachen Spannungsquellen Schaltungen
oder Geräte betrieben werden, die eigentlich höhere Spannungen benötigen.
Eine Joule-Thief-Schaltung kann sehr gut für eine Taschenlampe verwendet werden, sie lässt die Lampe auch noch leuchten, wenn die Batterie schwach wird.
Verwendet werden müsste dazu eine größere superhelle LED.
Als Bauteile werden lediglich Transistor, Leuchtdiode und Widerstand benötigt.
Eine Spule wird selbst auf einen Ferritringkern gewickelt.


Schaltplan Joule-Thief

Bauteile und Materialien:
- Transistor    T   BC547C besser 337C
- Widerstand  R 1kΩ (kann je nach gebauter Spule variieren, sonst zur Sicherheit ein Potentiometer 2k einbauen)
- LED in beliebiger Farbe - bei Taschenlampe natürlich weiß
- Ringkern aus Ferrit, Durchmesser ca. 12mm Höhe ca. 5,4mm  (kann aus alten Elektrogeräten ausgebaut werden)
- Isolierter Draht oder lackierter Kupferdraht mit Dm 0,15mm


Funktion der Schaltung:
Zu Beginn sperrt der Transistor, die LED leuchtet nicht.
Es fließt ein sehr kleiner Strom (weil nur eine sehr schwache Batterie angehängt wird) durch die erste Wicklung der Spule über den Widerstand R zur Basis des Transistors.
Der Transistor beginnt zu leiten, was einen verstärkten Stromfluss über den Kollektor-Emitter-Anschluss bewirkt.
Es liegt nun die volle Betriebsspannung an der zweiten Wicklung.
Da sich die beiden Wicklungen auf dem selben Kern befinden und auch die selbe Wicklungszahl haben, liegt auch auf der ersten Wicklung die gleiche Spannung an, allerdings mit anderer Polung, weil die erste Wicklung umgekehrt angeschlossen ist (siehe Abb.).
Nach kurzer Zeit (wenige μs) kann der Kollektorstrom nicht mehr weiter steigen, er erreicht seinen Maximalwert (abhängig vom Stromverstärkungsfaktor des Transistors).
Steigt der Strom nicht mehr weiter an, so wird auch keine Spannung mehr in die erste Wicklung induziert.
Dies hat ein Fallen des Basisstroms und in weiterer Folge auch des Kollektorstroms zur Folge.
Der Transistor schaltet ab, er leitet nicht mehr.
Dadurch bricht das Magnetfeld in der Spule zusammen, dies erzeugt eine Spannung mit umgekehrter Polarität, welche sich zu der angelegten Betriebsspannung addiert.
Genau dies bringt die LED kurzfristig zum Leuchten, und zwar so lange, bis die Energie aus der Spule aufgebraucht ist.
Dann beginnt dieser Kreislauf wieder von vorne, die Schaltung schwingt (mit wenigen Mikrosekunden).
Dieses Schwingen ist mit freiem Auge nicht wahrnehmbar, es erscheint als ob die LED dauerhaft leuchtet.




Joule thief mit Erweiterungsschaltung

Joule thief mit Erweiterungsschaltung für eine konstante Ausgangsspannung.
Die Höhe der Spannung Uaus wird dabei durch die Zenerspannung  z.B.ZD5,6V  der Zenerdiode begrenzt und somit stabilisiert.


Modifikation

Die während des Abbaus der magnetischen Flussdichte im Kern in der Primärwicklung der Spule induzierten Spannung wird durch den mittels Leuchtdiode gebildeten Stromkreis begrenzt.
Fehlt die Leuchtdiode als Last, wird die induzierte Spannung lediglich durch parasitäre Kapazitäten begrenzt und steigt auf Werte, die das Hundertfache der Eingangsspannung übersteigen können, wodurch die maximale Kollektor-Emitterspannung des Transistors in der Regel überschritten und somit der Transistor zerstört wird.
Das nahezu beliebig hohe Ansteigen der induzierten Spannung kann jedoch auch genutzt werden, um eine stabilisierte hohe Ausgangsspannung zu erhalten.
Wird die Leuchtdiode durch eine Serienschaltung einer Diode und eines Kondensators ersetzt, so lädt die induzierte Spannung den Kondensator auf.
Durch das Parallelschalten einer Zenerdiode zum Kondensator wird die Ladespannung an diesem auf einen definierten Wert begrenzt.

Anwendung
Weiße Leuchtdioden weisen eine Durchlassspannung weit oberhalb der Nennspannung von 1,5 V herkömmlicher Alkalibatterien auf.
Um bei preisgünstigen Taschenlampen oder Solarleuchten auf zusätzliche teure Batterien verzichten zu können, ist es erforderlich, die Versorgungsspannung der Diode gegenüber der Nennspannung einer einzelnen Batterie zu erhöhen.
Aufgrund des sehr einfachen Aufbaus und der damit in Massen kostengünstigen Herstellung der Schaltung des Joule thief kommt dieser speziell in LED-Taschenlampen zum Einsatz.




Schrittweise Bauanleitung eines Joule thief


Ja, es ist der berüchtigte Joule-Dieb in anleitbarer Form!
Für diejenigen, die es nicht wissen, ist der Joule Thief eine winzig kleine Schaltung, mit der Sie eine weiße oder blaue LED mit Spannungen von nur 0,5 Volt betreiben können.
Sie glauben, diese Batterien sind tot?
Wirf sie noch nicht raus!
Schließen Sie sie an den Joule thief an, um jeden letzten Tropfen Energie aus Batterien / Primärzellen herauszupressen!

Schritt 1: Teile und Werkzeuge
Für dieses Projekt benötigen Sie sehr wenige Werkzeuge und Teile.
Aber für diejenigen unter Ihnen, die es im Text mögen, hier ist es:

Helfende Hände (optional)
Lötkolben 25W
Löten  1mm
Eine blaue oder weiße LED (andere Farben sind auch in Ordnung)
2N3904 Transistor oder gleichwertig  BC547B  besser BC337B
wenn Sie einen 2N4401 oder BC337B Transistor verwenden, wird Ihre LED heller sein.
1k Widerstand (braun-schwarz-rot)
Ferrit-Ringkern:TN13/7,5/5-3E25 - Ferrit-Ringkern 3E25, Ferroxcube
Ferrit-Ringkern: Ferroxcube TN13/7,5/5-3E25,  Dm 13,6/6,8x5,4mm  2810m
Dünner Draht 0,15mm, zwei Farben

Schritt 2: Den Ferrit-Ringkern wickeln
Der erste Schritt besteht darin, den Ringkern zu wickeln.
Ich habe meine in einem alten Computer-Netzteil gefunden, und es funktioniert gut für mich.
Ringkerne sind Donut-förmige Objekte, die von einem Magneten angezogen werden können.
An einigen Stellen sind Ringkerne zu finden.
Alte Computer-Motherboards.
Nehmen Sie Ihre zwei Drahtlitzen und drehen Sie die Enden zusammen.
Sie müssen das nicht tun, aber das Wickeln wird dadurch etwas einfacher.
Fädeln Sie das verdrehte Ende durch den Toroid, dann nehmen Sie die anderen beiden Enden (nicht zusammengedreht) und wickeln Sie es einmal um den Ringkern.
Verdrehen Sie nicht die Drähte; Stellen Sie sicher, dass zwei Drähte der gleichen Farbe nicht direkt nebeneinander liegen.

