China-Mini-Wandler als Joule Thief

[Hermann (Gast)]

Ich habe mich schon oft geärgert, daß viele Kleingeräte schon bei 
Zellenspannungen <1,2V den Dienst versagen. Ich habe also einen Joule 
Thief gesucht, der speziell für Kleinverbraucher mit 2 oder 3 Batterien 
mit geringer Stromaufnahme geeignet ist. Also z.B. Uhren, Thermometer 
usw.
Eigenentwicklungen haben mich nicht überzeugt. Ich bin dann auf diese 
Wandler gestoßen:
https://www.ebay.de/itm/DC-DC-Step-Up-Down-Adapter-3-3V-5V-for-ESP8266-NRF24L01-STM32-mega2560-CC2500-/401353599848
Der untere mit 3,3V sollte aus einer Zelle die 2-ZellenVersorgung machen 
und der mittlere aus 2 Zellen die 3-ZellenSpg.
Hier meine Messergebnisse:
Es ist der Wandler ME2108A verbaut, er enthält zusätzlich nur die Spule 
und 2 Ausgangs-Cs (Bild 1). Der Leerlaufstrom ist mit 50 und 96µA 
einigermaßen niedrig (Bild 2). Er schwingt ab etwa 0,5V an. Der 
Wirkungsgrad ist mit ca. 70% einigermaßen. Bei kleiner EingangsSpg und 
größeren Strömen zeigen sich leichte Einbrüche. Das 5V-Modul ist ähnlich 
und mit knapp 80% etwas besser.

Zum Schluss noch ein Aussaugversuch einer leeren AAA-Zelle. Sie steckte 
lange in einem nicht mehr arbeitendem Außensensor und hatte noch 1,1V im 
Leerlauf.
Den Wandler habe ich mit 1k6 belastet, also ca. 2mA.
Bis runter auf 0,3V ZellenSpg liefert er sauber 3,3V. Danach sinkt die 
AusgangsSpg ab. Je nach Anwendung ist das bis zu einem gewissen Grad 
akzeptabel. Ich wollte dann aber wissen, wann die Wandlerschwingung 
aussetzt. Das hat mich einige Stunden gekostet. Bis zu 130mV liefert er 
noch eine 10-fach höhere AusgangsSpg. Darunter schaltet intern 
irgendetwas um, er braucht dann weniger EingangsStrom bei noch 8-facher 
AusgangsSpg. Bei <118mV gibt er dann auf.
Insgesamt bin ich zufrieden: Der Wandler ist winzig (1*11mm), billig 
(1€), passt locker in den Platz einer Batterie und saugt die andere 
wirklich leer. Die 3,3V- und 5V-Version ist passt gerade für 2- und 
3V-Minigeräte.

[Stefan F. (Gast)]

Das haben schon einige andere vor Dir gemacht. Der Haken ist, dass sich 
der Aufwand in der Praxis oft kaum lohnt, weil die Batterien bei 1,2V 
schon weit über die Hälfte ihrer Energie abgegeben haben und der Wandler 
einige Prozent Verluste hinzufügt.

> Der Wirkungsgrad ist mit ca. 70% einigermaßen.
Mal angenommen, das sei der durchschnittliche Wirkungsgrad über den 
ganzen Nutzungszeitraum: Durch den Wandler verlierst du 30%, dafür 
kannst du die letzten 30% Ladung der Batterien jetzt ausnutzen. Gewonnen 
hast du also ungefähr ..............nichts.

Ich tausche solche Geräte immer um, denn ich halte das für 
Fehlkonstruktionen.

Bei meinen Handfunkgeräten (3xAAA) wurde die Rücknahme verweigert. Bei 
diesen Geräten habe ich todesmutig einfach eine weitere Zelle mit Halter 
außen ans Gehäuse geklebt. Jetzt laufen die mit 4xAAA nicht nur sehr 
viel länger, sondern auch zuverlässiger. Vorher hatten sie sich (wegen 
Unterspannung) trotz voller Akkus oft abgeschaltet, wenn der 
Lautsprecher mal etwas lauter wurde.

[Hermann (Gast)]

Stefan U. schrieb:
> Der Haken ist, dass sich
> der Aufwand in der Praxis oft kaum lohnt, weil die Batterien bei 1,2V
> schon weit über die Hälfte ihrer Energie abgegeben haben

Wunder darf man nicht erwarten. Aber wenn es tatsächlich die Hälfte der 
Energie ist, würde ich sagen: es lohnt sich doch.

