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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Joule Thief funktioniert nicht


Autor: Electric S. (electricsheep)
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Hi,
ich hab mir hier eine kleine Joule Thief-Schaltung aufgebaut, nach 
dieser Seite:
http://www.bigclive.com/joule.htm
Dazu habe ich einen lackierten Kupferdraht auf einem weißen Ferritring 
(Durchmesser 15mm x Höhe 5mm) mit 20 Windungen. Dazu ein 1 kOhm 
Widerstand und ein BC546.

Wieso funktioniert diese Schaltung (selbst mit vielen verschiedenen 
Batterien und LEDs) nicht?

Mein Ferritring ist weiß, es ist dieser:
http://www.muekra.com/frx15.html
Ist das ein falscher Ferritring?

Viele Grüße
e-sheep

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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Soweit ich das sehe, ist das ein Stepup-Wandler im Resonanzbetrieb. Die 
Betriebsfrequenz ist hier die Resonanzfrequenz der Induktivität.

Bei dem großen Kern kann es schon sein, dass es nicht geht.

Edit:

Es ist auch wichtig, dass der Kern bifilar gewickelt wird, so wie in der 
Anleitung gezeigt.

Grüße,

Peter

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Nimm dann mehr Windungen. Im Original wird eine Ferritperle mit 5mm 
Durchmesser und 1mm Loch verwendet. Das ist natürlich eine ganz andere 
Hausnummer und erlaubt viel höhere Frequenzen und somit einen höheren 
Wirkungsgrad.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Einfach mal eine Wicklung umpolen.

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Vielen Dank euch allen, es funktioniert jetzt!
Ich hatte zwei Anschlüsse der Spule vertauscht, an der Größe lag es zum 
Glück nicht. ;)

Mit dem Joule Thief auf ca. 50 V aufgeladene und danach kurzgeschlossene 
Kondensatoren machen schöne Funken! :D

Jetzt hab ich aber eine Frage:
Der Joule Thief betrieben mit 0,5 V in einer Batterie lässt eine 3,6 V 
LED noch relativ gut leuchten. Doch sie wird nur mit 2,4 V betrieben, 
obwohl die Schaltung unbelastet auch 20 V hergibt.
Lässt die Last die Spannung einbrechen oder wieso bekommt die LED so 
wenig Spannung?

Autor: Tilo L. (katagia)
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Das ist bei Dioden so, die haben eine Kennlinie. Damit die Spannung 
deutlich höher als die 2,4V werden kann, müsste der Strom so hoch sein, 
dass er nicht mehr im Datenblatt liegt.
Die 20V sind nur unbelastet. Bei geringem Stromfluss bricht die schon 
deutlich ein. Nimm mal einen R statt der Diode, dann merkst du es.

Autor: Sebastian (Gast)
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Ich vermute, die Spannung bricht ein, da der Wandler nicht beliebig viel 
Strom liefern kann.

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Tilo Lutz schrieb:
> Das ist bei Dioden so, die haben eine Kennlinie. Damit die Spannung
> deutlich höher als die 2,4V werden kann, müsste der Strom so hoch sein,
> dass er nicht mehr im Datenblatt liegt.

Nein, das ist wie gesagt eine 3,6 V LED, das Datenblatt zeigt bis 4 V 
und 250 mA.

Tilo Lutz schrieb:
> Die 20V sind nur unbelastet. Bei geringem Stromfluss bricht die schon
> deutlich ein. Nimm mal einen R statt der Diode, dann merkst du es.
Sebastian schrieb:
> Ich vermute, die Spannung bricht ein, da der Wandler nicht beliebig viel
> Strom liefern kann.

Ja, ihr habt Recht, das liegt wohl an der Last.
Wenn ich jetzt aber eine Batterie mit 4 V an die Schaltung anschließe, 
bekommt die LED auch nur 3 V. Woran liegt das?

