Glück Auf liebe LED Bastler,

heut möchte ich eine Schaltung vorstellen, deren Idee ich schon ne Weile mit mir herumtrage. Gemeint ist ein stromgeregelter Abwärtswandler zum Betrieb von Leistungs-LEDs, der nur mir drei Transistoren und ein paar Bauelementen drumherum auskommt. Gestern hatte ich dazu (auf dem Klo, wo sonst ) den passenden Geistesblitz, wie sowas aufzubauen ist. Also heute Abend mal zusammengebaut, natürlich wieder als Drahtknäuel, geht wunderbar.

EDIT: Leider sind die Fotos verschollen. Na egal, mehr als ne leuchtende LED sieht man eh nicht.

Die Schaltung läuft bereits bei etwa 4-5V an und erlaubt den Betrieb auch bei noch weit höheren Spannungen. Testen konnt ichs bis 17V, auch dann hat die Stromregelung auf I=350mA noch gut hingehauen. Zudem wird der Leistungstransistor bei keinem Betriebszustand auch nur ansatzweise warm. Der Wirkungsgrad liegt bei gemessen 50-55% nicht so hoch wie erwartet, allerdings befürchte ich, daß mein Meßgerät aufgrund der Schalterei irgendwelchen Mist mißt. Warm wird, wie gesagt, nicht ein Bauteil, so daß er meiner Meinung nach höher anzusetzen ist. Aber selbst wenn nicht, ist das noch jeder Leistungsabbratmaschinerie überlegen.

So sieht der Schaltplan des Prototyps aus:



Das sollte doch für jeden Bastler auch ohne Erfahrung im Miniaturpfusch möglich sein. Zudem hat jeder die dafür benötigten Bauteile in der Wühlkiste rumliegen respektive man kann sie von einer alten Platine herunterbauen. Auf die Frage nach dem 2SB772, den hab ich nur grad rumliegen. Bei 350mA kann man auch noch nen BC327 nehmen, bei 1A LED Strom sollts dann schon ein BD140 oder noch was etwas dickeres sein. Alles andere sind Universaltypen. 2N3904, BC548, SC236, gehen alle. Die Größe der Induktivität ist hierbei Wurstegal, die Schaltung frißt alles, solange es nicht kleiner als 22µH wird. Wichtig ist allein die Strombelastbarkeit, die sollte bei der Spule ausreichend bemessen sein. Ein Faktor von 1,5 gegenüber dem mittleren Strom ist ein guter Anhaltspunkt, dann geht es gut.

Eingestellt wird der Strom mit R6, so daß hier etwa U_R6=800mV Spannungsabfall entstehen. Je nach verwendetem Leistungstransistor kann die Schaltung auch mit sehr hohen Strömen bis jenseits 1A laufen, allerdings ist dann sicher ein Darlingontyp oder noch ein weiterer Transistor vonnöten. Zu beachten ist auch, daß der Strom, bedingt durch das Arbeitsprinzip der Schaltung des Prototyps, mit steigender Eingangsspannung geringfügig ansteigt. Das sind aber, wenn man von 5 auf 15V geht, nur ca. 30-40mA, sollt ner Leistungs-LED kein ernsthaftes Kopfzerbrechen bereiten.

An den restlichen Widerständen sollt man nicht rumspielen, die sind für die korrekte Funktion des Schaltwandlers in der Form zwingend notwendig.

Abschließend hat man mit der gezeigten Schaltung ein wunderbares Instrument, LEDs in Autos, Halogenanlagen oder was weiß ich wo unterzubringen, ohne nur leistungsvernichtende Stromquellen mit linearem Arbeitsprinzip zu verwenden. Zudem läßt sich die Schaltung auch gut miniaturisieren. Anwendungen fallen mir schon genug ein...

Sooo, denn mal viel Spaß beim Nachbauen.

PS.: PWM Dimming geht mit einem Transistor und einem Widerstand zusätzlich auch. Bedingt durch das Regelprinzip macht man dabei auch bei höheren Frequenzen die Regelung nicht wuschig.

Zitat von »Lötmeister«

Schönes Projekt.

Wollen wir der Basis von T3 noch einen kleinen Vorwiderstand gönnen?

Hm, hab ich nicht drüber nachgedacht. Bisher rennt die Schaltung ohne und es geht wunderbar. Werd ich morgen mal testen und berichten.

Schöne Aufstellung, BerndK. So gesehen ist das theoretische Maximum des Wirkungsgrades bei einer LED gar nicht so weit weg von den gemessenen Werten. Vor allem fließt auch durch R2 und R4 permanent ein gemittelter Strom von rund 15-20mA bei 12V, der ebenfalls nicht bei der LED ankommt, sondern nur in der Schaltung an sich wirkt. Den kann man in die Rechnung durchaus mit einbeziehen.