Noch eine kleine Korrektur:

Hermann schrieb:
> Die 3,3V- und 5V-Version ist passt gerade für 2- und
> 3V-Minigeräte.

Ich meinte natürlich 2- und 3-Zellen-Mini-Geräte

[Hmm (Gast)]

Also ich verwende folgendes IC:
http://www.microchip.com/wwwproducts/en/MCP16251

Damit kann man Einzelzellen bis auf 0,6V herunter leerlutschen.
Hatte schon Projekte, die noch liefen, obwohl die Batterie sich schon 
lange in einen Haufen weißer Kristalle verwandelt hatte.

Ich verwende das aber nicht aus "Energiespargründen", sondern einfach 
nur deshalb, um nur eine einzelne Batterie zu brauchen, um auf 3V3 zu 
kommen.

Platzbedarf und Kosten sind minimal, das IC verkauft Reichelt (dort für 
0,74€). Mit Drossel ist man für <1,5€ dabei, der Platz einer 
5-Cent-Münze ist ausreichend.

Zusatznutzen: Ordentliche Qualität, Batterietauglicher 
Leerlaufstromverbrauch, ordentliche Regelung.

[yxc (Gast)]

Stefan U. schrieb:
> Mal angenommen, das sei der durchschnittliche Wirkungsgrad über den
> ganzen Nutzungszeitraum: Durch den Wandler verlierst du 30%, dafür
> kannst du die letzten 30% Ladung der Batterien jetzt ausnutzen. Gewonnen
> hast du also ungefähr ..............nichts.

Klar. Außer... außer bei Geräten mit 2S (scheinbar sein Anwendungsfall), 
und als gleichzeitige Bedingung, den JT erst (anstelle der 2. Zelle) 
einzusetzen, wenn die Spannung der 2S nicht mehr zum Betrieb ausreicht.

(Natürlich danach selbes Spiel mit der 2. Zelle - die aber kann man in 
der Zwischenzeit genau dort lagern, wo ansonsten der "stille" Wandler 
liegt, hängt, steht, ... so findet man sie gleich wieder, und der 
(Lager-) Platzbedarf schränkt sich auf das Volumen 1 Zelle ein.)

Und schon entstehen die 30% Verlust nur noch beim Aufwärts-Wandeln, also 
beim "Zelle-leer-Saugen". Ließe man das Gerät von Angfang an (und immer) 
mit nur 1 Zelle + JT laufen, hättest Du freilich recht.

Jetzt wirst Du wohl sagen: "Aaach - trotzdem ist mir der Aufwand beim 
Wechseln (1 x 2 neue Zellen einlegen, 1 x Tausch Zelle 1 durch JT, 1 x 
Tausch Zelle 1 durch Zelle 2, /return<<) vieel zu groß. Aber es funzt 
...

[Der Andere (Gast)]

yxc schrieb:
> Jetzt wirst Du wohl sagen: "Aaach - trotzdem ist mir der Aufwand beim
> Wechseln (1 x 2 neue Zellen einlegen, 1 x Tausch Zelle 1 durch JT, 1 x
> Tausch Zelle 1 durch Zelle 2, /return<<) vieel zu groß. Aber es funzt

Und wie schliesst du den Wandler an? In Reihe zur einen Zelle?
Du musst doch dann jedes Mal das Gerät umverkabeln wenn der Wandler 
dazwischen hängt?

[yxc (Gast)]

Der Andere schrieb:
> Und wie schliesst du den Wandler an? In Reihe zur einen Zelle?
> Du musst doch dann jedes Mal das Gerät umverkabeln wenn der Wandler
> dazwischen hängt?

Mechanisch in Reihe, elektrisch parallel. Der - Pol der Zelle bleibt 
kontaktiert, und ist GND. Umgekehrt, den + Pol kontaktiert zu lassen, 
geht natürlich nicht... (bzw. sehr viel komplizierter).

Trotzdem ist das IC von @Hmm parametrisch (eta) weit besser. IMHO auch 
in anderer Hinsicht. Mir würde daran gefallen, für 2S Anwendung das 
Gewicht einer Zelle dauerhaft einzuparen, und keine 3 verschiedenen 
Handlungen fürs Aussaugen aller 2 Zellen zu haben... einfach nur 1 Zelle 
rein, raus, rein, etc. Bei so hohem eta no Problem.

