Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 1,2V > 4-5V boost converter IC


von Alexander H. (alexander_h732)


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Hallo Leute,

ich bin auf der Suche nach einem möglichst effizienten boost converter 
IC, der an einer AA Batteriezelle (1,5-1,2V zB. Eneloop) ca. 
3,5-5V/200mA erzeugen kann.
Module mit BL8530 kenne ich bereits, hier hatten Versuche mit 
verkleinerter Induktivität ein bisschen Verbesserung gebracht.
Ich hatte noch MP3120 und ME2108 entdeckt, bin mir aber unsicher ob 
diese ICs besser sind.

Was kennt ihr noch für ICs und was würdet ihr empfehlen?

Viele Grüße
Alexander

: Verschoben durch Moderator
von Jens G. (jensig)


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Alexander H. schrieb:
> ich bin auf der Suche nach einem möglichst effizienten boost converter
> IC, der an einer AA Batteriezelle (1,5-1,2V zB. Eneloop) ca.
> 3,5-5V/200mA erzeugen kann.

Du willst also die Zelle mit einem knappen Ampere belasten (100% 
Wirkungsgrad angenommen), und das evtl. auch noch dauerhaft??

von Michael B. (laberkopp)


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Wenn der aus 1 Zelle arbeiten soll, muss er bis 0.9V laufen.

Wenn er 200mA liefern soll, muss er bis 1A schalten können.

TPS61026DRC wäre da wohl seriös, Fertigplatinen kenne ich aber nicht.

von Alexander H. (alexander_h732)


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Ich hab nochmal nachgemessen und benötige doch nur 50mA an 4V.
Was würdet ihr empfehlen?
Hab noch TPS61071 gefunden.
Der BL8530 zieht an 1,3V leider 300mA.

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


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Alexander H. schrieb:
> 50mA an 4V.
Also 200mW

> Der BL8530 zieht an 1,3V leider 300mA
Immerhin 400mW und damit nur 50% Wirkungsgrad. Offenbar machst du dir da 
irgendwie den Wirkungsgrad kaputt, denn der Hersteller verspricht 
typisch 85%.

: Bearbeitet durch Moderator
von Harald W. (wilhelms)


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Lothar M. schrieb:

>> Der BL8530 zieht an 1,3V leider 300mA
> Immerhin 400mW und damit nur 50% Wirkungsgrad. Offenbar machst du dir da
> irgendwie den Wirkungsgrad kaputt, denn der Hersteller verspricht
> typisch 85%.

Das könnte an der Drossel liegen. (Amseln sind dort nicht geeignet)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Alexander H. schrieb:
> Ich hab nochmal nachgemessen und benötige doch nur 50mA an 4V.
> Was würdet ihr empfehlen?

Für so wenig Leistung würde ich meine Allzweckwaffe MCP1640 nehmen. Ich 
weiß nicht, ob es den auf einem Modul gibt, aber als IC ist der sehr 
angenehm. Braucht nur das Minimum an externer Beschaltung und ist in 
SOT-23-6 auch nicht fizzelig klein.

von 900ss (900ss)


Angehängte Dateien:

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Vielleicht hilft dir die angehängte Übersicht von TI weiter.

von 900ss (900ss)


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Axel S. schrieb:
> Allzweckwaffe MCP1640

Finde ich auch sehr interessant. Und auch noch in einem 
bastlerfreundlichen Gehäuse.

von Alexander H. (alexander_h732)


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Ja, definitiv komme ich nur auf 50% Wirkungsgrad. Hab lang probiert und 
bin mit der Spule von 22uH auf 0,8uH (umgewickelte SMD Spule). Darüber 
und darunter wurde es extrem schlechter bzw. mit noch kleinerer 
Induktivität sinkt auch die Ausgangsspannung.

Danke für die Vorschläge.😀

von Harald W. (wilhelms)


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Alexander H. schrieb:

> Ja, definitiv komme ich nur auf 50% Wirkungsgrad. Hab lang probiert und
> bin mit der Spule von 22uH auf 0,8uH (umgewickelte SMD Spule). Darüber
> und darunter wurde es extrem schlechter bzw. mit noch kleinerer
> Induktivität sinkt auch die Ausgangsspannung.