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Die Basis des Transistors geht bei höheren Spannungen in die Sättigung. 
Vergrössere in dem Fall den Basisvorwiderstand. Pass aber auf, dass Du 
die LED dann nicht grillst.

Autor: Etech RWTH (Gast)
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Weil die Batterie einen Innenwiderstand hat und die 1V in der Batterie 
abfallen.

Wenn du eine Batterie kurzschließt, dann hast du an den Anschlussklemmen 
0V, die Spannung fällt im Innenwiderstand der Batterie ab und sie wird 
warm/heiß.

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Knut Ballhause schrieb:
> Die Basis des Transistors geht bei höheren Spannungen in die Sättigung.
> Vergrössere in dem Fall den Basisvorwiderstand. Pass aber auf, dass Du
> die LED dann nicht grillst.

Ah, danke für den Tipp, jetzt klappt das ! :D
Aber die Spannung bei einer schwächeren Batterie ist jetzt nicht mehr so 
hoch... mal schauen, ob ich einen sinnvollen Widerstand finde. ;)

Autor: avion23 (Gast)
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Auch wenn du eine 9V Batterie an eine Leistungsled anschließt wird diese 
~3,4V haben.

Autor: Tilo L. (katagia)
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> Tilo Lutz schrieb:
>> Das ist bei Dioden so, die haben eine Kennlinie. Damit die Spannung
>> deutlich höher als die 2,4V werden kann, müsste der Strom so hoch sein,
>> dass er nicht mehr im Datenblatt liegt.

Electric S. schrieb:
> Nein, das ist wie gesagt eine 3,6 V LED, das Datenblatt zeigt bis 4 V
> und 250 mA.

Ich kenne deine LED nicht, die 2,4V waren nur als Beispiel gemeint. 
Trotzdem wird keine LED 20V abkönnen, ich denke selbst mit 
Stickstoffkühlung wird das nichts. In dem Datenblatt wird bestimmt zu 
erkennen sein, dass der Strom exponentiell zur Spannung steigt.

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Tilo Lutz schrieb:
>> Tilo Lutz schrieb:
>>> Das ist bei Dioden so, die haben eine Kennlinie. Damit die Spannung
>>> deutlich höher als die 2,4V werden kann, müsste der Strom so hoch sein,
>>> dass er nicht mehr im Datenblatt liegt.
>
> Electric S. schrieb:
>> Nein, das ist wie gesagt eine 3,6 V LED, das Datenblatt zeigt bis 4 V
>> und 250 mA.
>
> Ich kenne deine LED nicht, die 2,4V waren nur als Beispiel gemeint.
> Trotzdem wird keine LED 20V abkönnen, ich denke selbst mit
> Stickstoffkühlung wird das nichts. In dem Datenblatt wird bestimmt zu
> erkennen sein, dass der Strom exponentiell zur Spannung steigt.

Ah, ok. Nein, nicht mit Stickstoffkühlung. :D
Ja, exponentieller Anstieg.

avion23 schrieb:
> Auch wenn du eine 9V Batterie an eine Leistungsled anschließt wird diese
> ~3,4V haben.

Ah, woran liegt das?

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Jetzt noch eine Frage:
Später möchte ich 8 LEDs anschließen, jeweils 4 vom gleichen Typ.
Soll ich sie parallel, seriell, oder jeweils mit eigenem Joule Thief 
anschließen?

Autor: Thomas S. (thomas_s74)
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Ändere doch einfach mal die Polarität der Feedbackspule-wirkt bei mir 
wahre Wunder.

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Thomas S. schrieb:
> Ändere doch einfach mal die Polarität der Feedbackspule-wirkt bei mir
> wahre Wunder.

Was meinst du damit? Was ändert das? Erhöht das die Spannung?