[batman (Gast)]

Bei manchen Batteriegeräten, wie z.B. billigen Taschenlampen, ist ja 
auch das stetige Absinken der Spannung und damit Leistung im Betrieb 
sehr lästig. Da wäre sowas auch ein Gewinn an Komfort.

[Hermann (Gast)]

Der Andere schrieb:
> Und wie schliesst du den Wandler an?

So wie im Bild. Ich nehme starre Schaltdrähte. Die kann man meistens 
recht zuverlässig einfach hinter die Batterieklemmen stecken. Ein 
Wechsel ist in 1 Minute erledigt.

[Der Andere (Gast)]

Hermann schrieb:
> So wie im Bild. Ich nehme starre Schaltdrähte. Die kann man meistens
> recht zuverlässig einfach hinter die Batterieklemmen stecken. Ein
> Wechsel ist in 1 Minute erledigt.

Das mag für einen Aussentemperatursensor gehen, aber bei einer 
Taschenlampe würden ein paar Erschütterungen reichen daß die Lampe 
dunkel ist.

[Thomas (Gast)]

batman schrieb:
> Bei manchen Batteriegeräten, wie z.B. billigen Taschenlampen, ist ja
> auch das stetige Absinken der Spannung und damit Leistung im Betrieb
> sehr lästig. Da wäre sowas auch ein Gewinn an Komfort.

Ein weitere Vorteil ist ein niedrigeres Gewicht. Eine Taschenlupe mit 
vier Batterien habe ich auf eine mit Wandler umgebaut.

[Hermann (Gast)]

Der Andere schrieb:
> bei einer
> Taschenlampe würden ein paar Erschütterungen reichen daß die Lampe
> dunkel ist.

Dann eben löten. Aber für eine normale Taschenlampe reicht der Strom 
wohl kaum. Taschenlampen habe ich alle auf Li-Ion umgebaut. Gleich mit 
Schutzelektronik und Lader vom Chinesen für 30Cent in ein 
Pillenröhrchen. Passt genau in eine 2-Baby-Lampe.

[Hmm (Gast)]

Hermann schrieb:
> Der Andere schrieb:
>> Und wie schliesst du den Wandler an?
>
> So wie im Bild. Ich nehme starre Schaltdrähte. Die kann man meistens
> recht zuverlässig einfach hinter die Batterieklemmen stecken. Ein
> Wechsel ist in 1 Minute erledigt.

Ich persönlich würde den Wandler in die Sensorschaltung integrieren. 
Durch den geringen Stromverbrauch würde er die Temperaturmessung nicht 
messbar beeinflussen.
Man kann mit diesem Regler statt Batterien auch gleich NimH-Akkus 
verwenden. Die neuen Typen mit geringer Selbstentladung bieten sich an.

Natürlich würde ich die gesamte Schaltung so bauen, dass der 
Batteriehalter auch gleich auf die Platine bestückt wird. Dadurch 
benötigt man gar keine Drähte mehr.
Die gesamte Schaltung inklusive Sensor würde möglicherweise auf die 
Rückseite eines Batteriehalters passen.

Derartige Dinge sprechen immer für eine "full custom" Platine. Dank 
Chinamann geh das ohne Chemiepantscherei.

[yxc (Gast)]

Der Andere schrieb:
> Und wie schliesst du den Wandler an?

Hermann schrieb:
> So wie im Bild.

Bei dieser Art Batteriefach (der häufigsten Art, oder?) dann natürlich 
nicht mechanisch in Reihe. Hatte - ich weiß nicht, wieso - nur die Art 
mit zwei senkrecht aufeinander stehenden Zellen im Kopp, und sonst 
nichts.

Thomas schrieb:
> Ein weitere Vorteil ist ein niedrigeres Gewicht. Eine Taschenlupe mit
> vier Batterien habe ich auf eine mit Wandler umgebaut.

Dabei aber bitte bedenken, daß das große M#glite so dann kein (häufig 
durchaus ausreichend wirksamer) Schlagstock-Ersatz mehr sein kann...

[Die einzelne Zelle müßte gerade bei Groß-Taschenlampen, bei denen hohe 
Gewichtsersparnis möglich ist, mit Bedacht im Batterieschacht 
positioniert werden - äh... in der Nähe der Mitte "austariert" - und 
zuverlässig fixiert auch. Darauf wollte ich eigentlich hinaus - gerade 
genannte Anwendung zum Kopp-Klopp ist ja für die meisten doch eher 
nebensächlich.]