Wickeln Sie weiter, und stellen Sie sicher, dass Sie die Spulen fest aufwickeln.
Es funktioniert immer noch, wenn sie locker sind, aber es ist besser, sie eng zu haben.
Idealerweise wickeln Sie 9 .. 11 Umdrehungen auf Ihrem Toroid.
Auch wenn mehr passen, wickel Sie nicht mehr.
Stellen Sie sicher, dass die Windungen gleichmäßig um den Toroid herum liegen.
Wenn Sie sich um den gesamten Ringkern gewickelt haben, schneiden Sie den zusätzlichen Draht ab und stellen Sie sicher, dass Sie einige Zentimeter zum Löten übrig lassen.
Entfernen Sie etwas Isolation von den Drähten, und nehmen Sie einen Draht von jeder Seite.
Drehen Sie sie zusammen, und schon sind Sie mit der Spule fertig.

Schritt 3: Löten Sie alles zusammen

Jetzt werden wir das Ganze zusammenlöten.
Sie könnten es auf eine Platine setzen, wenn Sie möchten, aber alles freihändig löten.
Nehmen Sie zuerst die beiden äußeren Leiter des Transistors und biegen Sie sie ein wenig nach außen und biegen Sie den mittleren Leiter nach hinten.
Biegen Sie die LED-Kabel auch nach außen. Sie müssen es nicht, aber das Löten wird einfacher.
Nehmen Sie einen der Drähte, die von dem alleinstehenden Ringkern kommen; das heißt, nicht mit einem anderen Draht zusammengedreht.
Löten Sie es auf eine Seite des Widerstands.
Löten Sie das andere Ende des Widerstands an die mittlere Leitung des Transistors.
Nehmen Sie den anderen Draht vom Ringkern und löten Sie ihn an den Kollektor des Transistors.
Löten Sie die positive Seite der LED ebenfalls mit dem Kollektor und verlöten Sie die negative Seite mit dem Emitter.
Jetzt muss nur noch ein Verlängerungsdraht an die negative Seite der LED gelötet werden.
Nehmen Sie ein Stück von dem Draht, den Sie zuvor hatten, und löten Sie ihn an den Emitter des Transistors.

Schritt 4: Probieren Sie es aus!

Verbinden Sie die verdrillten Drähte von Ihrem Toroid zur positiven Seite einer Batterie und den Verlängerungsdraht zur negativen Seite der Batterie.
Wenn alles gut funktioniert, leuchtet die LED!
Wenn dies nicht der Fall ist, verwenden Sie einen dünneren Draht z.B. Dm 0,15mm am Ringkern.



http://schnake.square7.ch/wp/?p=14411


Simulation der Joule thief-Schaltung mit SPICE (engl.)
http://madscientisthut.com/wordpress/daily-blog/joule-thief-simulation-ii/
http://madscientisthut.com/forum_php/viewtopic.php?f=12&t=3


Schrittweise Bauanleitung eines Joule thief (engl.)
https://www.instructables.com/id/Make-a-Joule-Thief/








Aus der Kennlinie der weißen Leuchtdiode ergibt sich dass die Spannung max. 3,4V vetragen soll.
Bei ungefähr 3,2V fließen 20mA Strom.

                  Kennlinie einer weißen LED



Transistor BC547B 1 Watt
Transistor BC337B 3 Watt
Ein SS8050 sowie ein BC337 haben sich als die besten herausgestellt.



AATiS   AS306 LED-Taschenlampe (2 Spulen mit 330uH) Step-Up-Wandler 1,2V auf 3,4V    h16-s003
Hervorstechendstes Merkmal ist die Verwendung einer einzigen Batteriezelle zum Betrieb einer weißen LED.
Schaltbild der LED-Taschenlampe

Der Betriebsspannungsbereich reicht von 0.9 bis 1,5V.
Neben einer Batterie kann auch ein NiCd- oder NiMH-Akku als Stromversorgung dienen.
Die Schaltung erlaubt die Verwendung aller Arten von LEDs, also sowohl Infrarot-LEDs
mit einer relativ kleinen erforderlichen Betriebsspannung von 2,2V als auch blaue oder weiße Leuchtdioden, die ca. 3,4V benötigen.



AATiS   AS332 Micro-Taschenlampe (μTaLa). Step-Up-Wandler 2 Spulen 220uH                   h22-s121
Eine einzelne alte 0,9V Batterie- oder Akkuzelle reicht für den Betrieb mit einer weißen LED aus.

Der Spannungswandler funktioniert von 1,5V bis herunter auf etwa 0,8V Eingangsspannung und erzeugt daraus eine gepulste Spannung.
Diese lässt bei 1,5V Batteriespannung einen Spitzenstrom von etwa 40mA fließen.
Bei 1,0V Eingangsspannung sind es immerhin noch etwa 20mA.
So lässt sich auch noch die Restenergie nutzbar machen, die in einer ausgemusterten Trockenbatterie steckt.
Wenn man die Spannung an der LED mit einem Oszilloskop kontrolliert, sieht man, dass die Spitzenspannung an der weißen LED 3,7V beträgt.
Verwendet man eine LED mit anderer Farbe, so wird sich auch eine andere Spannung einstellen.
Bei blauen, grünen und weißen LEDs beträgt die Spannung zwischen 3,3 und 3,7V während man bei den roten LEDs nur 2,0V bis 2,4V misst.





AATiS   AS321 Low-Coste LED-Taschenlampe (siehe auch AS332 / AS306)                          h21-s030
Diese superkleine und sehr einfache Taschenlampe stellt eine kostengünstige Alternative zur größeren Schwester AS306 aus dem AATiS Praxisheft 16 Seite 3 dar.
Der Betriebsspannungsbereich liegt zwischen 0,9 und 1.5 Volt.
Neben einer Batterie kann auch ein NiCd-Akku oder NiMH-Akku als Stromversorgung dienen.
Die Schaltung erlaubt die Verwendung aller Arten von LEDs, also sowohl Infrarot-LEDs
mit einer relativ kleinen erforderlichen Betriebsspannung von 2.2V als auch blaue oder weiße Leuchtdioden, die ca. 3.4V benötigen.



AATiS   AS911 Step-Up-Wandler (siehe auch AS306)                                                             h21-s065

Häufig hat man es mit batteriebetriebenen Geräten zu tun, die eine geringe Stromaufnahme haben, zugleich aber eine Spannung von 5,0 Volt oder mehr verlangen.
Dann ist man gezwungen vier 1,5V-Zellen oder einen 9V-Block zu verwenden.
Günstiger ist es, bei solchen Geräten einen Step-Up-Wandler MCP1640 zu verwenden, der aus 1,5 Volt oder 3,0 Volt eine stabile Spannung von 5,0 Volt zur Verfügung stellt.
Die Kosten für Batterien minimieren sich so erheblich auf längere Zeit gesehen.

