Effizienz+Schaltplan 1-Transistor-Step-Up-Wandler

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

Effizienz+Schaltplan 1-Transistor-Step-Up-Wandler

Beitrag am Do, 18.06.09, 23:35 (3 Bewertungen, 45 Sterne)

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<EDIT>
Am Anfang der einzelnen Threads gibt es nun jeweils diese Übersicht meiner bisherigen Wirkungsgrad-Untersuchungen! Auf diese Weise hat man immer alle beisammen :D
Wirkungsgrad KSQ 1x3W Art. #95041 (hochgenaues) Messergebnis (Di, 02.06.09)
Wirkungsgrad KSQ 5-18x1W, Art-Nr.: 95042 (exakte Messreihe) (Sa, 13.06.09)
Effizienz+Schaltplan 1-Transistor-Step-Up-Wandler (Do, 18.06.09) (das ist dieser Beitrag hier)
Diagramm Wirkungsgrad 700 mA-KSQ (230V, IP20),Art-Nr.: 95043 (22.06.09)
Wirkungsgrad Ringkerntrafo 12V / 30 VA von EagleRise (08.07.09)
Kurztest ECO-Friendly-Schaltnetzteil 3V/4,5V/5V/6V/7,5V/9/12V bei max. 2250 mA (14.08.2009)

Keine Messung aber passend zum Thema: Tipp: Sehr gutes & günstiges Leistungsmessgerät, falls ihr selbst mal was messen wollt
Und als Tipp für ein vernünftiges & bezahlbares Ladegerät BC 700 + Tipps zu NiMH-Akkus (kurz: nehmt eneloop)
</EDIT>

Ich habe diese sehr simple Schaltung mal aufgebaut und vermessen.
(Ich meine eine ähnliche/identische Schaltung auch schonmal hier im forum gesehen zu haben)

So sieht das Ding aus (es ist sehr sehr unsauber gelötet, da das ganze nur mal schnell zum messen zusammengefrickelt wurde, da reicht es, wenn die Lötstellen von 12 bis Mittags halten :wink:
1-transistor-Mini-Step-up-Supply.jpg
1-Transistor-Aufwärtswandler (hier mit Elko zur Glättung des am Amperemeter gemessenen Stroms)


Es wurde eine grüne LED verwendet, deren Durchlasspannung bei reinem Gleichstrom gemessen, um das Voltmeter nicht zu irritieren, folgende Werte hat:
1,97V @ 07 mA
2,02V @ 10 mA
2,16V @ 20 mA

Als Transformator eignen sich offenbar Entstördrosseln mit 2 separaten Wicklungen sehr gut. Deren induktivität scheint zweitrangig bis egal zu sein. Zu wenige Windungen machen das ganze ineffizient (bis runter zu 20% Wirkungsgrad), zu viele Windungen führen dazu, dass 20 mA an der LEd erst über 1,5V eingangsspannung erreicht werden.
Es löuft schon ab 10 Windungen, weniger als 50 würde ich aber nicht empfehlen. der Kupferlackdraht kann beliebig dick und bei den kleinen Strömen hier auch fast beliebig dünn sein sein. (Dicker ist technisch besser/effizienter, aber kann zum Platzproblem werden, wenn man selbst wickelt)

Ich habe als Trafo (Ferritkern ist wichtig, wegen der hohen Frequenz, im Bereich 10 bis 100 kHz) eine Entstördrossel mit diesen werten verwendet:
2x 6 mH, 1A
Der verwendete Transistor ist ein BC337 (BC 547 dürfte genauso gehen)

Ich habe jeweils die gleiche Spannung verwendet, nämlich die Akku-typischen 1,2 V. Der Strom durch die LED wurde vor dem Amperemeter mit einem Elko geglättet, damit das Messgerät nicht durch die vielen Kilohertz irritiert wird und außerdem habe ich es auf den 10A-Bereich gestellt, damit der Innenwiderstand des messgeräts nicht mehr ins Gewicht fällt (das geht natürlich auf kosten der erreichbaren Messgenauigkeit, 10% Messfehler sind in meinen hier angegebenen Werten sicherlich möglich.

Leider steigt der Strom bei Erhöhung der Spannung sehr steil an, so dass bei 1,4 bis 1,5V schon der doppelte Strom wie bei 1,2V fließt, allein das ist ein Grund, lieber den PR4402 (oder PR4401) einzusetzen. (bei dem ich hoffe, dass der den Strom regelt anpasst)

Ich habe den Basis-Vorwiderstand mit dem auf dem Foto sichtbaren Trimmer so angepasst, dass ungefähr der optimale Wirkungsgrad erreicht sein dürfte. Die erreichbare Effizienz könnt ihr nun hier ablesen: (mir kommen die Werte allerdings schon beinahe ein wenig unglaubwürdig hoch vor, allerdings ist bei einen durchgeschalteten Transistor die Spannung U_CE (je nach Typ) durchaus 0,3V und noch darunter (nicht zu verwechseln mit U_BE), es kann also durchaus möglich sein.
Man müsste es mal mit einem MOSFETs testen, es gibt einige logic level-Typen, die ab 1V schalten...


