Spannungswandler

Im Juli 2003 wurde der Spannungswandler hier im Forum kurz vorgestellt. Nun habe ich mich nochmals der Schaltung angenommen. Ich denke mir ist gelungen, diese ein wenig zu verbessern.
DCW810 ein einfacher Drosselwandler
Anfang der 90er Jahre wurde am Flohmarkt des Wiener Radiomuseum von einem jungen Sammlerkollegen eine Anodenbatterie mit elektronischem Innenleben vorgestellt. Mit einigen 1,5V Babyzellen wurden an die 70V erzeugt. Schalter war keiner vorhanden, der Verbrauch im Leerlauf war minimal. Diese Idee hat meinen Ehrgeiz geweckt, eine Schaltung zu entwickeln, die bei ausgeschaltetem Verbraucher keinen Strom verbraucht. Die Suche nach geeigneten Schaltungen gestaltete sich mühsam, zumal PC oder Internet noch in weiter Ferne lagen. So stöberte ich in meinen vorhandenen Büchern und Heften von Elektor bis Siemens. Eine brauchbare Schaltung als Basis für weitere Entwicklung fand ich im Buch „Intermetall Schaltbeispiele“ aus dem Jahre 1967! Die Schaltung:

Im Winter 1994 begann ich mit den Versuchen am Steckbrett. Im Juli 1995 eine erste brauchbare Version, allerdings noch mit Trafo und erheblichem Bauteilaufwand:


Im April 1997 die erste Version mit Drossel:


Es folgten noch einige Versionen mit geringfügigen Änderungen.
Im Folgenden versuche ich die Funktion zu beschreiben. Ich hoffe, dass ich keine Denkfehler begangen habe. Wenn doch, Aufklärung und Korrekturen sind erwünscht.

Funktion von DCW810:
Wird die Speisespannung an Ue+ und GND angelegt, passiert vorerst gar nichts. Erst wenn die Last an Ua+ und GND angeschlossen wird, fliesst ein kleiner Strom über die Emitter- Basisstrecke von T1 – D1 – R2 – D2 – Ua+ (Lastsensorfunktion). Ist eine Zenerdiode ZD eingebaut, nimmt der Strom den kürzeren Weg durch diese nach Ua+. Durch diesen Strom wird T1 leitend und steuert T2 auf. Wird T2 leitend, wird der Kondensator C geladen, der Basisstrom steigt. Es entsteht ein Kippeffekt, beide Transistoren steuern voll durch. Jetzt fliesst auch Strom durch L. Sobald der Kondensator C geladen ist, sperrt T1 und T2 wegen fehlendem Basisstrom. Die in der Drossel L gespeicherte Energie fliesst über C und D2 nach Ua+ und zum Siebelko. Der über den Lastwiderstand fliessende Strom hält den Wandler in Betrieb.
Prinzip und endgültige Schaltung
      
Das richtige Zusammenspiel von C und L ist wichtig damit ein guter Wirkungsgrad erreicht wird. Bevor L in die Sättigung geht, sollte C geladen sein und damit beide Transistoren sperren.
R1…. Lastsensorempfindlichkeit. Wird R1 weggelassen, ist die Empfindlichkeit, abhängig
von der Höhe der Speisespannung, am grössten.
R2…. Mit diesem Widerstand kann die Ladezeit von C an die Drossel L angepasst werden. Für die genaue Einstellung ist ein Trimmpot ca. 100Ω zu empfehlen.
ZD…. Die Zenerdiode verhindert ein übermässiges Ansteigen der Ausgangsspannung nach Lastabwurf (ausschalten des Verbrauchers). ZD darf und kann nicht zur Stabilisierung der Ausgangsspannung Ua verwendet werden. Wenn D2 und der Siebelko für die hohe Leerlaufspannung dimensioniert sind, ist ZD nicht erforderlich.
P1…. Mit diesem Regler wird die Ausgangsspannung Ua, bei maximal erforderlichem Ausgangsstrom, eingestellt.
Rs…. Schutzwiderstand, schützt beide Transistoren bei Kurzschluss von P1.