Beispiel 1 - die 3,3 Volt Variante:
Vout = 3,3V
Rbot = 470k
Rtop = 820k

Beispiel 2 - die 5,0 Volt Variante:
Vout = 5,0V
Rbot = 470k
Rtop = 1,5M



Sollen größere Ströme entnommen werden, so kann man eine 10μH-Speicherdrossel verwenden.
Die Drossel muss eine Strombelastbarkeit von >1A und einen möglichst geringen Gleichstromwiderstand aufweisen.

Eingangsspannung: 650mV … 5,0V
Ausgangsspannung: 2,0V bis 5,5V
Ausgangsstrom: >100mA
Wirkungsgrad: bis zu 96%
Ruhestrom: 19μA
Enable-Eingang zur Abschaltung des Wandlers




AATiS   BB41 Solarlampe mit Step-Up Wandler Spule 1,5mH (siehe auch AS306)                 h19-s107

Spannungswandler der die Spannung von 1,0V auf 3,5V anhebt
Schaltung der Taschenlampe





Die Schaltung schaltet die Spule schnell ein und aus.
Dies bewirkt eine Induktionsspannung.





Taschenlampe 2


Ideengeber zu dieser Taschenlampe ist das PDF-Dokument 'Die supersparsame wiederaufladbare LED-Solar-Leuchte' der JugendTechnikSchule Berlin
www.jugendtechnikschule.de

Weitere Anregungen zu ähnlichen Schaltungen:
- Der LED-Spannungswandler www.b-kainka.de/bastel36.htm
- LED-Taschenlampe Bausatz AS306 von AATiS e.V.
- AATiS  Arbeitskreis Amateurfunk und Telekommunikation in der Schule www.aatis.de
- und im Internet unter dem Suchbegriff    Joule Thief
Schaltplan Taschenlampe 2


Das Besondere an dieser Taschenlampe ist, dass zum Betrieb nur 1,5 Volt benötigt werden, obwohl die weiße LED erst bei 3,2 Volt ihre volle Leuchtkraft entwickelt.
Hier wird ausgenutzt, dass die Induktionsspannung an der Spule um einiges höher ist als die angelegte Spannung.
Diese entsteht aber erst, wenn der Stromfluss unterbrochen wird und die in der Spule gespeicherte magnetische Energie in die LED gelangt.
Der Vorgang heißt 'Selbstinduktion'.
Über eine einfache Schwingschaltung wird hier der Strom durch die Spule ein- und ausgeschaltet.
Dies geschieht ca. 5500 mal in der Sekunde!
Zur Veranschaulichung der Selbstinduktion gibt es 2 Funktionsmodelle.

WARNUNG:
Niemals direkt in den Lichtstrahl sehen.
Gefahr von Netzhautschäden!



Layout   120x18±0,2mm und Bestückungsplan 'Taschenlampe 2'


Die stirnseitige Montage der LEDs ist einfach und ohne Verbiegen des Bauteils möglich.
Der Rest des Kathoden- bzw. Anoden- Anschlusses kann hier zum Durchkontaktieren verwendet werden.
Kennzeichnung der Anschlüsse 'A' und 'K' für Anode und Kathode der LEDs auf der Lötseite.

Der Taster wird auf der Lötseite montiert und angelötet.

So sieht der vormontierte Batteriehalter für Batterie- bzw. Akku-Größe AA aus:
Um die Klemmwirkung im Gehäuse (Elektro- Installationsrohr) zu erreichen, werden 1x2 bzw. 2x2 Streifen Tesa-Montageband -beidseitig klebend- wie gezeigt angebracht.
hängt von Rohr-Innendurchmesser ab und muss ausprobiert werden.
32mm langer versilberter/verzinnter Cu-Draht Ø0,6mm wird an die Lötösen gelötet
Pappe-Streifen unterlegen, damit der Kunststoff des Batteriehalters nicht schmilzt und der Kontakt unbrauchbar wird.
Alternativ kann ein Batteriehalter mit Anschlusslitzen verwendet werden.
Diese werden auf 32+1mm gekürzt.
Um eine klemmende Wirkung im Installationsrohr zu erreichen, ist ggf. die Beilage von Papierstreifen 12x52mm unter der Batterie erforderlich.


Das Gehäuse ist ein 130+1mm langes Elektro-Installationsrohr EN25 nach EN2221 mit 25mm Außendurchmesser.
Fertigungsbedingt variiert die Wandstärke von nom. 1,2mm, der Innendurchmesser also auch und beeinflusst somit die Montage der bestückten Platine.
Für den Taster wird ein Loch Dm7mm (90° angesenkt) in 35mm Abstand gebohrt.


Bauteile-Liste
Bauteil / Bezeichner Menge Wert Bestell-Nr. Reichelt
Widerstand R1 1 22k 1/4W 22K
Widerstand R2 1 10k 1/4W 10k
Widerstand R3 1 470R 1/4W 470
Kondensator C1 1 1,5nF (152) Vielschicht-Keramik X7R-5 1,5N
Spule L1 1 1,5mH L-07HCP 1,5M
Transistor T1 1 BC547C BC 547C
Transistor T2 1 BC337-40 BC 337-40
LED 1/2 2   LED5-18000 WS
Kurzhubtaster S1 1   TASTER 9302
Batteriehalter 1 1 x AA  
Gehäuse 130mm Installationsrohr EN25  
Leiterplatte 1    


BC337-40 npn  50V   100MHz  hfe=500  800mA  C-B-E

Schaltung OBI-Solarleuchte
Akku NiMH 1,5V 600mAh
Brenndauer : ca. 6h mit voller Leuchtkraft –  dann wird die LED allmählich dunkler, bis sie bei einer Akkuspannung bei ca. 0,5V aus geht.

ICH würde R2 von 10k Ohm auf 100k Ohm oder mehr erhöhen da er sonst bei schlechtem Wetter die Solarspannung der kleinen Zelle unnötig belastet.
Man kann noch eine 2te LED paralell zu L1 setzen und damit die Induktionsspannung beim Abschalten der Spule nutzen
– das wäre eine kostenlos beleuchtete 2te LED und dient zusätzlich als Schutz für T1.
Die 2te LED muß dann genau umgekehrt angelötet werden als die LED die jetzt drin ist.
Die Diode D1 kann man durch eine normale Schottky ersetzen – hauptsache die Durchlaufspannung wird so wennig wie möglich gedämpft.






Der LED-Spannungswandler

Home Labor Röhren HF Logbuch Bastelecke

Eine rote LED braucht 1,5V bis 2V, eine blaue oder weiße sogar 3V bis 4V.
Meist nimmt man drei Batteriezellen mit zusammen 4,5V.
Die überschüssige Spannung wird in einem Vorwiderstand vernichtet.
Wie schön wäre es doch, mit 1,5V auszukommen.
Da könnte man manch eine Mini-Taschenlampe bauen.
Also muss ein Spannungswandler her.


Das entscheidende Teil ist eine kleine Spule (Festinduktivität) mit 1,5 Millihenry.
Das Bauteil sieht aus wie ein Widerstand.
Die Farbringe stehen für 1500 µH. Unter dem Schutzlack befindet sich ein kleiner Ferritkern und eine Drahtspule.
Im Prinzip kann man sich eine passende Spule auch selbst herstellen.
Etwas 200 Windungen auf einem Ferritstab reichen aus.


