Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie schnell können Rundzellen Energie bereitstellen?


von kaktusbombe (Gast)


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Hallo Forum,

Mich würde mal interessieren, was für ESR / ESL - Werte normale 
Rundzellen so normalerweise haben.
Ich habe letztens einen Schaltregler auf Basis des "joule-Thief" gebaut, 
aber leider kommen nur etwa ein Drittel der vorher simulierten 
Stromstärke raus..
Jetzt frag ich mich, an was das liegen könnte, es heißt ja immer, bei 
Schaltreglern soll man gute Kondensatoren vorne und hinten anlöten.

Einen Stützkondensator habe ich nicht, aber die Anschlussleitungen sind 
insgesamt nur 3cm lang. Das ganze hängt relativ kompakt auf Punktraster.

Im Anhang den Schaltplan, die Induktivität stimmt nicht, ich hab eine 
verwendet mit der Aufschrift "103J", keine Ahnung, wieviel das ist..
aber es war im Vergleichstest die Beste, ich hab sonst noch eine 220uH 
und eine selbergewickelte.

von MaWin (Gast)


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Die Batterie ist nicht dein Problem,
zwar hat sie einen Innenwiderstand und gerade bei stark impulsförmiger 
Stromaufnahme (ist in der Schaltung har ncht mal so schlimm) ist es 
besser den zu senken in dem ein Elko parallelgeschaltet wird (dann wirkt 
während des Impulses quasi nur der ESR des ELkos), aber die 
"Geschwindigkeit" ist fast Lichtgeschwindigkeit, gebremst ur durch die 
Induktivität der Leitungslänge.

Deine Simulation simuliert halt nur ideale Bauteile,
da braucht es dich nicht zu verwundern, daß bei der bekannt schlechten 
Schaltung des Joule Thiefs die Verluste höher sind als man sich das in 
seinem Leichtsinn zurechtsimuliert hat.

Deine 10mH Spule hat auch eine inter winding Kapazität und einen 
Draht-Widerstand, und wer weiß welchen maximalen Strom.

von kaktusbombe (Gast)


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Na, so ganz kann ich das nicht glauben.
"Fast Lichtgeschwindigkeit" ist doch relativ schnell ;)
Aber die Ionen in der Batterie bewegen sich sicher nicht so schnell.
Zumal die meistens in irgenwelchem Gel o.Ä. aufbewahrt werden.

Mir ist schon klar, dass die Simulation "perfekt" ist. Aber dass 
anstelle der 20mA nur 5 rauskommen, find ich schon extrem...
Ich habe testweise einen 100nF Kerko zum Eingang hin gehalten, aber eine 
Verbesserung hätt ich nicht bemerkt.

Gibt es eigentlich irgentwelche (ähnlich einfache) Schaltungen, die 
besser sind? Welche, die mehr (Strom/Spannung) aus der Zelle rausholen? 
Oder ist das die Einzige in diesem Schwierigkeitsgrad?

von Jonathan S. (joni-st) Benutzerseite


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kaktusbombe schrieb:
> Gibt es eigentlich irgentwelche (ähnlich einfache) Schaltungen, die
> besser sind? Welche, die mehr (Strom/Spannung) aus der Zelle rausholen?
> Oder ist das die Einzige in diesem Schwierigkeitsgrad?

PR4401 + Spule?

Datenblatt: http://www.prema.com/pdf/pr4401.pdf

von MaWin (Gast)


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> Oder ist das die Einzige in diesem Schwierigkeitsgrad?

Also alle anderen sind einfacher, wandeln effizienter und sind 
zuverlässiger weil sie sich nicht so auf zufällig genau passende
Bauteilnebenwerte (bzw. mit viel Mühe endlich passend zusammengesuchte 
Bauteile) verlassen wie der unsägliche Joule Thief.

Einen Chip hat Jonathan  schon genannt.

von Ottmar K. (wil1)



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Hallo kaktusbombe,

Der Schaltungszweck ist sicher z.B. mit einem Schaltregler-IC einfacher 
zu erreiche, da gibt es ja eine ganze Anzahl z.B. für StepUp. Dennoch 
habe ich mich ein wenig mit der Schaltung beschäftigt, ist ja auch eine 
Übung um besser mit LTSpice zurecht zu kommen.

Zur Annäherung an die Praxis habe ich mal die Daten einer 1mH-Drossel 
von Reichelt in die LTSpice-Simulation mit reingenommen und auch der 
Batterie einen Innenwiderstand verpasst. Das beste Ergebnis erreicht man 
mit C1=10nF R1=4,7k. Übrigens liegt der Spulenstrom in dieser (meiner 
und Deiner) Dimensionierung bei max. ca. 210mA, gerade noch im erlaubten 
Bereich der Spule, aber deutlich mehr als für einen BC547 zulässig (Ic 
max =100mA!!!). Da bleibt ein deftiger Verlust an CE hängen Der 2N2222 
Ic max 800mA oder ein BC337 Ic max 500mA besser angebracht.

