Interessante Bauteile habe ich in LED-Solarleuchten und in diversen Kitschfiguren für Haus und Garten (solargespeiste Figuren die Töne und Lichtsignale bei Annäherung von sich geben) gefunden. Die darin verbauten DC-Wandler (Step-Up) können für diverse Anwendungen im Kleinspannungsbereich verwendet werden.

Der Bewegungsmelder in der "Ente" wurde mit einem LDR realisiert. Aber so einfach geht das nicht, die Funktion ist dem entsprechend schlecht.

Der Wandler-IC 0116 beziehungsweise ANA618, beide baugleich, aber nicht funktionsgleich, siehe Plan.

Experimentiert wurde mit dem IC 0116. Die Betriebsspannung Ub kann von 0,6V bis 2,5V betragen. Die Arbeitsfrequenz liegt bei ca. 100kHz und der maximale Wirkungsgrad bei 80%, bei einem Lastwiderstand von 470 Ohm. Die Ausgangsspannung im Leerlauf kann 12V  erreichen. Eingangs- und Ausgangsspannungen werden auf die oben genannten Werte begrenzt, werden diese überschritten, steigt der Betriebsstrom stark an. Werden Schalenkerndrosseln verwendet, verbessert dies den Wirkungsgrad. Drosseln zwischen 150µH und 50mH je nach Anwendung können verwendet werden.
Die IC's 0116 und ANA618 sind im Aussehen baugleich, in der Funktion vermutlich unterschiedlich.

Noch ähnliche IC's namens YX8018, 5252F, ANA609, ANA618, gleiches Aussehen aber andere PIN-Belegung. Diese IC's, made in China werden vorwiegend in diversen Solarleuchten verwendet. Von diesen exotischen Bauteilen sind kaum Datenblätter aufzutreiben.

Eine Testreihe mit verschiedenen Eingangsspannungen (Ub)  und Ausgangsspannungen (Ua) mit und ohne Belastung (470 Ohm). Die Drossel ist ein Schalenkern mit 51mH. Typisch der bessere Wirkungsgrad (WG) bei höheren Spannungen. Ursache des schlechten Wirkungsgrades bei kleinen Eingangsspannungen sind die unvermeidlichen Spannungsabfälle an den Halbleiterbauteilen intern und extern (D1), die sich gerade bei kleinen Spannungen deutlich auswirken.
Der 0116 scheint einen Schutz gegen Überlastung und Überspannung eingebaut zu haben. Bei Stromüberlastung steigt plötzlich der Eingangsstrom (Ib) extrem an. Dieser Zustand kann nur durch Unterbrechung der Eingangsspannung (Ub) behoben werden (Schutzthyristor?). Bei Überschreitung der Ausgangsspannung (Ua) von ca. 12V steigt ebenfalls der Eingangsstrom stark an (Zenerdiode?).
 Pin 1 war in der ursprünglichen Anwendung nicht beschaltet. Die Funktion von Pin 1 ist folgende: Mit GND verbunden ändert sich nichts. Mit +Ub verbunden wird Pin 2 H = +Ub, der Wandler arbeitet nicht mehr.

Der Step-Up-Wandler kann auch mit externen Transistoren betrieben werden. Vorteile konnte ich keine sehen, der Wirkungsgrad sinkt. Höhere Ausgangsspannungen können nicht erzeugt werden weil das Ton/Toff-Verhältnis nicht geändert werden kann, es entsteht ein lückender Betrieb.

Step-Down-Wandler (Abwärtswandler)

 Einige überaus einfache Schaltungen eines Step-Down-Wandlers. Die Arbeitsfrequenz ist abhängig von Ue, C2, L1, C3 und Last am Ausgang und bewegt sich bei der angegebenen Dimensionierung der Bauteile zwischen wenigen kHz bis ca 600kHz, abhängig von Ue und Last. Die gezeigten Schaltungen sind als Prinzipschaltbild aufzufassen. Die LED fungiert als Zenerdiode zur Stabilisierung der Ausgangsspannung, sie kann natürlich durch eine beliebige Zenerdiode ersetzt werden.