Die Schaltung zeigt einen einfachen Rechteckgenerator (Multivibrator).
Der Strom durch die Spule wird schnell ein- und ausgeschaltet.
Die Spule arbeitet dabei als magnetischer Energiespeicher.
Bei jedem Ausschalten entsteht eine Induktionsspannung, die sich zur Batteriespannung addiert.
Die Höhe der Spannung richtet sich nach dem angeschlossenen Verbraucher.
Sie passt sich selbst an, so dass z.B. eine weiße LED mehr Spannung erhält als eine rote.
Meist haben Spannungswandler noch einen Gleichrichter und einen Siebelko.
Hier kann man darauf verzichten, denn die LED ist ihr eigener Gleichrichter.
Durch sie fließt also pulsierender Gleichstrom.
Er ist im Mittel etwas kleiner als der Batteriestrom, weil die Spannung höher ist.
Insgesamt hat die Schaltung einen viel besseren Wirkungsgrad als die normale Lösung ohne Spannungswandler, aber mit Vorwiderstand.
Trotzdem kann man den Spannungswandler sehr klein bauen, z.B. direkt auf ein Batteriekästchen.

Die Batteriespannung darf bis unter 0,7V abfallen, die LED leuchtet trotzdem lustig weiter.
Bei 1,5V wird nur etwa 24mA aus der Batterie aufgenommen.
Je leerer die Batterie wird, desto geringer wird der Strom.
Gleichzeitig steigt die Frequenz an.
Zwar ist dann die LED nicht mehr so hell.
Aber diese Schaltung hilft, auch noch den letzten Rest Saft aus der ältesten Batterie zu saugen.



Batteriespannung  Batteriestrom  Wandlerfrequenz
1,5V              24mA           3,5kHz
1,2V              15mA           4,7kHz
1,0V               8mA           7,8kHz
0,8V               2mA          12,7kHz
0,7V               0.5mA        19,8kHz


Vorsicht beim Einbau der Leuchtdiode:
Wenn man sie falsch herum polt, treten Sperrspannungen bis etwa 60 V auf und zerstören die Diode.
Eine weiße LED fiel der hohen Spannung bereits zum Opfer.

Es scheint oft perfekt, was seinen Fehler versteckt.
(Dietrich Drahtlos)

LED Lampen von PUR-LED

Siehe auch weitere LED-Schaltungen:


LED-Spannungswandler mit nur einem Transistor
Der ewige Blinker mit Lichtsteuerung
Der NPN-Kipposzillator, siehe auch http://www.youtube.com/watch?v=s0zs9rZ_P3k
Der Gegentaktblinker, siehe auch: http://www.youtube.com/user/bkelektronik
Der leuchtende Transistor, siehe auch http://www.youtube.com/watch?v=gZlazzoP5YA



Kleine LED-Lampen eignen sich auch für dekorative Zwecke oder als Solarbeleuchtungen.
Es gibt zahlreiche Schaltungsvarianten, manche mit nur einem Transistor.
Zur Phasendrehung dient dann entweder ein kleiner Trafo (vgl. White LED DC/DC Booster) oder ein LC-Kreis.
Energiesparen geht aber auch ohne Batterie, wie beim gedimmten LED-Schlauch, der für eine dezente Treppenbeleuchtung eingesetzt wurde.
Solche LED-Anwendungen setzen sich immer mehr durch, seit der Wirkungsgrad enorm gesteigert werden konnte.

Nachtrag: Größere Helligkeit
Jürgen Heisig schickte mit folgende Verbesserungsvorschläge:

"Ziel war es, mit nur einer NiCd-Zelle (AAA, 250mAh) eine der neuen ultrahellen LEDs mit 5600mCd zu betreiben.
Diese LEDs benötigen 3,6V/20mA. Ich habe Ihre Schaltung zunächst unverändert übernommen, als Induktivität hatte ich allerdings nur eine mit 1,4mH zur Hand.
Die Schaltung lief auf Anhieb! Allerdings ließ die Leuchtstärke doch noch zu wünschen übrig.
Mehr zufällig stellte ich fest, dass die LED extrem heller wurde, wenn ich ein Spannungsmessgerät parallel zur LED schaltete!???
Tatsächlich waren es nur die Messschnüre, bzw. deren Kapazität, die den Effekt bewirkten.
Mit einem Oszilloskop konnte ich dann feststellen, dass in dem Moment die Frequenz stark anstieg.
Hm, also habe ich den 100nF-Kondensator gegen einen 4,7nF Typ ausgetauscht und schon war die Helligkeit wie gewünscht.
Anschließend habe ich dann nur noch durch Ausprobieren die beste Spule aus meiner Sammlung gesucht...
Das beste Ergebnis hatte ich mit einem alten Sperrkreis für den 19kHz Pilotton (UKW), aus dem ich die Kreiskapazität entfernt habe.
Und hier ist sie nun, die Mini-Taschenlampe:




Das Feuerzeug dient nur zum Größenvergleich, das Gehäuse der Taschenlampe ist ein alter Transportbehälter für EPROMs ;-)

Und so sieht sie von innen aus :


Und leuchten kann sie natürlich auch und zwar nicht zu knapp (der direkte Blick in die LED ist nicht zu empfehlen!)"


Nachtrag: Berechnungen
Benedikt Gerlich fragte: Gibt es eine Formel, mit der ich herausfinden kann was ich für eine Spule/Kondensator brauche wenn meine LED soundso viel Spannung und soundso viel Stromstärke braucht?

Also gut, dazu zuerst etwas Theorie:
Die Schaltung beruht darauf, dass die Spule in ihrem magnetischen Feld Energie speichert und wieder abgibt.
Man bezeichnet sie auch als Speicherdrossel. Damit man etwas berechnen kann, muss man zuerst etwas vereinfachen.
Die Schaltung wird hier als idealer Schalter betrachtet, der mit einer konstanten Frequenz und mit einer Einschaltdauer von 50% ein und aus schaltet.
Die Spule liegt im An-Zustand direkt an der Betriebsspannung von 1,5 V.
Dabei steigt der Strom durch die Spule linear an:
I= t Ub/L.

Energie wird im magnetischen Feld der Spule gespeichert.
Die gleiche Energie wird beim Ausschalten an die LED abgegeben.
Der Spule ist es egal, ob sie ihre Energie bei großer Spannung schnell oder bei kleinerer Spannung langsamer los wird.
Das hängt ganz von der angeschlossenen Last ab.
Die LED begrenzt die Ausgangsspannung auf Uo = 3,6 V.
Die Induktionsspannung an der Spule beträgt also 3,6 V - 1,5 V = 2,1 V.
Im Mittel soll die Leistung 2,1 V x 20 mA = 42 mW abgegeben werden.
Die selbe Leistung muss also in den Ladephasen aufgenommen werden.
Der mittlere Strom beträgt dabei 42 mW / 1,5 V = 28 mA.
Tatsächlich aber ist der Spitzenstrom Is vier mal so groß, denn nur in der halben Zeit wird die Spule "aufgeladen", und in dieser Zeit ist der Spitzenstrom doppelt so groß wie der mittlere Strom.
Also ist Is = 112 mA. Um diesen Strom erreichen zu können muss die Einschaltzeit t = Is L / Ub betragen.
Daraus ergibt sich die Frequenz f = 1/t = Ub (Is L).