Waren die ausprobierten Drosseln denn alle für StepUps und 0,2A 
geeignet?

von Alexander H. (alexander_h732)


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Ja, die Spule war sogar ursprünglich aus einem StepUp. Ich hatte einige 
Spulen probiert und die Drahtstärke variiert, besser ging’s nicht.

Also werd ich mal den MCP1640 testen, hört sich gut an. Wenn ich das 
richtig sehe sind 5V/100mA an 1,3V mit 80% Effizienz möglich, das ist 
top. Der TPS61071 kann da nur 75mA.

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Alexander H. schrieb:
> Ja, definitiv komme ich nur auf 50% Wirkungsgrad.

Vielleicht liegt es auch noch am Layout der Platine. Das kann den 
Wirkungsgrad schön verhageln.

Vor nicht so langer Zeit war es am Schluss die Zuleitung gewesen. Zu 
wenig Querschnitt für die Länge wäre es bereits gewesen, wenn es Cu 
gewesen wäre ...

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Hab mal den TPS61071DDCR benutzt um von 1,2V auf 1,8V zu boosten.

Hat einwandfrei funktioniert - vlt taugt der für deine Anwendung.

Alexander H. schrieb:
> Der TPS61071 kann da nur 75mA.

Ah wurde schon vorgeschlagen 🙈

Alexander H. schrieb:
> Also werd ich mal den MCP1640 testen

Ein "steinaltes" Teil - 500kHz PWM ist mittlerweile schon echt 
überholt^^

Braucht man viel größere (physisch und vom Wert her) Induktivitäten als 
beim TPS mit 1.2MHz und der Wirkungsgrad ist viel schlechter.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Mampf F. schrieb:
> Ein "steinaltes" Teil - 500kHz PWM ist mittlerweile schon echt
> überholt^^

Bla bla.

Immerhin hat da die Induktivität noch einen Wert und wird nicht durch 
kleinste Layout-Defizite ruiniert.

von Rainer W. (rawi)


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Michael B. schrieb:
> Immerhin hat da die Induktivität noch einen Wert und wird nicht durch
> kleinste Layout-Defizite ruiniert.

Mega- nicht Gigahertz.

Ein Faktor 2.4 in der Frequenz bringt das Layout nicht plötzlich durch 
kleinste Defizite zum Zusammenbruch. Das müssen dann schon gröbere 
Schnitzer sein.

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Rainer W. schrieb:
> Ein Faktor 2.4 in der Frequenz

Wenn zwei Komponenten 10% Verluste verursachten, dann ergibt sich in der 
Kette 1,1²=1,21 also 21%

Wenn zwei Komponenten 10%*2,4=24% Verluste verursachen, dann ergibt sich 
in der Kette 1,24²=1,5376 also 54%

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Michael B. schrieb:
> Immerhin hat da die Induktivität noch einen Wert und wird nicht durch
> kleinste Layout-Defizite ruiniert.

Klar, man muss schon wissen, was man macht. 😋

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Mampf F. schrieb:
> 😋

Wessen Glaskugel (Modell, Typ, Hersteller, Quelle) zeigt das Layout des 
realen Aufbaus?

von Stephan S. (uxdx)


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Dieter D. schrieb:
> Wessen Glaskugel (Modell, Typ, Hersteller, Quelle) zeigt das Layout des
> realen Aufbaus?

FIGURE 5-1 oder FIGURE 5-2 im DB

: Bearbeitet durch User
von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Dieter D. schrieb:
> Mampf F. schrieb:
>> 😋
>
> Wessen Glaskugel (Modell, Typ, Hersteller, Quelle) zeigt das Layout des
> realen Aufbaus?

Wenn man mitdenkt, entspricht das Layout des realen Aufbaus dem Layout 
Example aus dem Datenblatt.

