Einfacher Drosselwandler

Anodenspannung aus Kleinspannung.

 

 


DC-Wandler DCW599 eingebaut in eine selbstgebaute Metalldose (mit Deckel). Die Dose hat die Maße 90x70x31mm und findet in der Hülle einer 67,5V Batterie Platz. Die Innenwände der Dose sind mit dünnem Karton isoliert, damit der Print und die Batterien keinen Kurzschluss produzieren können. Statt der 3 Babyzellen findet auch ein Batteriehalter für 4 oder 6 Mignonzellen Platz. Lithium-Ionenakkus sind ebenfalls sehr gut geeignet. Durch die höhere Betriebsspannung erreicht man einen besseren Wirkungsgrad. Für die originalen Anschlüsse (Batterieclips) sind die "PP9 press studs" erforderlich. Diese sind sehr schwer erhältlich, im Internet wird man unter diesem Namen fündig.

Drosselwandler DCW599 bis DCW810

Als Schaltungsvorlage und Idee diente die "Blinkschaltung mit komplementären Transistoren" aus dem Buch Intermetall Schaltbeispiele (1967). Nach unzähligen Versuchen und Fehlschlägen ist dann diese Schaltung DCW599 entstanden.

Info

aktualisiert am 27. 08. 2010
Neu überarbeitete Wandlerschaltung. Die Drossel Dr ist ein Schalenkern RM5, 5mH, Wicklungswiderstand ca. 2Ω. Die Tabelle rechts zeigt die Werte mit dieser Drossel  bei einer Betriebsspannung von 9V und einem Lastwiderstand von 10kΩ. Der Wirkungsgrad ist trotz einfacher Schaltung hervorragend. Die Arbeitsfrequenz f ist abhängig von Ue, Ua und Na.
Mit R1 wird die Ansprechempfindlichkeit der Stromlosschaltung eingestellt. Bei Ue 9V ergeben sich folgende Werte für R1: Wandlerstart bei Last 100kΩ...R1=10kΩ, Last 10kΩ...R1=1,5kΩ. Bei anderer Ue muss R1 erprobt werden.
Abgleich: An Ua wird ein Lastwiderstand angeschlossen, der bei gewünschter Ausgangsspannung den maximal notwendigen Strom liefert. Nun wird mit dem Trimmpot die gewünschte Ausgangsspannung eingestellt. Wird der Lastwiderstand entfernt, muss sich der Wandler abschalten. Dabei überschwingt die Ausgangsspannung kurz bis zu 130V! Soll dies verhindert werden kann eine geeignete Zenerdiode oder Glimmlampe eingefügt werden. Die Zenerspannung bzw. Zündspannung muss unbedingt über der Ausgangsspannung liegen.
Die Betriebsspannung Ue kann zwischen 4V und 15V liegen. Bei kleinen Eingangsspannungen sinkt der Wirkungsgrad des Wandlers drastisch. 		Ue

