Eletroniker Frage: Strom von 2,5V auf 3,5 Volt transformieren?

[Corny]

Hallo,

ist es mit recht einfachen Mitteln möglich Strom von 2,5 Volt auf ca 3,5Volt hoch zu transformieren? Ich würde nämlich gerne mit 2 Mignon Akkus drei weisse LEDs betreiben die jedoch 3,5 Volt brauchen. Die Stromstärke wäre also nur sehr klein (ca. 300 mA).

Ich hab hier genug Platinen Zeugs zum ausschlachten rum liegen. Ich hab auch einige Grundlegende Elektronik Kenntnisse und kann gut Löten.

[tatarus]

Entweder so:
http://www.elexs.de/kap5.htm

oder so:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210151.htm

Wobei Operationsverstärker nichts anderes als Differenzverstärker sind. Sie benötigen allerdings meistens 5V Spannung.

[n00b]

300mA ist schon recht beachtlich für LEDs, sind das Luxeons?

Wie auch immer, "einfach" ist relativ, man muss die Spannung irgendwie hochtransformieren und das ist schon ein gewisser Aufwand. Schau mal auf diese Website:

http://www.led-treiber.de/html/getaktete_treiber.html#Vampir-Luxeon

@tatarus: So gehts ganz bestimmt nicht :D

[Corny]

mir kommen die 100mA pro LED auch etwas viel vor. Aber das ist die Angabe die auf der kleinen Plastiktüte in der die verpakt sind drauf steht.
sind relativ normale helle weisse LEDs. haben 3500MCD.
Ich werd den realen Stromverbrauch bei 3,5 V mal messen.

Für die Vampirschaltung brauch ich aber irgend ein Bauteil das ich kaufen muss. Das hatte ich weniger vor. Ich hätt gedacht ich bastel mir aus ein paar Widerständen, Elkos, Transistoren und was so alles rum liegt etwas brauchbares.

[tatarus]

Grundlegend funktioniert die Schaltung, die du da zeigst genau so. Ist auch nichts anderes als ein zugegebenermaßen sehr gut kompensierter Verstärker. Natürlich würde ein Transistor oder OPV nicht perfekt funktionieren und wahrscheinlich auch nicht konstante Ausgangsspannung liefern. Mit ein paar Kondensatoren und Widerständen zur Kompensation sollte das aber ausreichend sein.

Einfacher wäre es übrigens höhere Spannung runter zu transformieren. Da reicht einfach ein Spannungswandler und zwei Kondensatoren.

[Corny]

Höhere Spannung runter transformieren haut nicht hin, da ich nur 2 Mignon Akkus in dem Gerät zur Verfügung habe. Ich will nämlich eine Solar Taschenlampe die hinten 3 rote Blinkende LEDs hat, auf drei dauerhaft leuchtende Weisse LEDs umbauen. Wäre die Ideale Leselampe.

Ich bräuchte also eine extrem einfache Schalung um den Strom etwas anzuheben. Das ganze sollte mit ein paar einfachen Bauteilen getan sein.

[n00b]

Grundlegend funktioniert die Schaltung, die du da zeigst genau so. Ist auch nichts anderes als ein zugegebenermaßen sehr gut kompensierter Verstärker.


Nein, das ist etwas völlig anderes. Hier wird Energie in einer Induktivität gespeichert (im Magnetfeld) und transformiert. In einem getakteten Regler.

Das was Du da verlinkt hast sind lineare Verstärker, damit kann man ein Eingangssignal linear bis (thoretisch) maximal der Betriebsspannung verstärken. Im konkreten Fall also maximal 2.5V, das bringt genau garnichts, da könnte er die LED auch gleich so an die Batterie anklemmen.

[Rhönpaulus]

mit bauteilen aus der bastelkiste kannst du vermutlich nur einen sperrwandler,bestehend aus zwei transistoren und ein paar passiven bauteilen,aufbauen.
der ist aber ungeregelt und der wirkungsgrad ist schlecht weswegen das keine gute lösung ist.
es gibt spezielle ics welche das erheblich besser können.
schau dich nach datenblättern für den max 619,max 756,lt1073 oder lt1307 um.
mit dem strom wird es aber knapp und wenn du wirklich 300ma brachst wird einer dieser regler nicht ausreichen.
bedenke auch das trotz dieser spezialisierten ics immer noch erhebliche energieverluste entstehen und du mit einem wirklungsgrad von ungefähr 50-70% rechnen kannst.
eine dritte akkuzelle wäre erheblich effizienter.

