Dc Dc Wandler ohne IC`S

#4768497
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Hallo,

ich habe folgendes Problem ich suche einen Dc-Dc Wandler von 2-4V auf 5V 
(500mA output).

Ich habe schon diverse fertige Bauteile gefunden die das können, aber 
ich würde gerne keine IC`S verwenden sondern eine Schaltung aus Dioden, 
Transistoren,  Kondensatoren, Widerständen, Spulen usw.

Mit IC´S wäre es recht einfach, da es aber für ein Projekt ist nicht 
passend.

Ich habe mal eine Schaltung welche ich gefunden habe angehängt, es ist 
nur der Step-Up-Wandler welcher leider einen Taktgeber benötigt also 
somit ausfällt.

Ich hoffe ihr könnt mir weiter helfen.

MfG. Tobias
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#4768517
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Tobias M. schrieb:

> Ich habe schon diverse fertige Bauteile gefunden die das können, aber
> ich würde gerne keine IC`S verwenden sondern eine Schaltung aus Dioden,
> Transistoren,  Kondensatoren, Widerständen, Spulen usw.

Dann solltest Du aber schon recht weitgehende Kenntnisse in der
Entwicklung von Schaltungen haben, z.B. in Form eines einschlägigen
mehrjährigen Studiums. Das es auch mit ICs noch genügend Probleme
gibt, sieht man an den vielen Beiträgen zu diesem Thema hier im
Forum. :-)
Einen Einstieg in das Thema Schaltregler findet man in den DSE-FAQ
und den dort stehenden, weiterführenden Links.
Moderator Persönliche Seite #4768547
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Tobias M. schrieb:
> da es aber für ein Projekt ist nicht passend.

Erläutere diese Begründung mal näher.

Klar, bauen kann man alles, aber außer zu Lehrzwecken ist es kaum
sinnvoll, im 21. Jahrhundert einen Stepup-Wandler für 2,5 W „zu Fuß“
aufzubauen.  Der Aufwand steht in keinem Verhältnis zum Nutzen.
Moderator Persönliche Seite #4768552
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Dietrich L. schrieb:
> Schau mal unter "selbstschwingender Gegentaktwandler".

Und du meinst, der macht aus „2 - 4 V“ dann „5 V, 500 mA“? ;-)

Klar, man kann ihn natürlich überdimensionieren und dann die
überflüssige Leistung auf der Sekundärseite in einer Z-Diode
verheizen (Linearregler geht nicht, ist ja wieder ein böses IC),
aber meist ist die sich ergebende Energiebilanz dann nicht das,
was man sich antun würde.
#4768556
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Jörg W. schrieb:
> Tobias M. schrieb:
>> da es aber für ein Projekt ist nicht passend.
>
> Erläutere diese Begründung mal näher.

Wir sollen an der HS eine Platine entwerfen und wir haben uns für einen 
Dc-Dc-Wanlder entschieden um damit ein Handy oder ähnliches zu laden.
Würden wir es mit IC`S Realisieren wären es nur ein paar Bauteile und 
würde wäre vom Umfang her ehr gering.
Deshalb wollten wir lieber den umständlichen Weg wählen da man so  mehr 
zum planen hat und auch die Grundlagen weiter vertiefen kann.
Gast #4768558
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Tobias M. schrieb:
> Ich habe mal eine Schaltung welche ich gefunden habe angehängt, es ist
> nur der Step-Up-Wandler welcher leider einen Taktgeber benötigt also
> somit ausfällt.

Der Taktgeber ist dein kleinstes Problem. Den kann man einfach dazu 
bauen (z.B. einen Multivibrator, der ein Rechteck ausgibt). Das ist 
allerdings alles andere als optimal. Denn damit kannst du vielleicht 
diese Schaltung recht und schlecht zum Funktionieren bringen, aber was 
für eine Spannung rauskommt, weißt du damit nicht. Da fehlt eine 
Regelung, die das Puls/Pausenverhältnis in Abhängigkeit der Spannung 
regelt (bzw. auch die Frequenz des Rechteckes). Mal ganz abgesehen von 
der EMV-Problematik. Da haben sich schon viele gescheite Leute den Kopf 
zerbrochen, wie man am besten so einen Wandler baut, ohne daß er zum 
Störsender wird. Und das Problem hat man schon bei der Verwendung von 
ICs bei ungünstigem Aufbau.

Laß dir raten, nimm ICs, die dafür konstruiert wurden und du kommst 
schneller und besser zum Ziel.