Indem die Spule im Beispiel bei einem DC-Widerstand vo 2,6 Ohm mit 
maximal ca. 220mA belastet wird ist dafür zu sorgen, dass die 
Schaltfrequenz so groß ist, dass der Stromanstieg in der Spule (gehemmt 
durch deren Induktivität) sich fortlaufend ändert und nie den 
Sättigungswert erreicht. Dies ist in der ursprünglichen Dimensionierung 
mit C1=100nF vermutlich der Fall. Außerdem verringert sich bei dieser 
Spule die Induktivität ab ca. 220mA und mehr (vgl. Datenblatt).

Die Schaltfrequenz in der Simulation wird im Wesentlichen durch C1 und 
R1 bestimmt. In der aktuellen Dimensionierung ist fosz jetzt um ca. 
5.1kHz, könnte aber noch höher getrieben werden.

Bei solchen Schaltungen kommt es auch sehr darauf an, dass der Laststrom 
richtig gewählt wird, zu wenig oder zuviel, fahren den Wirkungsgrad 
rasch in den Keller.

In der Simulaltion ergibt sich jetzt bei Ub=1,5V eine Ausgangsspannung 
von ca. 13V, Strom ca. 21mA, Pout ca. 200mW.

Zu den Bildern
1Wander_100nF, das ist die ursprüngliche Dimensionierung. Während ca. 
30-40% der Zeit wird wegen der Lücken keine Wandlerenergie zum Ausgang 
gebracht.

2Wandler_10nF, hier ist die Schaltfrequenz erhöht, Lücken gibt es nicht 
mehr.

3Wandler_original mit R1=10k und C1=100nF bleibt die Ausgangspannung 
unter 10V und die Leistungsabgabe beträgt ca.120mW. "Getunt" mit C1=10nF 
bringt der Wandler nun gut 13V bei ca. 200mW Pout.

4Wandler_MOD mit R1=4,7k ist kaum ein Unterschied zu C1=10nF und 
C1=100nF vorhanden.Pout ca. 200mW. Lediglich die Eingangsleistung ist 
mit C1=10nF etwas geringer als mit C1=100nF



Gruss Ottmar

von Günter Lenz (Gast)


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103J soll heißen , die Zahl 10, und die 3 bedeutet es sollen noch
drei Nullen angehängt werden. Also 10000µH . Aber was das J
bedeuten soll weiß ich auch nicht.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Ottmar K. schrieb:
> Zur Annäherung an die Praxis habe ich mal die Daten einer 1mH-Drossel
> von Reichelt in die LTSpice-Simulation mit reingenommen und auch der
> Batterie einen Innenwiderstand verpasst.
Und eines fehlt jetzt natürlich noch:
die Vergleichsmessungen mit dieser angenäherten Praxis...

Nur dann kannst du sehen, ob die verwendeten Modelle überhaupt was 
taugen. Alles andere ist nur Zahlenspielerei, die zeigt, wie sensibel 
diese "Batterieauslutschschaltung" schon in der Theorie auf die Änderung 
eines einzigen Parameters reagiert.

MaWin schrieb:
> der unsägliche Joule Thief.
Die ursprüngliche Idee hinter dem Ding war nur, eine LED noch ein paar 
Tage leuchten zu lassen, bevor man eine leere Batterie wegwirft. Sie 
hatte schon vom Erfinder nie den Anspruch, einen guten Wirkungsgrad 
erreichen zu können...

Wobei mit günstiger Bauteilauslegung der Wirkungsgrad manchmal auch über 
100% zu bringen ist, wie mal im 
Beitrag "Re: Joule Thief - Eine Taschenlampe aus der Restekiste" lesen kann...

von Kaktusbombe (Gast)


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Vielen Dank, vor allem an Ottmar für die Mühe!

Die Version mit dem Chip ist zwar tatsächlich noch einfacher, aber laut 
Datenblatt läuft das Ding nur bis 0.9 Volt. In meinen Versuchen lief 
meine Schaltung noch länger. Natürlich mit noch weniger Leistung.

Die frisierte Version von Ottmar ist für meine Anwendung fast schon zu 
stark, ich betreibe damit lediglich einen Tiny mit zwei 
7-Sement-Anzeigen.
Da sieht man schön, wenn ich nur zwei Einser anzeige, lag die Spannung 
bei 4,3V, während wenn ich zwei Achter anzeigen lasse, die Spannung auf 
~3,7V sinkt. Das ist halt das Problem bei dieser Schaltung. Sie "regelt" 
nicht, sondern verhält sich mehr wie eine Stromquelle. Was bei mir aber 
kein Problem darstellt.

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