Autor: Thomas S. (thomas_s74)
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Ahh ne, Ihr wart weiter als ich-lesen hilft echt weiter ;D

Da musst du ausprobieren, wie du die höchste helligkeit hast. Ich weiß 
ja nicht, wie viel mA das joule thief bei hohen Spannungen abgibt. Aber 
seriell würde sich da denk ich mal eher anbieten.

Autor: Sebastian (Gast)
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Ich würde Reihenschaltung versuchen. Kann aber sein, daß die Helligkeit 
leidet, oder die Spannung für vier Stück doch nicht ausreicht. Mit 
eigenem Joule Thief funktioniert sicherer, erhöht aber den 
Bauteilaufwand. Außerdem ist die aus einer Batterie enthehmbare Leistung 
begrenzt. Ich hätte einen anderen Vorschlag: Sicherstellen, daß die 
Eingangsspannung mindestens 1.0V beträgt, und einen NCP1421 verwenden 
(von OnSemi). Dann alle LEDs mit jeweils einem kleinen Vowiderstand 
parallel an den Ausgang. Der Wirkungsgrad dürfte besser sein, denn der 
Joule Thief ist eher für kleine Lasten ausgelegt.

Autor: Tilo L. (katagia)
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> avion23 schrieb:
>> Auch wenn du eine 9V Batterie an eine Leistungsled anschließt wird diese
>> ~3,4V haben.

Electric S. schrieb:
> Ah, woran liegt das?

Weil es eine Diode ist. die Spannung an einer Diode ergibts sich aus dem 
Strom und dem Datenblatt. Die Quelle wird so lang belastet, sprich der 
Strom steigt, bis die WErte entweder dem Datenblatt ensprechen oder die 
Diode gegrillt wird.

Das liegt aber nicht daran, weil die Diode das Datenblatt auswendig 
gelernt hat, sondern an der Physik dahinter:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0112072.htm
Wiki klemmt gerade bei mir, aber im Netz gibts zu dem Thema recht viel.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Tilo Lutz schrieb:

> Weil es eine Diode ist. die Spannung an einer Diode ergibts sich aus dem
> Strom und dem Datenblatt. Die Quelle wird so lang belastet, sprich der
> Strom steigt, bis die WErte entweder dem Datenblatt ensprechen oder die
> Diode gegrillt wird.

du hast IMHO den 3.ten (wichtigsten) Fall vergessen

er steigt solange ....  bis die Stromquelle nicht mehr mit kann und 
einbricht.

Autor: avion23 (Gast)
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Electric S. schrieb:
>> Auch wenn du eine 9V Batterie an eine Leistungsled anschließt wird diese
>> ~3,4V haben.
>
> Ah, woran liegt das?

Google LED Kennlinie. Du hast eine Reihenschaltung von Batterie, 
Innenwiderstand der Batterie und LED. Für sehr viel mehr Strom wir die 
Spannung nur leicht höher. Es ist sogar so, dass die Spannung mit der 
Temperatur sinkt. D.h. sie kann erst etwas größer werden, bis die LED 
sich erwärmt, und dann wieder sinken und trotzdem mehr Strom verbrauchen 
als vorher. Ich empfinde das als sehr unintuitiv und vermute, dass 
deswegen viele Leute Probleme mit dem Parallelschalten von LEDs haben.

Und das beantwortet auch die Frage:
Electric S. schrieb:
> Später möchte ich 8 LEDs anschließen, jeweils 4 vom gleichen Typ.
> Soll ich sie parallel, seriell, oder jeweils mit eigenem Joule Thief
> anschließen?

Nicht parallel! Durch leichte Fertigungsunterschiede oder Temperaturen 
kann man den LED Strom in der Parallelschaltung nicht bestimmen. Wenn 
parallel, dann mit Vorwiderstand (Verlust) oder in Serie.