Als Demonstration kann man sowas vielleicht mal aufbauen...
(Firma: matzetronics) #4768568
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Ich habe die Schaltung schon öfter gepostet, weil sie einfach und genial 
ist. Wir haben es hier allerdings mit einem Stepdown Regler zu tun, den 
du also von Buck auf Boost umbauen müsstest.
Aber wie du siehst, ganz ohne IC, Halbleiter sind allerdings schon drin 
:-P
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Moderator Persönliche Seite #4768572
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Tobias M. schrieb:
> Wir sollen an der HS eine Platine entwerfen

Gut, also zu Lehrzwecken.

Dann solltet ihr aber eigentlich auch nicht im Forum nachfragen,
sondern euch die Grundlagen aneignen und sie umsetzen. ;-)

Die Schaltung von Matthias hat natürlich schon eine gewisse
Genialität, aber der Lerneffekt, wenn man sie einfach so benutzt,
ist schon wieder deutlich geringer.

Falls ICs nicht komplett tabu sind, könntet ihr euch beispielsweise
überlegen, wie man den Taktgeber in eurer Schaltung durch einen
NE555 realisiert und dann eine Spannungsregelung (über die Pulsbreite)
damit umsetzt.  Dann ist es immer noch „diskret genug“, um hinreichend
was zu lernen dabei.
#4768574
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Tobias M. schrieb:
> Ich hoffe ihr könnt mir weiter helfen.

Nimm die einfache Methode

> Mit IC´S wäre es recht einfach, da es aber für ein Projekt ist nicht
> passend.

denn von der komplizierten sind deine Kenntnisse noch meilenweit 
entfernt.

ICs sorgen für Kurzschlussschutz, schützen vor fehldimensionierten 
Bauteilen (z.B. den Schaltransistro vor den Spulen), regeln die 
Ausgangsspannung, arbeiten effizient weil sie die Spulen nicht in 
Sättigung treiben wie alle Sperrschwinger, und das Datenblatt gibt 
Schaltplan und Bauteildimensionierung schon vor. Ausserdem sind es 
weniger Bauteile.

Bei diskreten Sperrschwingern hängen alle Parameter voneinander ab, 
tatsächliche Transistorverstärkung von Spulensättigung, von 
Zwischen-den-Windungen Kapazität, es kommt also auf die Nebenwerte der 
Bauteile an, die nicht dabeistehen, man muss also ausprobieren und ohne 
Oszilloskop sieht man nicht mal daß nichts passiert.
Persönliche Seite #4768581
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Geh doch auf das Blockdiagramm im Datenblatt von einem LT1301 o.ä. und 
bau den Teil davon den Du brauchst diskret nach, das ist am 
sportlichsten.

Taktgeber von dem Wandlerschaltplan am Anfang kannst Du einen diskret 
aufgebauten Oszillator nehmen. Den kann man auch aus Quarz/Schwingkreis 
und Transistoren aufbauen, die sind doch alle erlaubt, oder?

Es gibt dazu passend bei Aliexpress 100er Tüten mit pnp/npn 
Standardtransistoren für unter 1€.

Viel Spaß.... :-D
#4768596
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Jörg W. schrieb:

>> Wir sollen an der HS eine Platine entwerfen

HS=Hochschule?

> Falls ICs nicht komplett tabu sind, könntet ihr euch beispielsweise
> überlegen, wie man den Taktgeber in eurer Schaltung durch einen
> NE555 realisiert und dann eine Spannungsregelung (über die Pulsbreite)
> damit umsetzt.

Naja, ein Taktgeber mit der typischen Zweitransistorschaltung
zu bauen, ist zwar komplizierter als mit 555, aber der Aufwand
ist noch überschaubar. Man könnte zur Pulsbreitenregelung ein
Monoflop mit Komparator nachschalten, wobei die Regelung über
Veränderung der Schaltschwelle des Komparators gemacht würde.
Den Komparator könnte man als Differenzverstärker mit zwei bis
drei Transistoren aufbauen.
Möglich ist vieles, ob es Sinn macht, ist eine andere Frage.
(Firma: matzetronics) #4768608
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Jörg W. schrieb:
> Die Schaltung von Matthias

Oh nein, die Schaltung ist nicht von mir, sondern vom grossen Matjaz 
Vidmar, der schon 1988-89 einen Selbstbauempfänger für Glonass und GPS 
in der UKW Berichte veröffentlichte und dabei den o.a. Schaltregler 
(damals noch ein absolutes Novum) zur Speisung dieses Empfängers 
einsetzte. Das war ein ausgewachsener 68000er System mit allem Pipapo.
http://lea.hamradio.si/~s53mv/navsats/digital.html
Gast #4768609
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Matthias S. schrieb:
> Ich habe die Schaltung schon öfter gepostet

Ja, leider.

> weil sie einfach und genial ist

Nö, ich finde die aufwendig und ziemlich doof. Ein frei schwingender 
Oszillator, dem man den "Hals zudrückt" wenn die Ausgangsspannung zu 
groß wird.

