Einfacher Wandler mit Induktivitäten
Im Praktikum Spannungen induktiv wandeln haben wir Schaltungen untersucht, mit denen verschiedene Spannungen erzeugt werden können:
- größer als die Versorgungsspannung,
- kleiner als die Versorgungsspannung und
- negative Spannungen.
Die Schaltungen waren nicht sehr aufwendig.
Hier betrachten wir einen Spannungswandler, der sehr einfach ist. Er ist nur für geringe Leistungen geeignet, aber für den Betrieb vieler Elektronikschaltungen ausreichend.
Wir betrachten auch eine Variante, 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 mit einer weiteren Induktivität und einem Kondensator. Damit steuert sich der Transistor sozusagen selbst an.
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:
Die Induktivität L2 hat keinen Einfluss auf die Frequenz. Es können Werte zwischen 100µH und 100mH verwendet werden. Optimal sind die 1mH in Bild 1.
Beide Induktivitäten werden nur mit geringen Strömen belastet. Es werden kleine Festinduktivitäten mit axialen Anschlüssen wie Widerstände verwendet.
Wird am Ausgang eine Z-Diode angeschlossen, so wird die Spannung auf deren Z-Spannung begrenzt. Sie sorgt auch gleichzeitig für eine gewisse Stabilisierung der Ausgangsspannung.
Dieser Wandler ist einfach aufzubauen und kann höhere Spannungen erzeugen.
- Der Ausgang sollte nie unbelastet sein, da die Spannung hoch werden kann. Dadurch kann der Transistor überlastet werden. Ein BC337 kann eine maximale Spannung von 45V vertragen.
- Die Z-Diode D2 begrenzt die Ausgangsspannung auf 12V und
- stabilisiert sie.
- Die Ausgangsspannung kann nicht kleiner als die Versorgungsspannung sein.
- Der Ausgang ist nicht kurzschlussfest, da dann die Versorgungsspannung über L2 und D1 kurzgeschlossen wird.
- Der Widerstand R1 hängt von der Stromverstärkung des Transistors Q1 ab und muss gegebenenfalls angepasst werden.
- Die am Ausgang abgegebene Leistung Uaus * Iaus kann durch den Widerstand R1 in gewissem Umfang angepasst werden.
Spannungswandler für LED
Im Praktikum Spannungen wandeln haben wir zu Beginn die Frage gestellt,
- Wie können wir eine weiße LED an einer 1,5V Batterie betreiben?
Der oben vorgestellte Spannungswandler ist dafür ideal. Die Schaltung lässt sich noch weiter vereinfachen.
Die Versorgungsspannung ist eine einfache Batterie mit einer maximalen Spannung von 1,6V. Wegen der geringen Spannung ersetzen wir die Diode D1 durch eine Schottky-Diode.
Die Schaltung arbeitet bereits ab 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 beachtlich.
Die Schaltung kann den eigenen Bedürfnissen angepasst werden. Insbesondere der Widerstand R1 kann an die Stromverstärkung des Transistors angepasst werden. Kleinere Werte für R1 als 1kΩ können zu einer Überlastung der LED (über 20mA) führen.
Die beiden Induktivitäten sehen aus wie Widerstände: zwei Anschlussdrähte und Farbringe. Die Grundfarbe ist hier beige.
LED-Treiber PR4402
Es gibt eine noch einfachere Schaltung mit einem sehr guten Wirkungsgrad. Sie beruht auf dem LED-Treiber PR4401/PR4402.
Bei einer Induktivität von 22µH wird die LED mit 11mA betrieben. Der minimal zulässige Wert für L1 ist 10µH. Dann ist der Strom in der LED 20mA. Der Wirkungsgrad liegt bei 80%, wenn die Batteriespannung über 1,4V liegt.
Der PR4401 hat ein SMD-Gehäuse vom Typ SOT23-3, das wir einfach auf eine Lochrasterplatine setzen können: SOT-Gehäuse.