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300mV-StepUp mit einem Transistor

Die hier beschriebene Schaltung funktioniert in einigen Prototypen der 300 mV-LED-Taschenlampe von Rainer schon ganz gut, allerdings hat das Thema noch Optimierungspotential, wie der Joule Thief von Big Clive zeigt.
Big Clive hat mit einem selbst gewickelten “Transformator”, einem Transistor und einem Widerstand den gleichen Effekt der Spannungserh├Âhung erreicht, nur eben kleiner und mit dem - im Hinblick auf die immer schwerer zu ergatternden Germanium-Transistoren sehr wichtigen - Nebeneffekt, nur halb so viele Transistoren zu ben├Âtigen ;-)

Mein Kollege Hanno hat in Versuchen herausgefunden, dass die Anzahl der Windungen relativ unkritisch ist und hat mir Fotos von zwei seiner Versuchsaufbauten geschickt.

Hannos Joule-Thief 1

Hannos Joule-Thief 2

Den elektrischen Anschluss der Kabel an die Batterie hat er ├╝brigens mit kleinen, superstarken Lochmagneten realisiert. Die Kappen handels├╝blicher Batterien sind ferromagnetisch (sie lassen sich magnetisieren) und geben damit den Magneten Halt, die die Anschlusskabel an die Batteriepole dr├╝cken. Genial einfach :-)

Hanno hat mich au├čerdem auf einen Umstand aufmerksam gemacht, der in der Originalschaltung von Big Clive zu sehen ist, der mir aber bis dato entgangen war. Die Reihenfolge der Anschl├╝sse B1-B2-A1-A2 des Trafos und die direkte Verbindung der Anschl├╝sse B2 und A1 in der zweiten bei Big Clive abgebildeten Schaltung legen den Schluss nahe, dass der Wickelsinn der beiden Windungen gleich ist. In diesem Fall kann der Trafo als Spule mit Mittelanzapfung betrachtet werden, was den Aufbau deutlich einfacher gestaltet, findet man eine passende Spule.

Findet sich keine Spule mit passendem Mittelabgriff, basteln wir uns halt selbst eine :-)

Das Verh├Ąltnis der beiden Windungsteile ist eher unkritisch, alles zwischen 1:1 (das ist das Verh├Ąltnis bei Big Clives selbstgewickeltem Trafo) und ca. 1:5 (Spulentyp 2, unten rechts) funktioniert.

Ich habe erfolgreich mehrere handels├╝bliche Spulen modifiziert, das Vorgehen ist immer im Wesentlichen gleich:

1. Umh├╝llung der Spule, soweit vorhanden, entfernen oder ├Âffnen.

Spulentyp 1.Spulentyp 2

2. Den jetzt zug├Ąnglichen Kupferlackdraht an einer passenden Stelle durch Kratzen vom Lack befreien und

Spulentyp 1 mit MittelanzapfungSpulentyp 2 mit Mittelanzapfung

3. einen isolierten Draht anl├Âten. Das ist unser Mittelabgriff.

Die oben erw├Ąhnte “passende Stelle” wird wie folgt festgelegt:
Einer der beiden Spulenanschl├╝sse ist auf der ├Ąu├čersten Lage angeschlossen, d.h. man sieht den Draht der Wicklung zum Anschluss f├╝hren. Am gegen├╝ber liegenden Ende der ├Ąu├čersten Wicklung liegt dann also mindestens eine volle Wicklungsl├Ąnge Abstand zwischen diesem Originalanschluss und unserer anzul├Âtenden Mittelanzapfung. Je nach Anzahl der Lagen insgesamt liegt damit dann das Wicklungsverh├Ąltnis fest. Es berechnet sich grob als 1 : (n-1), wenn n die Gesamtanzahl der auf dem Ferritkern aufgebrachten kompletten Wicklungslagen ist.

Es ist darauf zu achten, dass der Anschluss der Spule an den Widerstand angeschlossen werden muss, der das Ende der ├Ąu├čersten Lage bildet. Die Spule muss dazu passend orientiert auf der Platine angel├Âtet werden.


