Wie funktioniert die Selbstoszillation dieses Boost-Konverters?

[Alex (Gast)]

Hallo,

unter dem Link
http://www.instructables.com/id/Joule-Thief-LED-Night-Light/step2/Technical-Overview/
wird ein selbstoszillierender Boost-Konverter vorgestellt (Schaltbild 
auch im Anhang). Könntet ihr mir erklären, wie die Selbstoszillation 
zustande kommt?


Besten Dank schon einmal und viele Grüße
Alex

[helfer (Gast)]

Also der PhotodiodenTeil sollte selbsterklaerend sein.

Im ersten Schritt wird die Spule mit Strom durchflossen und Energie 
gespeichert.
Im Zweiten Schritt schaltet Q3 ab und aus Kontinuitaetsgruenden kehrt 
sich die Spulenspannung um und der Strom fliesst durch die Dioden ab.

Simulier mal in Pspice einen einfachen Boost Konverter.
Im Netz gibts zuhauf Schaltungen mit Beispielen.

[Jens G. (jensig)]

@ helfer (Gast)

>Also der PhotodiodenTeil sollte selbsterklaerend sein.

>Im ersten Schritt wird die Spule mit Strom durchflossen und Energie
>gespeichert.
>Im Zweiten Schritt schaltet Q3 ab und aus Kontinuitaetsgruenden kehrt

Hmm - Du hast aber nicht erklärt, wieso Q3 abschalten sollte. Der TO 
wollte ja wissen, wieso es überhaupt schwingt, bzw. dazu kommt. Also 
wieso schaltet Q3 ab?

Eigentlich isses ganz einfach:
Anfangszustand: alle Transistoren aus (nichtleitend), da CdS beleuchte 
wird (Ube des Q1 also praktisch 0).
Wenn es dunkler wird, die Ube des Q1 negativer, Q1 wird also zunehmend 
leitfähiger.
Das hebt die Uce des Q2, bzw. die Ube des Q3 an, so daß diese dann auch 
irgendwann anfangen zu leiten. Es reicht aus, daß die ein bißchen 
leiten, also im Analog-Bereich sind (also nicht unbedingt voll 
durchgeschaltet).
Das bedeutet, Q3 zieht mehr oder weniger Strom. Da der Strom also von 0 
auf irgendeinen Wert >0 steigt (also ansteigender Strom), ergibt das 
über der Spule eine ansteigende Spannung (also U_L1 wird großer, Uce Q3 
wird kleiner).
Diese Spannungsänderung pflanzt sich über C1 auf die Basis Q2 fort. Ube 
Q2 wird also kleiner, Uce Q2 bzw Ube Q3 wird größer, Uce Q3 wird noch 
kleiner - klare Mitkopplung, was Voraussetzung für eine Oszillation ist.
Das zieht sich solange weiter, bis Q3 in der Sättigung ist - also voll 
durchgeschaltet. Jetzt gibts keine Änderung mehr, so daß der C1 auch 
keinen (negativen)Strom mehr auf die Basis Q2 übertragen kann. Deswegen 
klappt jetzt alles wieder zusammen. Q2 macht zu, Q3 öffnet deswegen, und 
schaltet L1 praktisch ab, und induziert in ihr eine höhere Spannung 
(=Uce Q3), die die LEDs füttert.
Gleichzeitig geht diese pos. Spannungsflanke an Basis Q3, so daß der 
durchschaltet, und Uce Q2 bzw Ube Q3 gegen null geht, und Q3 noch mehr 
abschaltet (also stromloser). Wieder also klare Mitkopplung.
Naja, und wenn Q3 voll abgeschaltet, bzw. die L1 ihre Spannung wieder 
abgebaut hat, fängt das Spiel wieder von vorne an.

Die Frequenz hängt dabei vorwiegend von der L1 und der Uf der LEDs ab.

[Alex (Gast)]

Hallo Jens,

vielen Dank für deine ausführliche Erklärung!

Ich hätte zu dieser Art von Schaltungen noch eine generelle Frage: Bevor 
ich meine Frage hier postete, habe ich die Schaltung in LTspice 
nachbauen wollen, um ihre Funktionsweise durch die Simulation 
nachvollziehen zu können. Obwohl ich alle Bauteile möglichst so gewählt 
habe, wie in meiner Steckbrett-Version der Schaltung (ohne den 
Photo-Teil) fing in der Simulation gar nichts an zu schwingen. Gibt es 
da einen Trick? Muss man irgendwas beachten?


Gruß
Alex

[Jens G. (jensig)]

Ich kenne mich mit Simulationen nicht weiter aus. Aber ich denke, das 
liegt ganz einfach an zu idealen Bauteilen, die da verwendet werden. So 
eine Schaltung braucht normalerweise eine gewisse "Anschubfinanzierung", 
also irgendwelche "Impulse", z.B. durch das Eigenrauschen. 
Möglicherweise fehlt das bei den simulierten Bauteilen.
Es sollte auch reichen, wenn man die Spannungsänderung durch CdS mit in 
die Simulation einbringt. Also irgendeine Flanke, die die Simulation mit 
verrechnen muß, und nicht einfach nur einen statischen Pegel an der 
Stelle.
Aber mit Simulationen kenne ich mich nicht weiter aus - musste mal 
andere fragen ;-)