[Hermann (Gast)]

Hmm schrieb:
> Man kann mit diesem Regler statt Batterien auch gleich NimH-Akkus
> verwenden.

Keine gute Idee, Nach dem ersten Leersaugen ist der Akku hinüber.

[batman (Gast)]

Gute NiMH-Akkus sind bei deutlichem Spannungsverlust sowieso leer. Das 
würde wenig bringen.

[Ralf L. (ladesystemtech)]

Wer keine Lust hat sich einen Joule-Thief-Wandlertrafo selbst zu 
wickeln, kann bei dieser Schaltung einfach eine fertige 100µH Drossel 
verwenden.

Man darf keine zu großen Anforderungen an diese Schaltung stellen, aber 
wenn es nur um die Versorgung mehrerer weißer LED's geht, reicht es.

Bei weniger als 12 LED's kann der 15R Widerstand vergrößert werden, bei 
mehr als 12 LED's kann noch ein weiterer Transistor mit einer 
zusätzlichen 100µH Drossel parallel zu T2 geschaltet werden.

Versorgungsspannung: 1 bis 1,5 Volt

[Brummbär (Gast)]

Hmm schrieb:
> Ich verwende das aber nicht aus "Energiespargründen", sondern einfach
> nur deshalb, um nur eine einzelne Batterie zu brauchen, um auf 3V3 zu
> kommen.

Ich verwende hier 3,6V AA-Lithium-Batterien. Da spare ich mir auch die 
Wandlerverluste. Die Schaltung muss natürlich mit 3,6V klarkommen.

[batman (Gast)]

Die Schaltung muß nicht nur mit der mittleren sondern mit der maximalen 
Spannung des Akkus klarkommen.

[Hermann (Gast)]

Stefan U. schrieb:
> die Batterien bei 1,2V
> schon weit über die Hälfte ihrer Energie abgegeben haben

Stefan U. schrieb:
> Durch den Wandler verlierst du 30%, dafür
> kannst du die letzten 30% Ladung der Batterien jetzt ausnutzen. Gewonnen
> hast du also ungefähr ..............nichts.

Seltsame Rechnung. Ich rechne da anders:

Eine Mignon hat vielleicht 2000mAh. Natürlich setze ich zuerst die 
Batterien ohne Joule Thief ein. Nutzen kann ich nach deiner ersten 
Aussage 1000mAh. Der Joule Thief nutzt die restlichen 1000mAh mit 30% 
Verlust. Ich kann also mit Joule Thief zusätzlich 700mAh nutzen.
1700/1000= 170% !!!
Ist das etwa nichts?

[Harald W. (wilhelms)]

Hermann schrieb:

> Eine Mignon hat vielleicht 2000mAh. Natürlich setze ich zuerst die
> Batterien ohne Joule Thief ein. Nutzen kann ich nach deiner ersten
> Aussage 1000mAh. Der Joule Thief nutzt die restlichen 1000mAh mit 30%
> Verlust. Ich kann also mit Joule Thief zusätzlich 700mAh nutzen.
> 1700/1000= 170% !!!
> Ist das etwa nichts?

Zum Glück gibts nur wenige Geräte, die wirklich bei 1,2V abschalten.
Die meisten tun das erst bei 1V und da sind wirklich nur noch weni-
de Prozent Restenergie vorhanden. "Joule Thiefs" sind nette Geräte,
um Kinder an die Elekltronik heranzuführen, aber eben nur Spielzeuge.

[batman (Gast)]

Naja, ich habe vor 2 Tagen spaßeshalber eine Taschenlampe mit 
vermeintlich leeren Batterien bei 1,1V eingeschaltet und die leuchtet 
immer noch so, daß es blendet.

[Der Andere (Gast)]

Hmm schrieb:
> Ich persönlich würde den Wandler in die Sensorschaltung integrieren.
> Durch den geringen Stromverbrauch würde er die Temperaturmessung nicht
> messbar beeinflussen.

Hmm schrieb:
> Natürlich würde ich die gesamte Schaltung so bauen, dass der
> Batteriehalter auch gleich auf die Platine bestückt wird.