Jetzt könnte man alles zusammenfassen und eine Formel daraus machen:
f = Ub² / (4 (Uo-Ub) Io L)

Daraus folgt, dass es im Prinzip mit jeder Spule geht, wenn nur die Frequenz passt.
Für L = 1,5 mH ist bei den gegebenen Bedingungen f = 9 kHz.
Die Frequenz der Oszillatorschaltung hängt vom Kondensator ab und ist hier ganz ungefähr f= 1 / (R C) mit R = 10 k. Also gilt C = 1 / (R f) = 1 / (10 k x 9 kHz) = 10 nF.
Also war der Kondensator in der ursprünglichen Schaltung tatsächlich zu groß.

Soweit die Theorie.
Aber die Praxis hält noch einige Tücken bereit.
Die Spule hat noch mehr Daten als nur ihre Induktivität.
Sie hat auch einen Gleichstromwiderstand, der für Verluste sorgt.
Wenn der Widerstand so groß wird, dass er den Spitzenstrom beeinflusst, ist die ganze Rechnung falsch.
Und dann hat die Spule auch noch eine magnetische Sättigung, also einen maximal erlaubten Strom.
Eine sehr kleine Spule kann also gar nicht genügend Energie speichern.
Man müsste eine möglichst große Spule mit dickem Draht verwenden.
Aber besser ist es natürlich die kleinste Spule zu nehmen, die gerade noch gut funktioniert.

Ein andere Grenze ergibt sich aus den Fähigkeiten des Transistors, die Spule bis zum Erreichen des Spitzenstroms voll an die Betriebsspannung zu legen.
Die Kolleltor-Emitter-Restspannung sollte dabei möglichst klein sein.
Bei 112 mA kommen allerdings Zweifel auf, ob der Transistor das schaffen kann.
Der Basiswiderstand von 10 k ist erheblich zu groß. Das führt praktisch dazu, dass die Ladephase eher abgebrochen wird.
Die Frequenz wird also in der ursprünglichen Schaltung nicht allein vom Kondensator bestimmt.
Wenn man die Schaltung für eine größere Leistung optimieren will, sollte man alle Widerstände im gleichen Verhältnis verkleinern.

Es gibt übrigens einen großen Unterschied zwischen der Arbeit eines Ingenieurs und der eines Bastlers.
Wenn der Ingenieur ein Gerät plant, rechnet er alles aus und sucht dann die passenden Bauteile.
Vielleicht gibt es die passende Spule nicht aus der Serienproduktion. Dann ruft er bei Siemens an und erteilt einen Auftrag.
1,5 mH, 0,1 Ohm, Imax = 300 mA, Länge kleiner 5 mm, kein Problem, wie viele 1000 Stück brauchen Sie?
Der Bastler dagegen muss immer von den Bauteilen ausgehen die er gerade hat oder billig besorgen bzw. ausbauen kann.
Und daraus muss er dann das Beste machen. Das erfordert Kompromisse.
Meist wird gar nicht gerechnet sondern gleich probiert.
Mit der Zeit bekommt man ein Gefühl für die richtige Dimensionierung.
Und man sollte ungefähr wissen, in welche Richtung man welche Werte verändern kann um welche Wirkung zu erzielen.
Oft geht man von einer vorgegebenen Schaltung aus und versucht sie durch vorsichtiges Ändern von Bauteilen für die eigenen Zwecke anzupassen.
Der Weg ist ein anderer, aber das Ergebnis muss nicht schlechter sein als das des Ingenieurs.


Nachtrag zum Nachtrag: Hersteller für passive Bauelemente
Die Firma SIEMENS AG liefert leider keine aktiven und passiven Bauelemente mehr.
Man möge sich bezgl. der kundenspezifischen Induktivitäten an unsere Tochterfirma EPCOS wenden.
Aktive (Halbleiter-) Bauteile liefert INFINEON.
Aber das mit den Stückzahlen könnte schon eine Rolle spielen....;)

Noch ein Wort zu meinem Nachbauversuch:
Meine Spule ist 200 Windungen CuLackdraht auf einem kleinen Kunststoffspulenkörper mit Ferritkern.
Gemessen etwa 0,5 mH. Kondensator 47 nF.
Habe noch nicht nachgerechnet ob die Werte sinnvoll sind.
Man nimmt halt was man kriegen kann.... Funktioniert trotzdem prima !

Nachtrag: SMD-Aufbau und ein Versuch mit Germanium-Transistoren
... mit Ihrer Bastelanleitung hatte ich gestern Abend viel Spaß!
Ich habe mit SMD-Bauteilen die bei mir so herumlagen (1mH-Drossel, blaue TOPLED, BC847-Transistor-2fach-Array) den LED-Spannungswandler nachgebaut und er lief direkt einwandfrei.
Die ganze Schaltung passt in einen Fingerhut.



Besonders Ihr Satz "...diese Schaltung hilft, auch noch den letzten Rest Saft aus der ältesten Batterie zu saugen..." hatte es mir angetan.
Jedoch wollte ich nicht glauben , dass bei 0,7V Batteriespannung schon das Ende der Fahnenstange erreicht ist.
Ein weiterer Aufbau mit Germanium-Transistoren (AC127) bestätigte meine Vermutung:
Mit diesen Transistoren leuchtet die LED auch noch bei 0,3V.
Das brachte mich wiederum auf die Idee die Schaltung an einer Zitronen-Batterie (Kupfer- und Alu-Stab in Zitrone stecken) zu betreiben, doch es klappte nicht auf Anhieb.
Dann wurde ich leider müde und ging zu Bett....In der Nacht träumte ich von einer Zitronen-Taschenlampe.

Nachtrag: LED-Powerlampe von Elektor

Das zweite Elektor-Miniprojekt basiert auf dem Spannungswandler aus der Bastelecke.
Für das Projekt gibt es eine eigene Platine, deren Layout im Internet geladen werden kann.
Das Projekt kann im HTML-Format angesehen und für den Ausdruck im PDF-Format geladen werden, wobei man den Artikel aus Elektro 6/2002 in Druckqualität bekommt. 
www.elektor.de

Nachtrag: Noch heller!

Viele haben die Schaltung nachgebaut.
Manchmal war die Helligkeit zu gering.
Dazu folgender Tipp:
Den größten Einfluss hat die Spule.
Wenn sie zu klein ist und zu viel Widerstand hat, wird der Diodenstrom zu kleinl.
In dem Fall sollte man es mit einer anderen Drossel mit dickerem Draht versuchen.

Herr Krüger hatte Erfolg mit einer etwas anderen Dimensionierung.
Er verwendet einen kräftigeren BC337 in der zweiten Stufe und einen größeren Steuerstrom.
Das Ergebnis: die Lichtausbeute mit einer 3000mcd LED kann sich durchaus mit gekauften Taschenlampen messen.
Die Spitzenstromaufnahme der Schaltung liegt bei ca. 45mA, im Mittel sind es ca. 30mA.
Nutzt man Spulen zwischen 0,82mH und 1,5mH, braucht die Dimensionierung nicht angepasst werden.
Die Schaltung arbeitet mit etwas über 7kHz.