Dieser Abwärtswandler arbeitet mit einer festen Frequenz. Mit den Bauteilen R4, C2 und T3 wird ein Sägezahn erzeugt, die angegebenen Werte ergeben ungefähr 2kHz. Der Transistor T3 wird invers betrieben. Achtung, nicht jeder Transistor erzeugt einen Sägezahn! Der BC546 liefert bei ca. 10V einen schönen Sägezahn, jedoch mit kleiner Amplitude. Dieser wird mit OP1 verstärkt und erscheint am Ausgang als Rechteck. Mit P1 wird die gewünschte Ausgangsspannung Ua eingestellt. Ua darf nicht kleiner als 10V werden, weil darunter kein Sägezahn erzeugt wird. Eine Erhöhung der Eingangsspannung Ue bewirkt eine Pulsweitenmodulation (PWM), sodass die Ausgangsspannung annähernd konstant gehalten wird. Die Ausgangsspannung darf bei Verwendung eines TLC271 nicht höher als 15V werden. L1 kann je nach Last Werte zwischen 100µH bis 10mH haben.
Da die Steuerimpulse sehr steilflankig sind, werden die Schaltverluste im Darlington T1 gering gehalten. Die oben gezeigten einfachen Schaltungen haben wesentlich höhere Schaltverluste.

Netzgeräte
Ein einfaches Netzgerät mit besonderer Funktion. Bei Eingangsspannungen von 6 bis 10V funktioniert es als normaler Spannungsregler. Ab 10 Volt aufwärts erzeugt T3 einen Sägezahn, dieser moduliert die Referenzspannung die durch die LED bereitgestellt wird. T1 geht vom Regelbetrieb in den Schaltbetrieb (Step Down). Dadurch wird bei höheren Eingangsspannungen die Verlustleistung im Transistor T1 herabgesetzt. Die Drossel L muss dem maximalen Ausgangsstrom angepasst werden. Die gewünschte Frequenz des Sägezahnes kann mit R5 oder C3 geändert werden.
Nachteil: Durch den Sägezahn am Pin 2 des OP entsteht eine Hysterese zwischen unbelasteter und belasteter Ausgangsspannung, das heisst die Ausgangsspannung bricht bis zu 0,5V bei Belastung zusammen.

Eine verbesserte Version des oben gezeigten Netzgerätes. T4 und R4 bilden eine Konstantstromquelle die die Sägezahnfrequenz spannungsunabhängig macht. Mit P2 wird die Amplitude des Sägezahn soweit verkleinert, dass die Hysterese nur mehr wenige mV beträgt. Die weisse LED hält die Spannung an Pin 2 des OP auf ca. 3V konstant und bildet eine Spannungsreferenz.
Als Drosseln (L) können Schalenkern- oder Ringkerndrosseln verwendet werden. Werte je nach benötigtem Ausgangsstrom, zwischen 50µH bis 300µH.
Sägezahn
Manche npn-Siliziumtransistoren verhalten sich bei inversen Betrieb und offener Basis wie ein Diac oder eine Glimmlampe. Sie haben ab einer gewissen Spannung (ca. 10V) eine "Zündspannung" und eine "Brennspannung". Dieses Verhalten kann zur Erzeugung einer Sägezahnspannung genützt werden. Welche Transistoren sind geeignet? Eine relativ grosse Amplitude bei kleiner Zündspannung liefern manche Transistoren der Type BC147, BC547. Geeignet sind auch BC546, BC109, BC149, BCY59, BSX69 usw., pnp-Transistoren funktionieren nicht!
 
Bild1 zeigt eine einfache Testschaltung, der Sägezahn wird am Oszi sichtbar.
 
Bild 2 zeigt eine Testschaltung bei der die Sägezahnimpulse durch eine LED angezeigt werden. Die Frequenz des Sägezahnes ist abhängig von R1, C1 und Höhe der Speisespannung. Soll eine konstante Frequenz über einen weiten Spannungsbereich erzeugt werden, kommt die Schaltung nach

Bild 3 zum Einstatz. Der FET (BF245) erzeugt mit R1 einen Konstantstrom, folglich entsteht eine konstante Frequenz.
aktualisiert 21.06.2014