Der Joule thief hat bei sehr hoher Spannung einen niedrigeren 
Wirkungsgrad. Es wäre z.B. angemessen, 3 LEDs in Serie zu schalten. 
Diese Strings mit 3 LEDs dann wieder parallel, und zwar jeweils mit 
einem kleinen Widerstand, ~100Ω. An dem wird die abfallende Spannung bei 
hohem Strom wieder größer, so dass der negative Temperaturkoeffizient 
und die anderen Effekte (hoffentlich) wieder ausgeglichen werden.

Ein noch nicht beachtetes Problem ist die LED bzw. die verfügbare 
Leistung: Diese ist nicht groß! Billig LEDs haben ~20lm/W. Gute 5mm LEDs 
sind bei 50lm/W. Das wird immer in Candela angegeben um die Leute zu 
verwirren weil sich niemand etwas dadrunter vorstellen kann. Eine 
Halogenbirne hat ~15lm/W, nur zum Vergleich.

Sinnvoller ist es deswegen eine richtige LED zu verwenden um das wenige 
an Energie effizient zu nutzen. Z.B. eine XP-G. Die hat in dem Bereich 
~150lm/W, kostet aber auch ~4€, kann aber auch 1,5A.
Einziger Konkurrent mit ~1,50€ sind die Nichia Superflux LEDs mit 
94lm/W. Wichtig ist, dass sie auch wirklich von Nichia ist, z.B. diese 
hier:
http://www.led-tech.de/de/Leuchtdioden/Superflux-L...
Der Unterschied zu den normalen Superflux LEDs ist sehr groß, und die 
sind wieder sehr viel besser als normale LEDs.

Um einen Faktor 7 beim Wirkungsgrad des Joulethiefs zu bekommen muss man 
sich schon anstrengen, bei LEDs ist es ziemlich einfach :)

Autor: Tilo L. (katagia)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> er steigt solange ....  bis die Stromquelle nicht mehr mit kann und
> einbricht.

Hm, dachte den Fall hatte ich schon indirekt, wenn man den PEak aus den 
Kondensatoren mal ignoriert.

Autor: Electric S. (electricsheep)
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@ avion23:
Vielen Dank für diese ausführliche Erklärung! :)
Deine vorgeschlagene LED 
(http://www.led-tech.de/de/Leuchtdioden/Superflux-L...)
hat ja im Vergleich zu meiner 
(http://www.conrad.de/ce/de/product/180005/LED-75-1...) 
eine deutlich geringere Leistung und eine deutlich höhere Lichtstärke. 
(0.1W vs 0.4W, 160cd vs 14cd) :D
Von diesen LEDs bin ich wirklich fasziniert. Wieso hat sie mehr als 2 
Beinchen?

Autor: avion23 (Gast)
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Kühlung. I_max ist 180mA -> 200mW. Bei ~20% Wirkungsgrad bleibt dabei 
0.8*200mW Wärme in der LED zurück. Die ist ja aus Kunststoff, deswegen 
die Beinchen.

Freut mich, dass es dir geholfen hat. Ich war von dem Unterschied in 
Natura selbst extrem überrascht. Die Lichtfarbe ist auch besser.

<Werbung>
led-tech versendet versandkostenfrei wenn Vorkasse und man bei der 
Bestellung tierisch aufpasst. Seitdem bestelle ich dort öfters.
</Werbung>

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Ok, vielen Dank nochmal, avion! Inzwischen habe ich schon bei LED-tech 
bestellt! :)

Noch eine Frage zum Joule Thief:
Einen 0,15mF-Kondensator mit Umax=450V möchte ich über einen Joule-Thief 
mit 11 V Eingangsspannung so weit wie möglich aufladen. Jedoch komme ich 
mit mehreren versuchten Widerständen nicht über ca. 14V am Kondensator. 
Was kann ich ändern, damit der Kondensator weiter aufgeladen wird?

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Electric S. schrieb:
> Was kann ich ändern, damit der Kondensator weiter aufgeladen wird?

Einen anderen Wandler verwenden (Royer-Converter) mit 
Hochspannungswindung und Hochspannungsdiode.

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