Les mal den Originalthread. Es geht hier um gekaufte Geräte, die Low 
Batterie anzeigen obwohl die Batterie noch 30% Restkapazität hat.

[Hermann (Gast)]

Harald W. schrieb:
> Zum Glück gibts nur wenige Geräte, die wirklich bei 1,2V abschalten.

Dann hast du Glück und brauchst kein Kinderspielzeug.
Ich habe das bisher auch so gesehen. Aber die vielen halb leeren 
Batterien haben mich geärgert. Dann hat mich interessiert, was die 
kleinen Dinger können und war überrascht.
Es gibt aber noch weitere Gründe für den Einsatz:
- weniger Platzbedarf
- weniger Gewicht
- konstante Spannung bis Vbat=0,3V

[Teo D. (teoderix)]

Harald W. schrieb:
> "Joule Thiefs" sind nette Geräte

Was braucht's mehr, um den Lötkolben anzuheizen. :)

Wenn ich Batterien verwenden würde, hätte ich auch irgend einen 
sinnlosen Scheiß, um die Mistdinger leer zu lutschen. :D

[●DesIntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector)]

Ich nehme für sowas regelmässig Batterien aus der Recyclingbox mit.

Wetterstationen, deren Handsender, Taschenlampen etc.
laufen alle noch ziemlich lange mit solchen Batterien.

[Mike B. (mike_b97)]

Ralf L. schrieb:
> Wer keine Lust hat sich einen Joule-Thief-Wandlertrafo selbst zu
> wickeln, kann bei dieser Schaltung einfach eine fertige 100µH Drossel
> verwenden.
>
Also nach meiner Simulation geht fast gar kein Strom durch die LEDs, dh. 
da leuchtet gar nix.
Ich hab 5V-LEDs genommen, iwie nix passendes in ltSpice gefunden.
Die Drossel ist eine Bourns SDR0302-100KL
http://www.mouser.com/ds/2/54/dr0302-778015.pdf

[Ralf L. (ladesystemtech)]

Mike B. schrieb:
> Die Drossel ist eine Bourns SDR0302-100KL

Du meinst sicher SDR0302-101KL oder SDR0302-100ML? Aber da sieht man 
mal, dass LTspice bei komplexeren Schaltungen auch nicht immer perfekt 
funktioniert.

Spiel mal mit der Induktivität, der LED (gelbe LED) und dem 15R 
Widerstand. Vielleicht klappt es dann?

[Mike B. (mike_b97)]

Ralf L. schrieb:

> Du meinst sicher SDR0302-101KL

Es wird mit einer LED ein R1 von mindestens 30 Ohm benötigt um auch bei 
V1<1.2V ein erleuchtendes Erlebnis zu bekommen.

[Ralf L. (ladesystemtech)]

Mike B. schrieb:
> Es wird mit einer LED ein R1 von mindestens 30 Ohm benötigt

bei 1 Stück LED R1 = 100R
bei 3 Stück LED R1 = 47R
bei 12 Stück LED R1 = 15R
bei 24 Stück LED R1 = 15R und T3 mit extra Drossel einbauen

[Sparfuchs (Gast)]

> Mal angenommen, das sei der durchschnittliche Wirkungsgrad über den
> ganzen Nutzungszeitraum:

das könnte man umgehen, indem der Wandler erst bei Unterschreiten einer 
bestimmten Spannung aktiv genutzt wird. Das könnte man elektronisch 
durchaus sehr einfach realisieren.

Dann würde man tatsächlich aktiv Batterien einsparen.

[Joachim B. (jar)]

witzig sind die kleinen Teile ja
https://eckstein-shop.de/Pololu-5V-Step-Up-Spannungsregler-U1V10F5?curr=EUR&gclid=CjwKCAiA7JfSBRBrEiwA1DWSGwjsX7FziGoJUnmWPhIpIvcDT8M6OQBFQA1rX_c39_hFbZyyAhc3xhoCie8QAvD_BwE

hat immerhin aus "leeren" Batterien aus der Sammelbox noch einige 
Stunden einen Nano mit Display versorgt

[Eskimo (Gast)]

Sparfuchs schrieb:
> Dann würde man tatsächlich aktiv Batterien einsparen.

Ausserdem hätte man die ganze Zeit konstante Betriebsspannung am 
Ausgang.
Also keine mit fallender Batteriespannung verblassende LCDs, immer 
piesiger werdende Piepser etc.