../../icons/Logo.pngPraktische Elektronik

Einfacher Wandler mit Induktivitäten

Im Praktikum Spannungen induktiv wandeln haben wir Schaltungen untersucht mit der verschiedene Spannungen erzeugt werden können:

  • höher als die Versorgungsspannung,
  • geringer als die Versorgungsspannung uns
  • negative Spannungen.

Die Schaltungen waren nicht sehr komplex.

Hier wird eine Schaltung vorgestellt, die sehr einfach ist. Sie ist nur für geringe Leistungen geeignet, aber für den Betrieb vieler Elektronikschaltungen ausreichend.

Wir werden eine Variante betrachten, mit der eine weiße LED an einer 1,5V-Batterie betrieben werden kann. Die LED leuchtet auch dann noch, wenn die Batterie weitgehend entladen ist.

Spannungswandler mit Induktivitäten

Die folgende Schaltung spart den Timer 555 ein, der den Transistor vor der Induktivität ansteuert. Wir verwenden eine Schaltung aus einer weiteren Induktivität und einem Kondensator, mit der sich der Transistor sozusagen selbst ansteuert.

Spannungswandler-induktiv-einfach.png
Bild 1: Einfacher induktiver Spannungswandler

Die Daten der Schaltung in Bild 1 sind:

Ausgangsspannung 28V
Ausgangsstrom 2,5mA
Eingangsstrom 26mA
Frequenz 177kHz
Wirkungsgrad 65%

Die Induktivität L1 und der Kondensator C1 sind die steuernden Elemente der Schaltung. Sie bestimmen die Frequenz des Wandlers:

Wandler_Frequenz.png

Die Induktivität L2 hat keinen Einfluss auf die Frequenz. Werte zwischen 100µH und 100mH können verwendet werden. Die 1mH in Bild 1 sind optimal.

Beide Induktivitäten werden nur mit geringen Strömen belastet. Optimal sind kleine Festinduktivitäten mit axialen Anschlüssen, wie Widerstände.

Wird an den Ausgang eine Z-Diode angeschlossen, wird die Spannung auf deren Z-Spannung begrenzt. Sie sorgt auch gleichzeitig für eine gewisse Stabilisierung der Ausgangsspannung.

Spannungswandler-induktiv-Z-Diode.png
Bild 3: Der Wandler mit einer Z-Diode

Dieser Wandler ist einfach aufzubauen und zum Erzeugen einer höheren Spannung geeignet.

  • Der Ausgang sollte nie unbelastet sein, weil die Spannung hoch werden kann. Damit kann der Transistor überlastet werden. Ein BC337 kann eine maximale Spannung von 45V ab.
  • Die Ausgangsspannung kann nicht kleiner als die Versorgungsspannung sein.
  • Der Ausgang ist nicht kurzschlussfest, weil dann die Versorgungsspannung über L2 und D1 kurzgeschlossen wird.
  • Der Widerstand R1 hängt von der Stromverstärkung des Transistors Q1 ab und muss eventuell angepasst werden.
  • Die am Ausgang abgegebene Leistung Uaus*Iaus kann durch den Widerstand R1 in gewissem Rahmen variiert werden.

Spannungswandler für LED

Im Praktikum Spannungen wandeln haben wir uns eingangs gefragt,

  • Wie können wir eine weiße LED an einer 1,5V Batterie betreiben?

Der oben vorgestellte Spannungswandler ist dafür ideal. Die Schaltung kann noch weiter vereinfacht werden.

Die Versorgungsspannung ist eine einfache Batterie mit einer Spannung von maximal 1,6V. Eine weiße LED leitet dann noch nicht. Wir ersetzen die Diode durch eine Schottkydiode.

Spannungswandler-induktiv-LED.png
Bild 4: Spannungswandler für eine LED

Die Schaltung läuft schon bei 0,7V.

Uin Iin Iaus
0,7V 11mA 1,5mA 58%
0,8V 21mA 3,9mA 69%
0,9V 30mA 5,4mA 60%
1,0V 36mA 7,0mA 58%
1,2V 48mA 10mA 51%
1,5V 65mA 15mA 46%

Der Wirkungsgrad um 60% ist ist recht ansehnlich.

Die Schaltung kann an die eigenen Bedürfnisse angepasst werden. Insbesondere der Widerstand R1 kann an die Stromverstärkung des Transistors angepasste werden. Kleinere Werte als 1kΩ können zu einer Überlastung der LED (über 20mA) führen.

LED-Wandler.png
Bild 5: Versuchsaufbau des Spannungswandlers für LED

LED-Treiber PR4402

Es gibt eine noch einfachere Schaltung mit einem sehr guten Wirkungsgrad. Sie beruht auf dem LED-Treiber PR4401/PR4402.

LED-Treiber-PR4401.png
Bild 6: LED-Treiber für eine LED an 1,5V

Mit der Induktivität von 22µH wird die LED mit 11mA betrieben. Der minimal zulässige Wert von L1 ist 10µH. Dann ist der Strom in der LED 20mA. Der Wirkungsgrad liegt bei 80%, wenn die Batteriespannung über 1,4V ist.

SOT23-3.png
Bild 7: Gehäuse des PR4401

Der PR4401 hat ein SMD-Gehäuse Typ SOT23-3. Dieses können wir einfach auf einer Lochrasterplatine aufbauen.