Nachtrag: Optimale Spule
Nach etlichem Experimentieren habe ich einiges über eine optimale Induktivität herausgefunden.
Sie haben natürlich recht, dass prinzipiell jede Spule geht, solange die Frequenz stimmt.
Allerdings stellen sich bei mir eigentlich immer die besten (hellsten) Ergebnisse mit Spulen um 10uH ein.
Entscheidend für die Leistung an der LED ist der Strom der durch die Spule fließt, also sollte die Induktivität einen möglichst großen Strom haben?
Ein bisschen Nachlesen im Internet fördert auch etliche Spulen zu tage die mit bis zu 1A arbeiten können. (vgl. EPCOS & NEOSID = gibts bei Conrad, WÜRTH, Murata, Coilcraft, etc.).
Damit der Strom fließen kann, sollte der Treiber-Transistor auch entsprechend dimensioniert sein.
Am besten ein Low-Gain, Low Saturation, Hi Ic und Hi hfe. Ein 1207 geht prima.
Dann sollte allerdings R2 deutlich kleiner werden. (Werte um 300 Ohm haben sich bei mir bewährt!)
Damit können dann auch 2 LEDs in Serie betreiben werden.

Hier ein Bild des Geräts:

Nachtrag: Der Aufbau von Fabian Lührs (www.elektroniker-bu.de/ )

Man beachte die größere Bauform der Drossel, die einen geringen Gleichstromwiderstand und eine gute Effizienz erwarten lässt.



Nachtrag: Spritzen-Gehäuse
Markus Huber hat diese Lampen in 10ml-Spritzen eingebaut: "Abschneiden, aufbohren, fertig.
Hinter der Mignon ist ein kleiner Taster, darüber der Dichtgummi der Spritze.
Leider muss der dünne Kupferlackdraht zum Taster (+) an der Batterie mit Tesafilm fixiert werden, damit der Anschluss beim Reinschieben nicht wieder abgerissen wird."


Nachtrag: LED-Spannnungswandler im Autoschlüssel

Steffen Nickl schrieb: "Ich habe ihn mir in meinen Autoschlüssel eingebaut, da die normalen Glühbirnen immer kaputt oder die Batterie leer war.
Die Schaltung wurde in SMD-Technik aufgebaut und anschließend mit StabilitExpress fixiert, damit im täglichen Einsatz der „fliegende“ Aufbau und die kleinen Lötstellen nicht beschädigt werden.
Sie hat auf Anhieb einwandfrei funktioniert, und tut dies wohl noch lange."


Nachtrag: Sicherheit und geeignete Spulen
1. Sie sollten einen Hinweis geben, daß man in die hellen LED's nicht hineinschauen sollte wegen der Gefahr von Netzhautverbrennung (Ich weiß das ist eigentlich Allgemeingut, aber es gibt doch viele "unwissende" auf diesem Planeten)
Wenn man die Schaltung optimiert ist man aber immer wieder versucht, in die LED zu gucken...

2. Zu den Spulen für die LED Lampe: Ich habe da eine ganze Menge ausprobiert - vom ausgeschlachteten UKW-Filter über kleine Induktivitäten aus dem Videorecorder bis zum Reed-Relais.
Es geht da eine ganze Menge - insbesondere die Reed-Relaisspulen geben eine sehr helle LED.
Man kann hier also nur empfehlen, mal fleißig mit den verschiedensten Induktivitäten zu experimentieren.


LED-Beleuchtung mit Schaltregler für den Gameboy: 
www.harald-sattler.de/html/beleuchtung_fur_den_gba.htm

Die kleine Schaltung mit SMD-Bauteilen konnte ich jetzt aufbauen, da Harald mir netterweise die Bauteile und eine kleine Platine geschickt hat. Der Schaltregler ist ein ZXSC300 von ZETEX.
Zusätzlich befindet sich noch ein Transistor, eine Spule und ein Widerstand auf der Platine.
Über den Widerstand kann der LED-Strom eingestellt werden.
Da ich nur einen SMD-Widerstand mit 1 Ohm finden konnte (im Elektronikschrott, wo sonst ...), wird der Regler derzeit stromsparend mit ca. 5 mA betreiben.
Zur Versorgung reicht eine Zelle mit 0,8 ... 1,5 V.





Nachtrag Minischaltung mit dem LT1932

... habe ich nach Jahren auch mal wieder zum Lötkolben gegriffen. Herausgekommen ist dabei ein Umbau einer MAG-lite auf LED.
Dazu habe ich einen LT1932 verwendet.
Einziges Problem elektrischer Art ist wohl, dass die Batterien gnadenlos leergesaugt werden, was den Einsatz von Akkus nicht ratsam macht
Die Schaltung ist aus dem Datenblatt entnommen. (Seite 10, ohne 24,9K Widerstand, Rset = 750 Ohm für 30mA).


Nachtrag Verwendung von SMD-Transistoren BC818-40
Der LED Spannungswandler hat es mir wirklich angetan, deshalb habe ich ihn bis jetzt 3 Mal in verschiedenen Ausführungen nachgebaut.
Besonders viel Spaß hatte ich beim Bau des Typs, bei dem die SMD-Bauteile direkt auf der Oberfläche der 680µH Spule (Fastron) angebracht sind.
Die verwendeten Transistoren sind 2xBC818-40, der Kondensator ist ein 1,0nF Typ.
Dieser Wandler schwingt auf ca. 17,73 kHz bei 1,50 V und zieht dabei 34,3 mA Strom.
Die erzielte Helligkeit ist gut.


Nachtrag  Miniatur-LED-Lampen
"Wie viele andere Leser Ihrer Homepage bin ich absolut fasziniert von Ihrem LED-Spannungswandler, kaum ein anderes Projekt in letzter Zeit hat meine Phantasie so angeregt.
Vielleicht interessieren Sie ja auch meine Erfahrungen.
Ich habe 9500 mcd LED´s verwendet, BC547 bzw. BC818 in der SMD-Variante.
Allerdings ist meine Dimensionierung der Widerstände anders, in der von Ihnen verwendeten hat die Diode nur geglimmt. R1=1k2, R2=220R, C=2n2.
In dieser Dimensionierung nimmt die Diode bei 1,5V 18,5mA, die gesamte Schaltung ca.35mA.
An Spulen habe ich eine Menge ausprobiert, die besten Ergebnisse bringen die schwarzen oder gelben Teile aus Radios; einfach alles drumherum wegschneiden, dann hat man eine Prima Spule.
Bild 2 war der Prototyp zum direkten Aufstecken auf einen 9V Block, erstaunlich wie lange eine eigentlich leere Batterie noch Saft für eine wirklich helle Diode bringt!
Bild 1 zeigt ein ehemaliges Feuerzeug, auf etwas über Microzellenlänge gekürzt.
Das Rädchen für die Gasregulierung wurde zum ein/aus Schalter umfunktioniert.
Bild 3 schließlich mein Glanzstück, die "EDDING-Lampe".
Das Röhrchen eines Markers schreit danach zwei Mignonzellen reinzustecken, passt absolut perfekt!
Da der Schalter (so einer wie in Bild 2) fast den ganzen Stiftkopf ausfüllt, war ich gezwungen den Wandler so klein zu machen, dass er mit der Diode in die Stiftspitze paßt.
Eine Elendsfummelei!
Das Alugehäuse entlackt und poliert, so sieht er doch ganz edel aus