Für den TPS6107x gibts das auch im Datenblatt als "Figure 30. PCB 
Layout".

von Gerd E. (robberknight)


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Alexander H. schrieb:
> an einer AA Batteriezelle (1,5-1,2V zB. Eneloop)

wie schon genannt sollte der Regler dann bis 0,9 oder 1 V runter 
funktionieren.

Wichtig ist bei NiMH-Zellen dann aber dass Du nicht weiter runter 
entlädtst, sondern die möglichst bald ins Ladegerät packst. 
Tiefentladung schadet den Akkus.

Wenn Du einen Mikrocontroller in Deiner Schaltung hast, dann nimm einen 
ADC-Kanal um die Batteriespannung zu vermessen. Wenn Du Deine 
Untergrenze erreicht hast blink ne rote LED oder so und schalte ab.

Wenn Du keinen Mikrocontroller verwendest, dann nimm statt dem MCP1640 
lieber einen Regler mit integrierter Unterspannungsabschaltung. Z.B. der 
ST L6920.

Natürlich sind auch Lösungen mit zusätzlichen ICs zur 
Spannungsüberwachung denkbar. Z.B. der ICL7665 käme in Frage. Da die 
aber meist eine höhere Betriebsspannung als die 0,9V brauchen, musst Du 
die mit der geboosteten Spannung betreiben und dann mit einem Latch, 
welches auch mit 0,9V klar kommt, dauerhaft das Anschalten des Reglers 
blockieren. Das Latch selbst darf natürlich auch kaum Strom verbrauchen. 
Ist also aufwändiger als der L6920.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Mampf F. schrieb:

> Ein "steinaltes" Teil - 500kHz PWM ist mittlerweile schon echt
> überholt^^

Nunja, der Entwurf einer Platine für Frequenzen bis ca. 150kHz ist
noch einigermaßen einfach. Bei höheren Frequenzen ist das Layout
wichtiger als die Wahl der Bauelemente.

von Harald W. (wilhelms)


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Gerd E. schrieb:

> Wichtig ist bei NiMH-Zellen dann aber dass Du nicht weiter runter
> entlädtst, sondern die möglichst bald ins Ladegerät packst.
> Tiefentladung schadet den Akkus.

Ja, die "alten" NiCd-Akkus hatten damit weniger Probleme.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Mampf F. schrieb:
> Wenn man mitdenkt, entspricht das Layout des realen Aufbaus dem Layout
> Example aus dem Datenblatt.

Wobei das eine Annahme von Dir sein duerfte, weil in dem Thread des TO 
dazu nichts steht. Nachdem der Bedarf des Verbrauchers sich erst im 
Thread ergab, duerften die Layouts aehnlich lax umgesetzt sein.

von Thomas B. (thombde)


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Bei so niedrigen Spannungen einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen
ist eine Herausforderung.
Voraussetzung sind ausgewählte Bauteile.
Jedes mV Spannungsabfall zählt.
Wenn an einer C-E Strecke 0,2V abfallen, habe ich schon 20% Verlust.
Ich hatte mal einen Selbstschwinger diskret aufgebaut. (mit BJT,THT)
Allerdings nur bis 5V/20mA, mehr brauchte ich nicht.
Bei unter 0,9V setzte die Schwingung aus. (gut für den Akku)
Und die Schaltung zog nur noch Ruhestrom.
Wirkungsgrad war 50-60%.
Mehr geht wohl nicht mit BJT.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Thomas B. schrieb:

> Wenn an einer C-E Strecke 0,2V abfallen, habe ich schon 20% Verlust.
> Mehr geht wohl nicht mit BJT.

Vielleicht hättest Du C und E vertauschen sollen (Inversbetrieb).

von Thomas B. (thombde)


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Harald W. schrieb:
> Vielleicht hättest Du C und E vertauschen sollen (Inversbetrieb).

Kann sein.
War aber Standartschaltung mit Zenerdiode. Also kein LED-Treiber.
Gab es mal ähnlich in irgendwelcher Fachliteratur, Franzis, und von 
Elektor.
Den Schaltplan von Elektor hatte ich hier mal gepostet.
Finde ich aber leider nicht mehr.