Zu dieser vereinfachten Schaltung habe ich eine passende Platine entworfen
(Click auf das Bild f├╝r volle Aufl├Âsung)

300mV_TaLa_03 Platine, Click f├╝r volle Aufl├Âsung

Die Spule und der Transistor sind liegend angeordnet, Anschl├╝sse nach rechts, analog zu der hier gezeigten Realisierung. Es empfiehlt sich, Spule und Transistor mit Hei├čkleber oder ├ähnlichem auf der Platine zu fixieren.

Das Schaltbild f├╝r Nicht-EAGLE-Benutzer hier zur Ansicht
(Click auf das Bild f├╝r volle Aufl├Âsung)

300mV_TaLa_03 Schaltbild, Click f├╝r volle Aufl├Âsung

Und nat├╝rlich wie immer die EAGLE-Designunterlagen zum Download.

Auch bei dieser Schaltung gilt, dass die Schottky-Diode D1 durch ein St├╝ck Draht ersetzt und der Elko C1 weg gelassen werden kann, wenn es auf geringsten Stromverbrauch ankommt und die Helligkeit eher “Nebensache” ist.


Der Wert f├╝r R1 muss experimentell ermittelt werden, ein guter Einstieg hierbei ist ein Poti mit 500 ÔäŽ.
Generell gilt, je kleiner die Eingangsspannung der Schaltung ist, umso kleiner muss R1 sein. Dabei ist immer eine gewisse Bandbreite vorhanden. Geht man mit dem Widerstandswert an die untere Grenze, wird die LED heller leuchten, allerdings ist dann der tolerierte Eingangsspannungsbereich sehr eng, d.h. wenn die Schaltung auf gr├Â├čte Helligkeit bei kleiner Eingangsspannung eingestellt ist, setzt die Wandlung bereits bei leicht erh├Âhter Eingangsspannung aus, die LED erlischt.
W├Ąhlt man dagegen einen etwas h├Âheren Widerstandswert, leuchtet die LED geringf├╝gig schw├Ącher, daf├╝r darf die Eingangsspannung h├Âher sein, bevor die Schwingungen des Wandlers abrei├čen.

Diese Betrachtungen sind dann von Belang, wenn eine Batterie bzw. eine Akkuzelle als Energiequelle f├╝r die Schaltung dient. Mit einer vollen Batterie liegt die Eingangsspannung mit 1,5 V immerhin etwa f├╝nffach ├╝ber dem akzeptierten Mindestwert.
Der Betrieb mit dieser hohen Eingangsspannung ist im ├ťbrigen nicht empfehlenswert, denn die Stromaufnahme der Schaltung liegt dann bei ├╝ber 1 A.
Mit einem Akku (ca. 1,2 V) oder einer (fast) leeren Batterie sind wir auf der sicheren Seite, der Strom in die Schaltung liegt dann unterhalb ca. 600 mA, was der Transistor auch ungek├╝hlt ├╝ber l├Ąngere Zeit verkraftet.

Beim Stichwort “leere Batterie” darf angemerkt werden, dass diese, mit einem Germanium-Transistor aufgebaute Schaltung, mit einer von Big Clives original Joule Thief als leer definierten Batterie noch eine ganze Weile l├Ąuft :-)

 


Da die verwendeten Germanium-Transistoren schlecht zu bekommen sind, man gegebenenfalls keine Wahl hat, NPN- oder PNP-Typen zu kaufen, habe ich die Schaltung auch noch f├╝r einen NPN-Transistor, z.B. den AC 181 aus dem ersten Projekt mit zwei Transistoren, erstellt.

Die Platine hierf├╝r sieht so aus...

Layout 300mV_TaLa_03a, Click f├╝r gr├Â├čere Darstellung

 

...das zugeh├Ârige Schaltbild so.

Schaltbild 300mV_TaLa_03a, Click f├╝r gr├Â├čere Darstellung

Auch hierf├╝r stelle ich die EAGLE-Designunterlagen zur Verf├╝gung.

Die Hinweise f├╝r den Widerstand, die Diode und den Kondensator gelten auch f├╝r diese Schaltung entsprechend.

 


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