Das geht mit nur 2 Transistoren einfacher und besser. Mit 3 Transistoren 
hätte man schon eine Strombegrenzung mit drin.
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Gast #4768648
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Tobias M. schrieb:
> Ich habe schon diverse fertige Bauteile gefunden die das können, aber
> ich würde gerne keine IC`S verwenden sondern eine Schaltung aus Dioden,
> Transistoren,  Kondensatoren, Widerständen, Spulen usw.

Tobias M. schrieb:
> Deshalb wollten wir lieber den umständlichen Weg wählen da man so  mehr
> zum planen hat und auch die Grundlagen weiter vertiefen kann.

Produktiv ist sowas natürlich nicht. Das weißt du aber selber.
Dir geht es nur um den Lerneffekt. In dem Fall kann ich dir 
weiterhelfen.

Bei der Regelung kann man sparen. Lege den Wandler so aus, dass er bei
2V Eingangsspannung noch auf 5V boosten kann, bei einem maximalen
Ausgangsstrom von 750mA. Der Strom ist höher als dein Nennstrom damit
der Wandler nicht ewig zum aufladen des Ausgangskondensators braucht,
nachdem ein Lastsprung erfolgt ist.

Sobald du mit einem Komparator misst dass die Ausgangsspannung
5V erreicht hat schaltest du den Oszillator aus. Klassische
Bang-Bang-Regelung, schaltet genauso grausam wie es sich anhört, kommt
aber mit wenig Aufwand aus.

Danach wählst du Frequenz und Spule. Beide sind abhängig voneinander.
Da das ganze diskret wird solltest du mit der Frequenz nicht höher als
~80kHz gehen, mehr wird unschön ohne richtige ICs. Den Dutycycle musst
du so auswählen dass du bei maximaler Eingangsspannung die Spule nicht
dauerhaft aufmagnetisierst. In deinem Fall kann man einfach D=0.5
festsetzen, da das die Oszillatorschaltung vereinfacht.

Als nächstes suchst du dir eine Schaltung MIT ICs die das erforderliche
Signal erzeugen kann. Z.b. ein NE555. Die Aufgabe besteht jetzt
"nurnoch" dadrin diesen IC diskret nachzubauen. Im fall vom 555er
ist das recht einfach.

Ich habe so ziemlich das selbe auch mal gemacht, primär um die
Schaltungen besser zu verstehen. Um ein bisschen Werbung zu machen ;)

http://gotbread.bplaced.net/Sites/Hardware/Flampe.html

Auf den ersten paar Bildern siehst du den Aufbau. An sich habe
ich nur die Komparatoren und das Flipflop des 555ers diskret aufgebaut.

Einen sehr einfachen Komparator kannst du schon so:

http://www.learningelectronics.net/images/quiz/01243x01.png

aufbauen. Mit einer Frequenzkompensation kannst du daraus auch einen
Opamp bauen.
Gast #4768798
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Na dann zeige ich mal noch die heute Nachmittag entworfene Schaltung 
nach den Anforderungen des TO. Die Kurven zeigen die Ausgangsspannung 
und die Stromaufnahme bei 2V, 3V und 4V Versorgung. Für den IRLML2502 
gibt es besser geeignete Transistoren, hatte aber kein Model parat. Der 
Ausgangselko ist rel. klein (und daher die Welligkeit rel. groß) um die 
Rechenzeit kurz zu halten. Eine Spannungsregelung ist nicht drin, aber 
einfach zu machen, sagt ja sogar der TO ;-)
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Gast #4768820
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Sascha_ schrieb:
> Jetzt gibts hier ne fertige Schaltung mit diskreten Bauteilen statt ne
> fertige Schaltung in IC Form.

Verstehe die Bemerkung nicht. Genau das wollte der TO doch:

Tobias M. schrieb:
> ich suche einen Dc-Dc Wandler von 2-4V auf 5V (500mA output).

> ich würde gerne keine IC`S verwenden sondern eine Schaltung aus Dioden,
> Transistoren,  Kondensatoren, Widerständen, Spulen usw.
#4771961
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ArnoR schrieb:
> Tobias M. schrieb:
>> Mit welchen Programm
>
> TINA-TI, von der Seite ti.com. Das Model für den IRLML findest du da
> drin aber nicht, das musst du von irf.com runterladen.

Also ich habe die Schaltung nun aufgebaut und den IRLML2502 von
( 
http://www.infineon.com/cms/de/product/power/power-mosfet/20v-300v-n-channel-power-mosfet/20v-30v-n-channel-power-mosfet/IRLML2502/productType.html?productType=5546d462533600a401533d4a7a127014#ispnTab7 
)
herunter geladen, der Skin ist leider nicht korrerkt aber bei der 
Simulation komme ich bei 3v am Eingang nur auf eine Ausgangsspannung von 
ca 1,43V.
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