Aber warum nur eine Zelle?
Solarbetrieb?

Thomas B.

: Bearbeitet durch User
von Alexander H. (alexander_h732)


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Hab mal einen Testwandler mit MCP1640 aufgebaut. Rtop=976k, Rbot=300k, 
Vin 1,2V, Vout leider nur 4,5V.
4,7uF Eingangselko, 10uF am Ausgang.
Als Spule eine 4,7uH mit ca. 1,2mm Draht, also recht groß.
Die Ausgangsspannung und Strom bricht unter geringer Last (50mA) leider 
viel zu stark ein, auf 2,5V bei nur 30mA.

Im Netz findet man leider überhaupt keinen 1,2V>5V Wandler mit MCP1640.
Die AN1311 kenne ich bereits, aber auch da steht nur wenig im Detail.
http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/01311a.pdf

Wahrscheinlich sind die Werte der Spule (Induktivität, Widerstand usw.?) 
und die Dimensionierung der Elkos extrem wichtig. Und natürlich ein 
niederohmiges Layout.
Hätte ein DE-5000 LCR Meter hier, also kann ich prinzipiell die Spulen 
ausmessen. Auf welche Werte muss ich da achten?

Hat hier jemand schon mal erfolgreich so einen Wandler mit dem MCP1640 
aufgebaut?
Der MCP1640 müsste doch in Lage sein, aus 1,2V 5V/50-100mA zu erzeugen?

von H. H. (hhinz)


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Alexander H. schrieb:
> Als Spule eine 4,7uH mit ca. 1,2mm Draht, also recht groß.

Nimm besser eine mit eimergroßem Eisenkern....


Oder mal einen Blick ins Datenblatt werfen, SRF und ESR.

von Gerd E. (robberknight)


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Das Layout ist sehr wichtig, möglichst kleine Stromschleifen.

Zeig mal nen Foto von Deinem Aufbau und nen Screenshot oder so in dem 
man das Layout um den Wandler in Details erkennt.

von Mi N. (msx)


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H. H. schrieb:
> Alexander H. schrieb:
>> Als Spule eine 4,7uH mit ca. 1,2mm Draht, also recht groß.
>
> Nimm besser eine mit eimergroßem Eisenkern....

Der führt die Verlustleistung gut ab, notfalls noch mit Wasser füllen.

Selber habe ich für solche Schaltungen nur 4 x 4 mm² Spulen. Aber die 
bleiben erstaunlicherweise auch kalt.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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H. H. schrieb:
> Datenblatt

Bedienungsanleitungen lesen nur Weicheier. Datenblätter auch. ;o)

Vielleicht wäre das eher ein Spruch für den Ing-Alltag?

von Michael B. (laberkopp)


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Alexander H. schrieb:
> Wahrscheinlich sind die Werte der Spule (Induktivität, Widerstand usw.?)
> und die Dimensionierung der Elkos extrem wichtig

Ja.

Daher stehen in Schaltbeispielen Typen und Hersteller mit denen es 
funktioniert hat drin.

von Armin X. (werweiswas)


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Warum eigentlich nur eine einzelne Zelle mit 1,2V?
Es gibt belastbare Lithium Einwegzellen mit etwa 1Ah.
Alternativ wiederaufladbare 18350 Lithium Akkus mit ca 700 - 1000mAh.
Letztere haben einen nutzbaren Spannungsbereich von ca 4V - 2,8V. Wobei 
man die mit 20mA eher nur bis3,3 - 3,5V entladen sollte weil darunter 
nicht mehr viel kommt.

von Alexander H. (alexander_h732)


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Die Platzverhältnisse lassen nur eine AA Zelle zu.

Bin mit dem MCP1640 nicht weiter gekommen. Je nach Spule war bei maximal 
4,5V Schluss.
Hab zwei Aufbauten und viele verschiedene Spulen getestet, mit 
identischem Ergebnis. Unter Last bricht die Spannung auf 2,5V ein.
Also so wie's aussieht, hat das hier noch keiner realisiert mit dem 
MCP1640?