Code: Alles auswählen
15 k an Basis
  in: 1,2230 V / 0,014 A / 0,017122 W
out: 1,9700 V / 0,007 A / 0,013790 W
Eff: 80,540%


5,5k an Basis
  in: 1,2237 V / 0,023 A / 0,0281451 W
out: 2,0200 V / 0,010 A / 0,0202000 W
Eff: 71,771%


5,5k an Basis
  in: 1,39973 V / 0,043 A / 0,06018839 W
out: 2,00000 V / 0,020 A / 0,04320000 W
Eff: 71,775%


Die Effizienz berechnet sich wie folgt: Ausgangsleistung /Eingangsleistung * 100
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Re: Effizienz+Schaltplan 1-Transistor-Step-Up-Wandler

Beitrag am Fr, 19.06.09, 01:41 (1 Bewertungen, 7 Sterne)

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Es gab mal hier über Lumitronix so eine Aktion (finde den Fred leider nicht mehr), wo genau sowas verschenkt wurde.

Persönlich finde ich farbige Leds irgendwie langweilig. Hast Du die Schaltung mal versucht so aufzubauen, dass man damit und unter gleichen Konditionen auch weisse Leds (auch eine langweilige Farbe) betreiben kann?

Im Prinzip wäre das ideal, um halbleere Batterie restlos leer zu gurken, aber was könnte man praktisch damit machen?

Wir basteln uns ein paar Throwies (eine etwas blöde Idee):
Statt einer Batterie eine Zinkplatte und einen Kohlestab verwenden, die Elektronik wasserdicht eingießen (Zinkplatte und Kohlestab müssen rausgucken) und danach die Klamotte einfach ins Meer werfen (chemische Batterie). So hätten die Fische auch etwas Licht.

Und falls man mal mit seinem Freund/ seiner Freundin am Wasser ist, kann man selbst bei bedecktem Himmel die Sterne ääh Leds im Wasser funkeln sehen.

Praktischer Nutzen: Null, dafür Spaß an der Freud'
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Re: Effizienz+Schaltplan 1-Transistor-Step-Up-Wandler

Beitrag am Fr, 19.06.09, 09:08 (1 Bewertungen, 7 Sterne)

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Das Ding geht auch mit vielen LEDs in Reihe, ohne die LED geht die Spannung bequem auf über 100 Volt!
Allerdings ist der Strom dann sehr gering. Auch bei einer weißen oder mehreren in Reihe kommt bei gleicher Bauteil Dimensionierung weniger Strom raus.

Deshalb lieber gleich für 75 Cent den PR4402 von Reichelt benutzen...
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Re: Effizienz+Schaltplan 1-Transistor-Step-Up-Wandler

Beitrag am Fr, 19.06.09, 12:04 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Das ist schön zu wissen (ich habe so ein Teil noch nie gebaut).

Ich kenne einige Leutchen, die nach einer Minitaschenlampe (als Schlüsselanhänger) suchen, die mit nur einer Batterie (bevorzugt: Micro) betrieben wird und weisses Licht erzeugt. Solche Lampen für 2 oder 3 Knopfzellen oder normale Batterien (Micro oder Mignon) will keiner haben.

Damit wäre das doch machbar.
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Re: Effizienz+Schaltplan 1-Transistor-Step-Up-Wandler

Beitrag am Mo, 22.06.09, 00:01 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Ich habe das Ding auch mal mit einem PMV65XP (Extremely Low Level P-Kanal MOSFET von Philips, SMD SOT23-Gehäuse) aufgebaut, allerdings war der Wirkungsgrad viel schlechter, 40-50% mit gleichem Übertrager statt >70%. Das Ding läuft dann zwar schon ab 0,5 V an, aber sonst hat es keine Vorteile. Als rudimentäter Tiefentladeschutz für Akkus ist das sogar eher ein Nachteil, zumal es bis 0,36V läuft, wenn es erst einmal angeschwungen ist.

Vermutlich ist die Schaltung mit einem MOSFET so ineffizient weil der MOSFET seinen R_DS_on eher linear mit der Gate-Spannung ändert, während ein NPN oder PNP ab einem bestimmtem Strom ziemlich schlagartig aufmacht (sich also da ganz ähnlich wie der Stromfluß in Abhängigkeit der Spannung durch eine Leuchtdiode verhält).
Man müsste dem MOSFET einen Schmitt-Trigger-vorschalten, dann halte ich eine Effizienz von weit über 90% für durchaus realistisch. Schade, dasss die fertigen PM440x-ICs keinen MOSFET drin haben, dann wäre man die 0,3V U_CE_sat los, die den Hauptteil der Verluste ausmachen dürften.
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