Nachdem ich mich mal wieder (wie immer zur bzw. vor der Weihnachtszeit) mit einem
der so genannten Joule-Thief Wandlern auseinander gesetzt habe und auch mal diese
gute Schaltung vom User Transistor aufgebaut habe wollte ich auch noch etwas
experimentieren um andere Varianten zu versuchen.
Da mir Drosselwandler speziell in diesem kleinen Voltbereich zu hohe Ströme ziehen
und auch EMV Technisch nicht so der Hit sind bin ich zu den Flusswandlern gekommen.
Es gibt zwar einige spezielle ICs für solche Anwendungen, alle mir bekannten basieren
aber auf Drosselwandlern und verwenden offene Kerne, das mag ich nicht so besonders.
OK, wenn die Frequenz hoch genug ist können auch E-Kerne oder RM Kerne verwendet
werden, die müssen dann selber gewickelt werden.
Ein weiterer Knackpunkt ist die Spannung am Eingang, die meisten ICs kommen unter
1,10 Volt kaum noch auf einen guten Wirkungsgrad.
Von dem MCP1640 habe ich sogar das Evaluationsbord hier, von den angegebenen
94% Wirkungsgrad ist bei 1,1 Volt am Eingang und bei 5V Ausgang nix mehr übrig.
Gemessen habe ich in einer Konstellation gerade mal 50%, da war mein Aufbau bei
Identischer Belastung und Eingangsspannung bei 66 %.
Unter anderem auch Schaltvorlagen und Tabellen von Siemens von 1961 sowie von Jörg Rehrmann
auf dessen Homepage gaben mir einige gedankliche Vorlagen.
Auch der Beitrag Versorgung aus einer Zelle im Mikrocontroller Forum war sehr hilfreich.
Diese Schaltung aus einem alten Siemens Halbleiterbüchle diente dann als Ausgangspunkt:
Es sollte versucht werden, diverse Kleinverbraucher oder LED Dekoteile mit nur einer Zelle
zu versorgen, ohne jetzt mal was bestimmtes im Auge zu haben.
Nach einigen Versuchen und vielen Testspulen sind einige Wandler dabei herausgekommen,
welche für die unterschiedlichsten Anwendungen optimiert worden sind und alle folgende
Daten aufweisen können:
Eingangsspannung zwischen 0,8 Volt und 1,5 Volt (Funktion meistens ab 0,5V)
Ausgangsspannung je nach Zweck zwischen 3,0 und 12 Volt.
Ausgangsstrom ebenfalls je nach Anwendung und Spule zwischen 50mA und 350mA.
Wirkungsgrad immer über 70%, maximal bei bester Anpassung sind knapp 80% möglich.
Auch die 12V Ausführung mit dem Brückengleichrichter kommt auf 74%
Ein weiterer Vorteil dieser Schaltung ist die Galvanische Trennung von der Eingangs- zur
Ausgangsspannung, damit kann z.B. auch ein LED Display zur Strom oder Spannungsmessung
betrieben werden, die brauchen fast immer galvanisch getrennte Spannungen.
Diese Ausführung bringt knappe 10 Volt am Ausgang bei 150mA und treibt ein 2,5W
COB Modul vom Forumsbetreiber, das Teil macht schon ordentlich viel Licht und könnte
als Beispiel für eine Zelt, Wohnwagen oder Keller Notbeleuchtung verwendet werden.
Hier eine Messseihe von dem COB Modul mit diversen Primär Batterien.
Es wurde bei 10mA mit der Aufzeichnung aufgehört, mit der D-Zelle leuchtet das Modul
aber nach 24 Stunden immer noch heller als eine kleine Taschenlampe mit einer
AA-Zelle und 3 x 5mm LED. (Diese billigen Werbeteile)
Das 2,5W COB Modul leuchtet nach 60 Stunden immer noch.
Auch andere 12V LED Cluster sind gut zu betreiben
Diese Variante ist mehrfach aufgebaut worden und ist ein richtiger Hit.
Ausgangsspannung maximal knappe 6V, bei voller Beleuchtung (alle LED AN) noch
knappe 5 Volt bei ca. 150mA. Vor dem µC noch einen LDO und die Schaltung mit
dem Poti auf besten Wirkungsgrad eingestellt, das sind 82% oder so gewesen.
Mit einer D-Zelle läuft die LED Säule 122 Stunden.
Die RM6 Schalenkerne gibt es gerade bei Pollin als Restposten recht günstig.
Bevor jetzt einer meckert das der Type N48 nicht für Leistungstrafos geeignet ist:
Ich habe einen identisch bewickelten RM6 N87 Kernsatz damit verglichen,
bei dieser relativ geringen Leistung ist kein Unterschied feststellbar.
Schaltungsdetails:
Primär wurden 2x 4 Windungen 0,5mm und 2x 4 Windungen 0,22mm miteinander
verdrillt. Sekundär je nach geplanter Anwendung zwischen 10 und 40 Windungen,
teilweise auch mit Mittenanzapfung und eine Diodenstrecke einzusparen.
Als Transistoren wurden nach einigen Versuchen nur noch FMMT617 verwendet.
Es gibt Ausgangsspannungs- Varianten von 2 Volt bis 16 Volt, alle funktionieren einwandfrei.
Bis jetzt hat sich diese Schaltung bewährt, auch nach dem abkühlen in dem Gefrierfach
auf ca. -18 Grad schwingt die sofort an. Eine Wärmeentwicklung ist nicht feststellbar.
Die Stromaufnahme aus der Batterie ist Schaltungsbedingt sehr gleichmäßig, auch weist
die Ausgangsspannung nur eine sehr geringe Restwelligkeit auf und die EMV Störungen
sind so gering das eine zusätzliche Drossel am Ausgang verzichtet wurde.
Bei den Versuchen kamen bezüglich der Batterien diese Ergebnisse raus:
Die normalen alkalinen Primärzellen können zwar verwendet werden sind aber für
diese relativ hohe Stromaufnahme nicht gut geeignet.
Es fliesen meistens Eingangsströme von knapp einem Ampere, das ist auch für eine
gute Alkaline D-Zelle mehr als ihr gut tut.
Auch die D-Zelle bricht nach kürzester Zeit auf ca. 1,2x Volt bei 1 Ampere Last ein.
Das 2,5W COB Modul leuchtet nach 60 Stunden immer noch.
Eine relativ gute Alternative dürften größere NiCd oder NiMh Zellen sein, die werden
aber langsam knapp. Es gab da mal gute Sanyo KR Zellen mit 7Ah.
Speziell auch in Bezug auf eventuelle Energy Harvesting Projekte mit TEG oder
Solarzellen sind solche Wandler mit Sicherheit eine gute und Preiswerte Alternative.
Da eine gut eingestellte Schaltung bereits ab ca. 0,4 Volt anläuft könnte hier evtl.
schon versucht werden aus einer Solarzelle etwas rauszuholen.
Für die Energiespeicherung denke ich im Moment eher an 1 Zellen Bleiakkus, die sind
einfach unkomplizierter als die LiPo und Konsorten und mit 2V sind die Wirkungsgrade
auch noch höher als bei durchschnittlich 1,2 Volt.
So, viel genug geschrieben, ich hoffe das zumindest für den einen oder anderen eine
Hilfe ist um evtl. selber so kleine Wandler zu erbauen.
MfG Raimund