[n00b]

mir kommen die 100mA pro LED auch etwas viel vor. Aber das ist die Angabe die auf der kleinen Plastiktüte in der die verpakt sind drauf steht.
sind relativ normale helle weisse LEDs. haben 3500MCD.
Ich werd den realen Stromverbrauch bei 3,5 V mal messen.

Für die Vampirschaltung brauch ich aber irgend ein Bauteil das ich kaufen muss. Das hatte ich weniger vor. Ich hätt gedacht ich bastel mir aus ein paar Widerständen, Elkos, Transistoren und was so alles rum liegt etwas brauchbares.

1.) Für normale weisse 5mm LEDs sind 100mA Betriebsstrom viel zu hoch und weit ausserhalb der Spezifikation. Wenn Du das genaue Modell weisst kann man im Datenblatt nachschauen. Üblich sind 20-30 mA. Etwas mehr geht auch aber vermindert stark die Lebensdauer. 100mA sind viel zu viel.

2.) LEDs werden mit einem festgelegten Strom betrieben, nicht mit einer bestimmten Spannung. Die Flusspannung ist die Variable, der Strom wird eingestellt. Es ist relativ egal wieviel Spannung an der LED abfällt, wichtig ist der Strom und der sollte bei 5mm LEDs in der Regel bei 20...30 mA liegen. Dabei fallen dann an einer weissen LED eben die 3.5V ab. Aber das ist, wie gesagt, nicht so wichtig. Können auch 3V sein oder 4V. Wichtig ist der Strom.

3.) Du misst also nicht die Stromaufnahme bei 3.5V, das ist in dem Fall völlig uninteressant. Die Kennlinie der Diode ist so steil dass, wenn man da 3.5V aus einer niederohmigen Quelle anschliesst, entweder gar kein Strom fliesst oder so viel Strom dass die Diode in kürzester Zeit zerstört ist. Du schaltest die LED so dass durch sie 20...30 mA fliessen, die Spannung ist nur von sekundärer Bedeutung (in dem Sinne dass deine Spannungsquelle eben genug Spannung liefern muss damit die 20...30 mA fliessen können).

4.) Mal eben wird nichts, Du brauchst auf jeden Fall eine Induktivität und eine Rückkopplung irgendeiner Art um das Ding zum Schwingen zu bringen. Es gibt speziell für weisse LEDs jede Menge ICs, die genau dafür entwickelt wurden und mit relativ wenig Bauteilen auskommen. Einfach mal nach "white led driver" googeln. Sind aber meistens SMD ICs.

5.) Viel Erfolg :)

[Corny]

Ich seh schon, die geschichte ist komplizierter als ich gedacht hätte. :rolleyes:

Ich werd wohl versuchen noch 2 Akkus in die Lampe mit einzubauen, dann einen entsprechenden Widerstand vor die LED - fertig!
Muss mir nurnoch eine kleine Schaltung austüfteln mit der ich zwischen Reihen und Parallelschaltung umschalten kann. Die Solarzelle liefert ja nur genug Spannung um zwei Zellen mit 2,4Volt Nennspannung aufzuladen.

[n00b]

Schau Dir mal den "Joule Thief" an, einfacher gehts fast nimmer :)

http://www.emanator.demon.co.uk/bigclive/joule.htm

Geht auch ohne Induktor aber mit wesentlich grösserem Aufwand - aber immerhin ohne Spezial IC :)

http://72.41.86.92/dproj/PulseBoostLED/Pulse_Boost_White_LED.html

[Rhönpaulus]

na dann nutze doch eine solche spannungspumpe als ladeschaltung für die akkus.
gerade die maxims sind dafür besonders geeignet da sie schon ab eingangnsspannungen unter 1v arbeiten können.