Die Tabelle zeigt die Werte bei unterschiedlichen Eingangsspannungen und Lastwiderständen. Auffallend, die Abhängigkeit der Frequenz von der Betriebsspannung und der schlechte Wirkungsgrad (WG) bei kleinen Eingangsspannungen.
Mit dem hier gewählten Schalenkern RM5 (LBH= 20 x 16 x 13mm) und angegebenen Transistoren kann eine Ausgangsleistung von 2 Watt erreicht werden. Diese Leistung reicht für alle Röhrenkofferradios als Anodenspannungsversorgung. Die Ausgangsspannung sollte unter 100V liegen.

Schirmbilder:

Das obere Bild zeigt die Impulsform an der Basis von T2. Während des längeren Arbeitsimpulses sind beide Transistoren leitend, durch L und C fliesst Strom. In der kurzen Pause wird die gespeicherte Energie der Drossel L über C und D2 an den Ausgang Ua abgegeben. Der negative Zacken am Ende der Sperrzeit ist für mich nicht erklärbar.

Dieses Bild zeigt den Spannungsabfall an R2 (100Ω) während der Ladezeit von C. Während der abfallenden Flanke sind beide Transistoren leitend, im kurzen geraden Teil sind sie gesperrt.

Das Schirmbild zeigt die Impulse der Drossel L. Die Spannung beträgt ca. 63V, dazu addiert die Speisespannung von 9V, ergibt eine Ausgangsspannung von ca. 72V, weil die beiden Spannungen in Serie geschaltet sind.

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Hallo Herr Heigl,

danke für die sehr interessante, nun auch sehr einfache Schaltung!

Wie ist der Wert von R1, denn darüber finde ich ich nichts (oder habe ich etwas übersehen?). Ich nehme an, mit 47 KOhm dürfte man richtig liegen, oder?

Mit freundl. Gruß,

Martin Steyer

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Hallo Herr Steyer,

diese Frage habe ich erwartet. Der Widerstand R1 ist für die Ansprechempfindlichkeit der Stromlosschaltung verantwortlich. Sein Wert ist abhängig vom Verstärkungsfaktor T1, von der Eingangsspannung Ue und von der Mindestlast bei der der Wandler starten soll.
Ein Beispiel: Ue = 9V. R1 nicht bestückt. Beim Anschluss eines kleinen Analogvoltmeters, Bereich 250V (Innenwiderstand 500kΩ) hat der Wandler gestartet.
Dies ist natürlich nicht ideal, weil bei dieser geringen Last die Ausgangsspannung weit über 100V ansteigt. Dafür ist die verwendete Diode D2 (1N4148) auf Dauer nicht geschaffen.
Empfehlung: Statt R1 ein Pot 100kΩ einfügen, auf kleinsten Wert stellen (Kurzschluss), gewünschte Eingangsspannung Ue anlegen, am Ausgang Ua einen Widerstand (min. 1W) anschliessen, der der kleinsten gewünschten Last entspricht. Pot langsam hochdrehen, wenn der Wandler startet, ist der gewünschte Wert R1 gefunden. Wenn die Ansprechempfindlichkeit niedrig sein soll, ist ein 10kΩ Pot besser geeignet.

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Auf meiner Homepage wurde die Info-Seite zum Drosselwandler DCW810 auf den neuesten Stand gebracht. Layout dazu gibt es ebenfalls.
Noch ein Tipp: Zum Bau dieses DC-Wandlers können Drossel, Elko und Kondensatoren aus defekten Energiesparlampen verwendet werden.

Die beiden Links funktionieren nicht weil die Homepage umgestaltet wurde.
Neuer Link: DCW810

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Hallo Herr Heigl,

Die Schaltung ist sehr interessant und funktionierte auf Anhieb. Leider sind die beiden Links aus Ihrem letzten Beitrag nicht mehr gültig. Wäre sehr freundlich, wenn Sie diese gelegentlich aktualisieren könnten.
 

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Hallo Herr Mussner,

danke für den Hinweis. Eine neue Wandlerschaltung ist verfügbar: DCW319. Die Schaltung ist noch einfacher und der Wirkungsgrad besser. Ausführliche Beschreibung auf meiner Homepage unter

DC-Wandler DCW319

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