Bin dann deim BL8530/ME2108(Ebay Module)gelandet. Der liefert mit der 
richtigen Spule und Elkos stabile 4,5-5V bei 70mA. Effizienz um die 75%.

von H. H. (hhinz)


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Alexander H. schrieb:
> Also so wie's aussieht, hat das hier noch keiner realisiert mit dem
> MCP1640?

Mit ahnungsloser Murkserei klappt das natürlich nicht. Aber kaum macht 
mans richtig, schon funktionierts.

von Alexander H. (alexander_h732)


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H. H. schrieb:
> Alexander H. schrieb:
>> Also so wie's aussieht, hat das hier noch keiner realisiert mit dem
>> MCP1640?
>
> Mit ahnungsloser Murkserei klappt das natürlich nicht. Aber kaum macht
> mans richtig, schon funktionierts.

Wie wäre denn richtig?🙂
Im Netz hab ich jedenfalls kein Beispiel für 1,2>5V/100mA gefunden.

von Gerd E. (robberknight)


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Bei dem Layout kein Wunder dass das nicht klappt, sorry. Das ist ein 500 
kHz Schaltregler, da kannst Du nicht einfach ne THT-Spule inkl. 
Anschlussbeinen quer danebenlegen und irgendwelche Kondensatoren ans 
andere Ende der Platine hängen. Das muss richtig kurz sein, es kommt auf 
jeden halben Millimeter an.

Mach einen sauberen Aufbau mit kleinen SMD-Kondensatoren, kleiner 
SMD-Spule, auf minimale Größe optimierte Leiterschleifen und Massefläche 
drunter. Dann läuft der MCP1640 sauber, hab ich schon oft so verwendet.

So ein Layout wie bei Dir funktioniert mit 20 kHz oder 50 kHz 
Schaltreglern noch ohne murren wenn man nicht grad in die EMV-Messkammer 
damit geht. Aber bei viel schnelleren Schaltreglern ist das Layout ein 
ganz integraler Bestandteil der Schaltung und muss sitzen. Ansonsten 
läuft das Teil entweder gar nicht stabil oder die Leistung bricht ein 
wie bei Dir.

Hier noch ein paar gute Tipps fürs richtige Layout:
1. Datenblatt
https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/APID/ProductDocuments/DataSheets/MCP1640-Family-Data-Sheet-DS20002234E.pdf

2. Generell
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler

: Bearbeitet durch User
von Mi N. (msx)


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Gerd E. schrieb:
> Das muss richtig kurz sein, es kommt auf
> jeden halben Millimeter an.

Nee, so eng muß man das nicht sehen. Wenn ich an meine ersten MW-Sender 
denke, da waren Drehko und EL84 viel viel größer, als dieser 
Lochrasteraufbau ;-)
Es kommt wesentlich auf die Spule selber an, die bei der Frequenz nicht 
zu hohe Verluste aufweisen darf. Das gezeigte Teil sieht eher nach 
Enstördrossel aus, um bei 500 kHz Ernergie zu absorbieren als zu 
speichern und wieder freizugeben.
Als brauchbares Beispiel: 
https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/chip-induktivitaet_1212fps_4_7_h-138605

von Gerd E. (robberknight)


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Mi N. schrieb:
> Wenn ich an meine ersten MW-Sender
> denke, da waren Drehko und EL84 viel viel größer, als dieser
> Lochrasteraufbau ;-)

Die 500 kHz sind ja nur die Grundfrequenz. Das wird hart geschaltet, da 
ist also ein beträchtlicher Teil der Energie in den Oberwellen. Du wirst 
vermutlich bis im Bereich um die 100 MHz was messen können. Deshalb 
sollte das Layout darauf ausgelegt sein auch die nicht allzusehr 
abzustrahlen, sondern statt dessen als Ausgangsleistung zur Verfügung zu 
stellen.