[Corny]

Schau Dir mal den "Joule Thief" an, einfacher gehts fast nimmer :)

http://www.emanator.demon.co.uk/bigclive/joule.htm

Geht auch ohne Induktor aber mit wesentlich grösserem Aufwand - aber immerhin ohne Spezial IC :)

http://72.41.86.92/dproj/PulseBoostLED/Pulse_Boost_White_LED.html


Die Lösungen gefallen mir gut :)
- werd ich mir mal näher ansehen.
Wie sieht das dann aus wenn ich 3 LEDs daran betreiben will? Kann ich die einfach parallel schalten?
Eine LED wäre mir für die ganze Sache zu schwach, zwei würden notfalls reichen, falls die Schaltung zwei verkraften würde.

Zum Bau der Schaltung mal ne etwas dumme frage:
Ich will ja aus der Reste Kiste basteln. Entsprechende Widerstände und Kondensatoren lassen sich ja finden und ausmessen. Aber wie ist das mit den Transistoren? mit deren Aufschriften usw kann ich nix anfangen. Worauf muss ich da achten, kann ich was falsch machen?

€dit: lässt sich so eine Schaltung für eine 1,5V Batterie auch mit 2 Batterien nutzen, wenn ich nochmal einen widerstand vor die LED hänge?

[(del)]

kann mir jemand erklären, wie der joule-thief funktioniert? der link ist ja praktisch nur eine bauanleitung, aber mich würde wirklich interessieren, wieso und wie er funktioniert

[n00b]

Ist eigentlich recht einfach.

1.) Die Basis des Transistors ist über den 1K Widerstand und die Spule B1B2 an (+) angeschlossen. Der fliessende Basisstrom steuert den Transistor auf und die C-E Strecke wird leitend.

2.) Der Stromkreis über die Kollektor-Emitter Strecke des Transistors und die Spule A1A2 ist geschlossen, es fliesst Strom aus der Batterie durch die Spule A1A2 und den Transistor.

3.) Beide Spulen (Wicklungen), das ist Trick #1, sind in Art eines Transformators auf denselben Kern gewickelt, der durch A1A2 fliessende Strom induziert also in der Spule B1B2 auch einen Strom. Jetzt kommt Trick #2 ins Spiel: Dadurch, dass Anfang und Ende der Spule B1B2 gegenüber A1A2 "vertauscht" sind, ist der in der Spule B1B2 induzierte Strom dem durch den Widerstand fliessenden Basisstrom entgegengerichtet. Das Potential am Basisanschluss des Transistors wird negativ (in Bezug zum Emitter), als Folge sperrt der Transistor.

4.) Die in der Spule A1A2 gespeicherte Energie (im Magnetfeld, das sich durch den Stromfluss aufbaute) versucht den Stromfluss durch die Spule aufrechtzuerhalten, salopp formuliert. Warum und wieso würde hier zu weit führen, bei Interesse einfach nach Induktion, Selbstinduktion und Induktionsgesetzen googeln. Über den Transistor geht es nicht mehr, der ist gesperrt, aber da ist ja noch die Leuchtdiode parallel dazu. Effektiv hängt nun jedenfalls an der LED eine Serienschaltung aus zwei Spannungsquellen die sich addieren: Nämlich der Batterie und der in der Spule A1A2 selbstinduzierten Spannung. Die Summe beider Spannungen ist hoch genug um Strom durch die LED fliessen zu lassen, sie leuchtet.

5.) Irgendwann ist die Energie in A1A2 soweit verbraucht dass die Summe aus Selbstinduktionsspannung und Batteriespannung unter der Flusspannung der LED liegt, die LED wird wieder dunkel, der induzierte "Gegenstrom" in B1B2 bricht zusammen und der Transistor wird über den Widerstand erneut aufgesteuert, das Spiel beginnt bei 1.) wieder von vorne. Das alles passiert ungefähr 50.000 Mal in der Sekunde, jedenfalls beim Testmuster auf der Site.