Nachtrag: Spannungswandler mit dem PR4401

Dieses neue IC der Firma Prema benötigt nur eine externe Spule.
Erste Versuche werden in Elexs vorgestellt:
www.elexs.de/led4.htm


PR4401 im SOT23-Gehäuse

Mit dieser Bauform kann man den kleinsten LED-Spannungswandler aufbauen, denn außer einer SMD-Festinduktivität und dem dreibeinigen IC braucht man nichts mehr.
Der Wandler versteckt sich praktisch zwischen den Anschlüssen der LED.
Weitere Aufbauvorschläge und eine Bezugsquelle für das IC findet man hier:
www.elexs.de/led5.htm

 




Drahtrolle als Speicherdrossel, von Friedrich Lischeck


Jetzt habe ich den LED-Spannungswandler nachgebaut.
In Ermangelung einer passenden Induktivität habe ich einfach eine Rolle Schaltlitze genommen, was, wen wundert’s, ebenfalls funktioniert.
Die Kapazität war dabei 1nF, die Frequenz lag bei etwa 63kHz.

LED-Blitzlicht


Ich habe die folgende Schaltung gefunden: 
Da kam mir die Idee, die Spannungspitzen der Spule mittels einer Diode in einen Elko zu leiten.
Bereits eine 1,5-Volt-Batterie schaffte ca. 20 Volt.
Womit die nötige Durchbruchspannung des DIAC schon mit 2 Zellen zu erreichen ist.
Natürlich muss ein BC337 her, der BC548 würde schon früher als der DIAC durchbrechen.
Je höher die Batteriespannung desto schneller blinkt die LED.



Der "Vampir" bei mir in Kleinserienproduktion gegangen: ich brauche 30 Exemplare zur Lampionbeleuchtung bei meiner Hochzeit
Die Dimensionierung R1=220, R2= 6800, R3=2700 und zwei 337-40ern sowie eine 100mH Drossel und einem 33 pF Kondensator.
Ob das optimal ist weiß ich nicht, aber die 9500mcd Dioden sind gut hell, wie eine einfache Taschenlampe.
Und funktionieren mind. 24 h am Stück. Die Feier kann also etwas länger dauern

Platinenlayout für den LED-Spannungswandler



Download: LEDSpannungswandler.zip

Herzlichen Dank an Gernot Kügerl , der dieses Layout mit Taget 3001 gezeichnet hat.
Er schrieb: "Guaten Tag aus der südlichen Steiermark.
Ich habe vor Jahren schon ihre Website entdeckt und habe diese sehr wertschätzen begonnen.
Ich habe ein Platinenlayout entwickelt für den LED Spannungswandler, den ich ihnen zukommen lassen möchte.
Vielleicht wäre dieser Entwurf eine Erweiterung für ihre Website."


Home Labor Röhren HF Logbuch Bastelecke



Quelle:
http://www.b-kainka.de/bastel36.htm





Das ist die Innenansicht der Solarlampe, sehr minimalistisch, ein Akku mit einem IC und einer Induktivität mit einer weißen LED.
Das Problem war das Solarpanel, das war defekt, der Rest funktioniert noch.
Auf dem IC mit 4 Beinchen steht YX1818

Dann kann man im Internet suchen, eine gute und ausführliche Beschreibung ist in [1] zu finden.
Dort gibt es auch den Schaltplan, bei [2] sogar in chinesisch.


Das ist so ähnlich wie ein PR4401 mit einem weiteren Eingang für die Solarzelle, darüber wird die Batterie geladen und Licht detektiert.
Sobald kein Strom von der Solarzelle kommt, wenn es dunkel ist, wird die Led eingeschaltet.
Einfacher geht es nicht.

Hier ein kleiner Rückblick in die dunklen Zeiten vor den € 1,- Lampen.
Da musste man schon selber bauen, mit einem Solarpanel für viele Euros und einer Schaltung mit Transistoren.


Die Lampe wurde dann auch schnell ersetzt durch eine rote Led, der Akku bestand aus 2 Batterien für insgesamt 2,4 Volt und die Led leuchtet.
Der FET muss dann schalten können und nicht jeder tut das bei der niedrigen Spannung, mit einem IRFR3607PbF (der auch 56 A schalten könnte) geht das aber.
Das Solarpanel zieht über Q2 das Gate vom FET Q1 an Masse solange Licht vorhanden ist, wenn Q2 sperrt geht die Led an.
Dann kamen jedoch neue Leds auf den Markt, weisse und grüne und blaue, die brauchten wenigstens 3 Volt um zu leuchten.
Da kam dann die geniale Schaltug mit dem blocking oscillator, dem Joule-Thief zum Einsatz[4].
Das habe ich vor langen Jahren auf der Seite von bigclive [3] gefunden, dort sind noch viele andere verrückte Projekte, lesenswert.


Ein kleiner Nachteil ist zu bemerken: wenn man die Led über das Solarpanel steuert, dann schaltet sie ein, wenn es noch ziemlich hell ist.
Mit der obigen Schaltung mit einem LDR kann man das vermeiden.

Die Spule ist auf einem Toroid aus z.B einer defekten Energiesparlampe, einfach so viel wie draufpasst.
Den Draht habe ich verdrillt, weil es dann leichter durch den Toroid geht, obwohl andere Quellen sagen man soll das parallel wickeln.
Beides geht sicher und es funktioniert praktisch immer.
Hier ist ein Beispiel mit einer Wicklung auf einem Ferrit Lochkern, auch das geht, und es ist miniaturisiert.
Bei der Gelegenheit habe ich gleich mal die minimalistische Schaltung aufgenommen .
Durch das Anbauen einer zweiten LED war die Lichtausbeute etwas geringer, was ich durch Optimieren der Drossel (jetzt 10µH) korrigiert habe.
Allerdings ist die Stromaufnahme jetzt etwas höher , gemessen 55mA.
Das sollte aber beim verwendeten Akku (NiMH 1,2V/1000mAh) für theoretisch ca. 18h reichen, danach muss die Sonne nachladen.

Der hier verbaute IC ZE003 ist wahrscheinlich ähnlich den in den bekannten 1 Euro-Solarlampen verwendeten PR4401/02 oder YX8018 organisiert, man braucht als externe Beschaltung nur noch eine Drossel.



Quelle:
http://www.elektronik-labor.de/Notizen/Solarlampen.html









Re-EMF Charger:
Ladegerät selber bauen, Akkus laden und regenerieren

Schon seit längerem experimentiere ich mit Akkus und Strom.
Und auch einige selbstgebaute Ladegeräte sind im Dauereinsatz.
Nun habe ich mein letztes Ladegerät erweitert: um einen Re-EMF Charger.