Volt

 Ie

mA

 Ne

Watt

 f

kHz

 Ua

Volt

 Ia

mA

 Na

Watt

 WG

%
9 29 0,26 25 50 5 0,25 90
9 74 0,66 10 75 7,5 0,56 84
9 133 1,20 6,3 100 10 1 83
aktualisiert am 14. 8. 2010 Ue=Eingangsspannung, Ie=Eingangsstrom, Ne=aufgenommene Leistung, f=Arbeitsfrequenz, Ua=Ausgangsspannung, Ia=Ausgangsstrom, Na=abgegebene Leistung, WG=Wirkungsgrad
Die Printmasse mit 48 x 28mm sind bescheiden. Mit diesem Wandler steht ein Gerät zur Verfügung, das trotz geringem Bauteilaufwand eine automatische Abschaltung und Wiedereinschaltung bietet.
Nachteilig ist die schwierige HF- Entstörung wegen der variablen Arbeitsfrequenz. Die Zenerdiode bzw. Glimmlampe darf nicht zur Stabilisierung verwendet werden, sie dient allein zur Überspannungsbegrenzung.
R1 muss für jede Anwendung entsprechend angepasst werden.
Am Bild der bestückte Wandlerprint. Der Schalenkern RM5: Wicklungswiderstand unter 1Ω, 263µH, geschätzte Windungen 100, Draht ca. 0,3mmØ. Diese Drossel ist nur für Eingangsspannungen zwischen 2V und 3V geeignet, bei höheren Spannungen sinkt der Wirkungsgrad, siehe Tabelle. Bei nicht bestücktem R1 und einer Eingangsspannung Ue 2V startet der Wandler bei einem Lastwiderstand von ca. 150kΩ! Die eingebaute Glimmlampe begrenzt die Ausgangsspannung Ua ab ca. 75V. Als Printplättchen wurde dünnes Resopal verwendet und nach dieser Methode verarbeitet.
Ue Ie Ne f Ua Ia Na WG
1 44 0,044 36,5 16,5 1,1 0,018 41
1,5 148 0,222 16,2 46,7 3,1 0,145 65
2 229 0,458 14,2 68,3 4,55 0,31 68
2,5 172 0,43 23,5 66 4,4 0,29 67
2,5 251 0,63 17 65 6,5 0,422 67
3 144 0,43 33,8 65 4,33 0,28 65
3 212 0,636 24 65 6,5 0,422 66
3 307 0,92 16,7 65 9,56 0,62 67
3,5 273 0,96 21 65 9,56 0,62 64
4 170 0,68 40 65 6,5 0,422 62
5 161 0,805 51 65 6,5 0,422 52
6 167 1 59 65 6,5 0,422 42
Wird eine höhere Spannung mit geringer Belastung benötigt, z.B. Abstimmspannung für Kapazitätsdioden 30V, kann dafür auch der winzige Schalenkern RM3 (BHT 10 x 10 x 10mm) verwendet werden. Die Masse des Printplättchen: 20 x 30mm. R1 nicht bestücken, bei Startschwierigkeiten durch zu geringe Last, geeigneten Widerstand von Ua+ nach GND schalten. Die Schaltung in dieser Ausführung kann am Ausgang bis zu 0,4 Watt belastet werden.


Spezialschaltung für sehr kleine Eingangsspannungen ab 1,5V. Mit den Einstellreglern P1 und R2 kann der Wirkungsgrad WG auf den besten Wert getrimmt werden. Statt der Zenerdiode ZD wurde eine Zwergglimmlampe mit einer Zündspannung von ca. 70V eingebaut.

Aufwärtswandler (Step up) DCW911

Eine einfache Wandlerschaltung ohne lastabhängige Zu- und Abschaltung. Mit der gezeigten Dimensionierung der Bauteile kann der Wandler im Eingangsspannungsbereich Ue von 4V bis ca. 15V verwendet werden. Ausgangsspannungen Ua bis zu 100V sind möglich. Die Zenerdiode stabilisiert die Ausgangsspannung und verhindert ein Hochlaufen im Leerlauf (ohne Last). Bei richtiger  Einstellung von  P ist ein Wirkungsgrad (WG) bis über 90% möglich. Bei höheren Eingangsspannungen und zu kleinem Wert von P werden beide Transistoren dauernd durchgesteuert und der Leistungstransistor kann zerstört werden.
Die Kombination D1 C1 erscheint auf den ersten Blick recht sinnlos, weil scheinbar funktionsunfähig. Hier wird die Kapazität von D1 zur Steuerung des BC251 genützt. Die Kapazität von C1 ist völlig belanglos, sie sollte 100pF nicht unterschreitet.
Die Stromaufnahme ohne Last beträgt nur wenige mA. Die Stromaufnahme ist lastabhängig und sinkt bei steigender Eingangsspannung.
Die Arbeitsfrequenz ist abhängig von der Induktivität der Drossel L, der Eingangsspannung Ue und der Last am Ausgang. Drosseln von 1mH bis 10mH können verwendet werden. Bei kleineren Induktivitäten unter 1mH steigt die Frequenz über 100kHz, der Wirkungsgrad sinkt, vermutlich durch höhere Umschaltverluste der Transistoren.
Erwähnen möchte ich noch: Die Schaltungen wurden am Steckbrett aufgebaut. Die oft lange Leitungsführung und die Kapazitäten zwischen den Leiterbahnen ist einem guten Wirkungsgrad besonders bei höheren Frequenzen sicher nicht förderlich.
Die Tabelle vermittelt einen Überblick bezüglich Leistung, Wirkungsgrad, Frequenz usw.