Des Weiteren hab ich das mit dem Basisvorwiderstand von T3 mal mit verschiedenen Werten getestet. Eine wirkliche Verbesserung des Wirkungsgrades bringts nicht. Bei 4,7k Basiswiderstand nimmt die Schaltung sogar 20mA mehr auf, als ohne. Wem es im Sinne der Transistorenschonung lieber ist, der kann bedenkenlos 470 Ohm oder sowas einbauen, es wird nichts schaden. Allerdings läuft die Schaltung auch ohne den Widerstand ziemlich gut. Vielleicht kann man hier auch noch etwas mit dem idealen Wert spielen, allerdings hab ich jetzt gerade keine Zeit mehr zum experimentieren.

An sich haut es soweit hin, daß man die Schaltung mal in der Praxis im Dauerbetrieb testen könnte.

Zitat von »Lötmeister«

Das hat auch niemand behauptet. Aber schaltungstechnisch gehört er schon hin, damit T3 nicht zu sehr in die Sättigung gefahren wird und auch als eine Art Schutzwiderstand.

Hast schon recht. Werds bei Gelegenheit mal im Schaltplan im ersten Post noch einfügen.

Zitat von »RH«

Evtl. könnte ein Wechsel zu einem P-Kanal Mosfet noch was bringen,
mal schauen ob ich mal Lust habe, habe gerade wieder abgeräumt.

Meine ebenfalls diskret aufgebauten KSQs mit OPV kommen auch nur auf höchstens 70%,
von daher ist das für diese kleine Schaltung schon sehr ordentlich.

P Kanal Mosfet kam mir auch schon als Idee. Das sollte auch gehen, allerdings ist der Gateentladewiderstand R1 dann kleiner zu wählen, um das Gate schnell genug entladen zu können. Andernfalls sollte man noch einen Transistor ausgeben, um das Gate mit einer Push-Pull Stufe anzusteuern.

Der Wirkungsgradvorteil der OPV Variante liegt sicher im kleineren Stromshunt oder täusche ich mich da?

Hab auch noch mal etwas an meiner Schaltung herumgemessen. Bei 22µH erreiche ich bei 5V (Anlaufen der Oszillation) etwas über 100kHz, was bis 15V auf über 400kHz ansteigt. Gemessen hab ichs mit der Frequenzmeßfunktion von meinem Multimeter.

Die Werte erscheinen mir zwar ziemlich hoch, aber das Verhalten an sich stimmt schonmal, da der Stromanstieg an der Induktivität bei höherer Spannung größer ist. Exakten Aufschluß gewinnt man nur mit nem Oszi aber sowas hab ich zu Hause leider nicht rumstehen. Mal sehen, vielleicht geh ich der Sache auf Arbeit nochmal nach.

Aber wenn die Frequenz wirklich so affenartig hoch ist, böte die Schaltung noch sicher einiges Potential zur Miniaturisierung. Sollte man mal schauen, ob sich irgendwo dicke PNP SMD Transis auftreiben lassen, die bis zu 4A bei geringen Vorwärtsspannungen schalten können. Dann kann man auch ne SSC P7 damit betreiben.

@RH: Das mit der kleineren Shuntspannung mit OPV ist schon klar, nur ist das mit so einer Minimalvariante mit nur drei einfachen Transistoren nicht hinzubekommen. Dazu braucht man mindestens einen Differenzverstärker, das sind schonmal noch mindestens zwei Transistoren mehr. An der Stelle ist nichts zu machen.

Zitat von »Lötmeister«

Wer HF misst, misst Mist ...

Wer viel mißt, mißt viel Mist... Genau so seh ich das auch. Ist mir schon klar, daß man da jeden kleinen Oberschwinger mitnimmt. Habs allerdings an der Basis von T1 gemessen, in der Hoffnung, da nicht so viel Klingelei mitzunehmen. Naja der Oszi wird mir die Wahrheit offenbaren

Ehrlich gesagt hätte ich die Frequenz zwischen 50 und 100kHz erwartet. Na wir werden sehen.

Also 360mA bei einer LED an 12V würde ich jetzt mal als normal einstufen, da sollte auch nichts rauchen. Daß der Strom bei geringerer Spannung kleiner ist, ist normal, da ja erstmal der Spannungsabfall an R2 (rund 0,7V) und das U_CE_sat vom Transistor überwunden werden müssen. Da gehts erst bei 5V so richtig los.

Gleichzeitig ist auch noch ein leichter Stromanstieg von ein paar % mit steigender Spannung vorhanden, was durch die Hysterese zustandekommt. Steht aber im ersten Post drin.