@Corny:

LEDs sollte man niemals parallel schalten, das geht bei verschiedenfarbigen LEDs schonmal garnicht und auch bei LEDs gleicher Farbe ist es sehr problematisch. Die Kennlinie ist so steil dass selbst kleine Abweichungen im Produktionsprozess eine stark ungleiche Verteilung der Ströme bewirken. Die Schaltung beim Joule Thief ist doch so simpel und klein, die kann man problemlos für jede LED separat aufbauen.

Als Transistor kannst Du praktisch jeden NPN Universal Kleinleistungstyp nehmen, da eignen sich unzählige für, spezielle Eigenschaften sind für diese Anwendung nicht nötig. Zähl mal ein paar auf die in der Bastelkiste liegen und ich kann Dir sagen obs geht oder net.

Mit 2 Batterien in Serie geht die Schaltung natürlich auch, ob und was man anpassen muss ermittelt man am besten empirisch im Selbstversuch, da gibts keine fertigen Formeln dazu. Macht ja schliesslich auch Spass :D

[Corny]

Seh ich das richtig das ich eigentlich mit der Stärke der Spule (Durchmesser vom Draht und Anzahl der Wicklungen) die Ansteuerung der LED ändern kann?

Je mehr Energie die Spule speichert, desto geringer wird die Frequenz bei der die ganze Sache läuft.
Aber brauch ich ne höhere oder eine niedrigere Frequenz wenn ich mit zwei statt mit einer Batterie arbeiten will?

[n00b]

Im Prinzip ist das richtig, die Induktivität spielt in dieser Schaltung eine dominierende Rolle. Du kannst sie über die Anzahl der Windungen, das Kernmaterial und die Kernform in weiten Grenzen bestimmen, der Drahtdurchmesser spielt da eine eher untergeordnete Rolle. Für die Anwendung ist 0.1mm Kupferlackdraht völlig ausreichend. Grössere Induktivität kann mehr Energie speichern, der LED Strom wird dann Richtung höher tendieren. Die Schwingfrequenz wird kleiner, auch das ist richtig.

Du darfst aber nicht vergessen dass der "Joule Thief" eine absolut ungeregelte, frei laufende Minimalschaltung mit eher spielerischem und experimentellem Charakter ist. Sowas baut man auf und frickelt so lange dran rum, bis man mit dem Ergebnis zufrieden ist. Ergebnisse reproduzierbar vorhersagen ist da eher nicht drin, aus dem Grund werden in der Industrie für Schaltungen mit niedriger Betriebsspannung eben die speziell dafür entwickelten "white led driver" ICs eingesetzt.

Für Deine 2 Akkus in Serie, mit 2.4V Nennspannung, kannst Du die Schaltung genau so übernehmen, das müsste laufen. Als Kern kannst Du auch kleine Ringkerne verwenden. Am besten eignen sich Eisenpulverringkerne, das Material ist für Speicherdrosseln sehr gut geeignet. Gibts z.B. bei Reichelt. Ums Experimentieren mit der Windungszahl wirst Du nicht herumkommen.

Viel Spass.

[Corny]

Ich hab dafür ein altes Mainboard ausgeschlachtet. da hab ich mir einen Transistor runter gelötet und eine der Spulen hab ich zerlegt. einen 1k Widerstand werd ich mit sicherheit auch noch irgendwo finden.
Ich werd mir aber auch noch ein anderes Gerät zum Transistoren ausschlachten suchen müssen. Wenn ich das ganze dreimal bastel für 3 LEDs, wäre es mit sicherheit sinnvoll überall die nahezu gleiche Schaltung mit gleichen Bauteilen zu haben.

Gewickelt hab ich auf die Spule vom Mainboard (welche scheinbar auf allen Mainboards nahezu identisch sind) aktuell ca. 30 Wicklungen von einem 0,23mm dicken Kupferlackdraht (ohne Isolierung 0,19mm) Ich glaub das ist noch zuviel, aber wegnehmen kann man ja immer etwas.

nur wie stelle ich fest wann die Schaltung jetzt genau richtig ist? Wenn die LED genau so hell leuchtet wie an einer beispielsweise 4Volt Stromquelle mit entsprechenden Widerstand? oder wenn sie ca. 20mA durchlässt?

[(del)]

thanks @ n00b, ich habs kapiert :)