Das Bild zeigt den Printaufbau des Wandlers. Printmass: 39 x 33mm. Statt der Zenerdiode wurde eine Glimmlampe als Überspannungsschutz eingebaut. Die Ausgangsspannung unter Last darf 70V nicht überschreiten, ab ca. 75V wird die Glimmlampe wirksam und begrenzt die Ausgangsspannung Ua.
Bild "Osci 1" zeigt die Steuerimpulse für den BD139.

Bild "Osci 2" sind die Ausgangsimpulse der Drossel L, Spannung ca. 50V (Tastkopf x 10)




Das Printlayout kann kostenlos angefordert werden.
DC-Wandler als Zerhackerersatz
Diese Schaltung kann einen mechanischen Zerhacker ersetzen. Mechanische Zerhacker wurden früher hauptsächlich bei Röhrenautoradios eingesetzt um die Anodenspannung aus dem Autoakku zu erzeugen. Diese Zerhackerpatronen sind sehr störanfällig und haben keine lange Lebensdauer.
Schaltungsbeschreibung: Mit zwei Invertern wird ein Rechtecksignal erzeugt. Mit P2 kann die Frequenz von ca. 40Hz bis 330Hz gewählt werden. Mit P1 kann das Tastverhältnis verschoben werden, damit lassen sich eventuelle Unsymmetrien der Trafowicklungen ausgleichen. Der 1µ Kondensator am Ausgang reduziert die auftretenden Spannungsspitzen. Die Schaltung ist für  Betriebsspannungen von 6V, 12V oder 24V geeignet. Die Zenerdiode ZD12 schützt den IC vor Spannungsspitzen und begrenzt die Versorgungsspannung auf 12V.
Abgleich: Am Ausgang wird ein Voltmeter angeschlossen. In die Speisespannung Ub wird ein Amperemeter eingeschliffen. Mit P2 wird die günstigste Arbeitsfrequenz eingestellt. P1 so justieren, dass der kleinste Strom am Amperemeter bzw. die höchste Ausgangsspannung angezeigt wird. Der Abgleich sollte unter Last vorgenommen werden.
Beispiel: Trafo Tr: 2 x 9V/1,7A (ca. 30VA). Ausgangsspannung Leerlauf 270V bei Ub 12V Stromaufnahme 170mA. Bei Belastung mit einer 7W Glühlampe sinkt die Spannung auf 230V, Stromaufnahme 900mA. Der Wirkungsgrad beträgt ca. 65%.
Die Schaltung aufgebaut auf einer Lochrasterplatte oder Printplatte mit den Massen 28 x 45mm findet in den meisten Zerhackerpatronen Platz.
Die Power FET's (BUZ11) müssen bis zu einer Stromaufnahme von 3A nicht gekühlt werden.
Die Drain - Source - Strecke des BUZ11 hat im leitenden Zustand einen Widerstand von 0,03 Ohm. Es können beliebige Power FET's verwendet werden, auf möglichst niedrigen Durchgangswiderstand muss geachtet werden.
Die Tabelle zeigt die Auswirkungen von Frequenz und Last auf den Wirkungsgrad WG. Ue = Eingangsspannung, Ie = Eingangsstrom, Pe = aufgenommene Leistung, f = Arbeitsfrequenz, Ua = Ausgangsspannung, Ia = Ausgangsstrom, Pa = abgegebene Leistung.
Als Last wurde eine 15W Glühbirne verwendet. Die letzte untere Zeile zeigt die Werte mit einer 25W Glühbirne als Last. Die Power FET wurden bei diesen Versuchen nicht gekühlt und wurden nicht warm.
Die beiden BUZ11 werden auf der Cu-Seite des Prints platziert.
Die Zerhackerpatrone eines Radione R9 wurde mit einem elektronischen Zerhacker bestückt (Bilder). Der neu entworfene Print hat die Masse  45 x 28mm und ist vermutlich für alle gängigen Zerhackerpatronen geeignet.
 
Die Radione Portables R2 und R3 können ebenfalls mit dem elektronischen Zerhacker umgerüstet werden. Deren Zerhackerpatronen haben einen Sockel mit 6 Stiften


Noch ein Tipp: Defekte Energiesparlampen als Materialquelle für den Wandler DCW911. Drossel, Elko, Kondensatoren und eventuell die Transistoren (HV-Typen) können verwendet werden.
aktualisiert am 17.01.2014