> Als brauchbares Beispiel:
> 
https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/chip-induktivitaet_1212fps_4_7_h-138605

Ja, die erscheint mir auch geeignet.

Dazu dann z.B. sowas als Kondensatoren:
https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/smd-vielschicht_0805_22_f_x5r_10_6_3v_85_c-207090

Natürlich bleiben von der Nennkapazität 22µF bei 5V nur noch etwa 60% 
übrig, daher dann z.B. 2 am Ausgang parallel verwenden. Solche Kerkos 
sind aber meist dennoch der beste Weg um hohe Kapazität auf engem Raum 
hinzubekommen.

Siehe:
https://www.kemet.com/en/us/product/C0805C226K9PACTU.html

von Alexander H. (alexander_h732)


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Aber muss ich deswegen gleich eine Platine machen?
Mein Aufbau ist schon richtig klein, das geht auf Lochraster kaum 
kompakter.
Ich kann’s immer noch nicht glauben, dass der MCP1640 überhaupt von 
5V/100mA aus 1,2V erzeugen kann, denn gesehen hab ich dergleichen 
nirgends.

Vielleicht kann hier jemand mal testen, falls ihr euch so sicher seit.
Entsprechende Ideen zum Aufbau(keine Platine) wären gut.

von H. H. (hhinz)


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Alexander H. schrieb:
> mal testen

Längst passiert, mit passenden Bauteilen und passendem Layout.


> keine Platine

Dann auch keine Kekse.

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Alexander H. schrieb:
> Ich kann’s immer noch nicht glauben, dass der MCP1640 überhaupt von
> 5V/100mA aus 1,2V erzeugen kann,

Letztendlich macht das nicht der Chip, sondern die Spule, der 
Kondensator und das Layout. Der Chip wird hier nicht das Hindernis sein.

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Alexander H. schrieb:
> Ich kann’s immer noch nicht glauben, dass der MCP1640 überhaupt von
> 5V/100mA aus 1,2V erzeugen kann ...

Wer in das Datenblatt schaut, wird es abschätzen können.

Dort steht: IOUT > 100 mA @ 1.2V VIN, 3.3V VOUT

D.h. für 5V müsste dort stehen: IOUT > 60 mA @ 1.2V VIN, 5V VOUT

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Alexander H. schrieb:
> Hab zwei Aufbauten und viele verschiedene Spulen getestet, mit
> identischem Ergebnis.

Die gezeigten Spuken sind Drosselspulen mit großem Streufeld.

Hier braucht man verlustarme Spulen mit geschlossenem Kern und 
Luftspalt, auch als Speicherdrosseln bekannt. Entweder mit geschlossenem 
Ringkern, dessen Material zur gewählten Schaltfrequenz passt oder 
Schalenkerne mit definiertem Luftspalt, sofern sie für die gewählte 
Frequenz passend erhältlich sind.

mfg

von Mi N. (msx)


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Gerd E. schrieb:
> Die 500 kHz sind ja nur die Grundfrequenz. Das wird hart geschaltet, da
> ist also ein beträchtlicher Teil der Energie in den Oberwellen. Du wirst
> vermutlich bis im Bereich um die 100 MHz was messen können.

Klar, das kann wie Sau stören, nur abstrahlungsarm steigt der 
Wirkungsgrad vielleicht von 85% auf 87%. Ein altes KW-Radio kann bei der 
Bewertung weiterhelfen.
Wie geschrieben sind kleine SMD-Kerkos (X5R, X7R) das A+O bei diesen 
Wandler.

Alexander H. schrieb:
> Ich kann’s immer noch nicht glauben, dass der MCP1640 überhaupt von
> 5V/100mA aus 1,2V erzeugen kann, denn gesehen hab ich dergleichen
> nirgends.

Dann wird das wohl so sein.

Christian S. schrieb:
> Die gezeigten Spuken

Das klingt nach Seefahrt ... ;-)

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Mi N. schrieb:
> Christian S. schrieb:
>> Die gezeigten Spuken
>
> Das klingt nach Seefahrt ... ;-)

Habe ich mich wieder so toll vertippt.

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