Es gibt sehr viele verschiedene Ladeverfahren und alle haben oft eins gemeinsam:
Der Akku wird weder regeneriert, noch zu 100% geladen.
Kleinere alte Akkus (1,2V AA Zellen) habe ich meist mit meinem Joule Thief regeneriert und geladen.
Denn es wird mit Spannungsspitzen und auch negativer Spannung gearbeitet.
Ich kenne kein kaufbares Ladegerät, was das kann.
Denn Spannungsspitzen und vor allem negative Spannung trainiert nicht nur die Akkus, sondern regeneriert Kapazitätsverluste ganz gut.
Größere Akkus mit höherer Spannung, konnten nicht effektiv damit geladen werden.
Der Re-EMF Charger (Charger = zu deutsch: Ladegerät) ist eine Erweiterung des Joule Thiefs und kombiniert dessen Vorteile, gleicht den Nachteil der kleinen Spannung aber aus.

Ein Joule Thief (zu deutsch: Energie Dieb), kann mit wenig Eingangsspannung einen Akku oder Verbraucher betreiben, der mehr Spannung benötigt.
Die Leistung ist hingegen begrenzt und es eignet sich eher zum laden von Akkus mit geringer Kapazität oder zum betreiben von LEDs.

Der Re-EMF Charger benötigt eine höhere Eingangsspannung, arbeitet hingegen auch mit Pulsen und hohen Spannungsspitzen.
Vorallem Blei-Akkus kannst du damit regenerieren und die ursprüngliche Kapazität wieder holen.
Auch wird der Back-EMF, also die Spannungsspitzen und der Negativstrom, perfekt für den zu regenerierenden Akku genutzt.
 

Du kannst dir ein Re-EMF Ladegerät ganz einfach selbst bauen, denn es werden nicht wirklich viele Bauteile benötigt.
Und zudem bist du recht frei und musst nicht exakt die selben Teile wie in meinem Schaltplan nutzen.

Vorweg:
Mein Re-EMF Charger ist mit einem DC-DC Wandler kombiniert, um die Eingangsspannung einzustellen.
Du kannst natürlich auch auch mit einer festen Spannung arbeiten oder ein Labornetzteil nutzen.

Bauteile für den Re-EMF ChargerDie meisten Bauteile erhälst du in alten Radios, PC Netzteilen usw.
Aber du kannst diese für wenige Cents auch neu kaufen.
Du musst nicht exakt die selben Teile wie ich nutzen, denn oft gehen auch ähnliche elektronische Bauelemente.

Optional ist der DC-DC Wandler.
Da ich mein Ladegerät vom Akku der Solaranlage nutze, möchte ich gern die Spannung selbst wählen, mit der ich einen Akku lade.
Auch das Display mit Spannungsmesser ist optional - empfehle ich aber sehr!
 


Teileliste zum Bau des Re-EMF Chargers:

2x Sperrdiode: z.B. 1N4007 (1000V 3A)
Ferrit-Ringkern oder Ferrit-Stab
Dm 0,15mm Klingeldrahlt oder Lackdraht für die Spule
Widerstand 330R & Potentiometer 1k Ohm
NPN Transistor z.B. 2N3055, TIP120
Kabel und Lüsterklemmen




Re-EMF Charger Schaltplan


Bauanleitung zum Re-EMF Schaltplan
Das Herzstück ist neben dem Transistor die Spule.
Diese wird genau wie beim Joule Thief gewickelt.
Nehme dir dazu zwei Drähte, ca 30..50cm lang und markiere dir farblich den Anfang und Ende jeden Drahtes.
Beide Drähte kannst du etwas zusammendrillen, damit du nun beide einfach auf den Ferritring wickeln kannst.
Etwa 20..25 Windungen reichen für beide Drähte.
Ist der Ringkern bewickelt, musst du den Anfang des ersten Drahtes mit dem Ende des zweiten Drahtes miteinander verbinden.
Diese Verbindung ist der Minusanschluss für den zu ladenden Akku.

Mit den Widerständen kannst du experimentieren, doch wählst du einen zu hohen, arbeitet der Transistor langsamer.
Ist der Widerstand zu gering, könnte das Potentiometer oder der Transistor kaputt gehen.
Dies ist auch abhängig von deiner Eingangsspannung.
Ich habe mich für den Transistor TIP120 entschieden.
Mein Re-EMF arbeitet laut Multimeter mit 8kHz bis 10kHz

Am Eingang kannst du entweder ein Schaltnetzteil, ein DC-DC Wandler oder auch einen anderen Akku anschließen.
Beachte bitte:
Der Schaltplan benötigt noch eine Sicherung!
Ebenfalls gibt es keine automatische Abschaltung.
Ich empfehle dir nie unbeaufsichtigt und nur mit ausreichend Belüftung Akkus zu laden.

Wichtig, vor dem anschließen:
Bevor am Eingang das Netzteil angeschlossen wird, muss am Ausgang etwas dran sein.
Andernfalls könnte der Transistor zerstört werden.
Es empfiehlt sich am Ausgang eine Last in Form einer Neon-Glimmlampe (60V) fest zu integrieren.
In Steckerleisten, wo der Ein-/Ausschaltkopf beleuchtet ist, findest du solch eine Glühlampe.
Theoretisch gehen auch andere ohmische Lasten.

Es "fietscht" nicht?
Macht dein Re-EMF Charger kein lästiges Geräusch, dann schwingt deine Spule nicht.
Du solltest die Spannung an der Basis vom Transistor messen - hier sollten einige Volt anliegen.
Ebenfalls kann die Anzahl der Wicklungen fehlerhaft sein.
Falls keine Spannung an der Spule oder Akkueingang anliegen, wird eine Sperrdiode falschrum eingebaut sein.
Auch könnten die Transistoranschlüsse für Kollektor und Emitter falsch angeschlossen sein (beachte auch NPN und PNP Transistoren).
In meinen ersten Versuchen mit dem Joule-Thief, habe ich die Spulenanschlüsse manchmal falsch genutzt - gleiches gilt auch für den Re-EMF Charger.
Bei mir funktionieren oftmals nicht alle Ringkerne (z.b. die gelb lackierten).

Sinnvolle Erweiterungen
Die meisten Bauteile sollten nur handwarm werden. S
chaltest du ein DC-DC Wandler vor dem Eingang, könnte dieser Kühlung benötigen.
In jedem Falle kann die Leistung erhöht werden, wenn Bauteile gut gekühlt sind.
Ein kleiner 12V oder 6V Lüfter aus dem PC Bereich, wäre hier angebracht.
Da ich keine Widerstände zur Strombegrenzung nutze, fließen beim Laden eines Blei-Akkus gut und gern mal 5A
- ein Lüfter ist hier ein Muss (der DC-DC darf nur 3A!).
Spendierst du dem Lüfter einen Schalter und regelst diesen mit einem Festspannungsregler, hast du ein richtig gutes Ladegerät.

Kondensatoren glätten die hohen Spannungsspitzen und auch die Negativspannung.
Das trägt zwar zum laden bei, aber der Akku regeneriert dadurch nicht mehr. Schaue dir z.B. bei der Google Bildersuche die Oszilloskop Bilder zum Re-EMF Charger an.



Quelle:
https://wohnen-heimwerken.de/re-emf-charger-ladegeraet-selber-bauen-akkus-laden-und-regenerieren.html















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Impressum: Fritz Prenninger, Haidestr. 11A, A-4600 Wels, Ober-Österreich, mailto:schaltungen@schaltungen.at
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