Solar-Boost-Converter SBC 300

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Aus ELVjournal 03/2010     0 Kommentare
 Solar-Boost-Converter SBC 300
Bausatzinformationen
ungefähr Bauzeit(Std.)Verwendung von SMD-Bauteilen.
10,25OK3/10

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Technische Daten

0,3–5 VDC (nicht höher als die Ausgangsspannung)
Ausgangsspannung
max. 300 mA (abhängig von der Eingangsspannung)
<55 uA
bis >90 % (lastabhängig)
abschaltbar
optional mit einem Spannungsteiler konfigurierbar
chipintern
21 x 21 mm

Dieser kleine Aufwärtswandler ist mit einem „Power-Management-IC“ von Texas Instruments realisiert, der bereits mit einer Eingangsspannung von 0,3 V arbeitet und nur 0,5 V zum Anlauf benötigt. Damit lassen sich neben Einzelzellen (Alkaline, NiMH) auch alternative Energiequellen wie Solar-Einzelzellen oder Mikrobrennstoffzellen effi zient zur Spannungsversorgung nutzen. Der Wandler liefert am Ausgang stabilisiert 5 V, kann aber auch an andere Ausgangsspannungen angepasst werden.

Allgemeines

Texas Instruments liefert den DC/DC-Boost-Wandler mit der z. Zt. niedrigsten Eingangsspannung am Markt (0,3 V) und einem maximalen Wirkungsgrad von über 90 %. Dieser Miniaturbaustein mit den Abmessungen von 3,25 x 3,25 mm kommt in unserem Solar-Boost-Converter SBC 300 zum Einsatz, dessen Ausgangsspannung fest auf 5 V eingestellt ist. Da die Ausgangsspannung durch einen Widerstandsteiler vorgegeben wird, kann die Schaltung bei Bedarf auch an andere Ausgangsspannungen im Bereich zwischen 1,8 V und 5,5 V angepasst werden. Eingangsspannungen sind im Bereich zwischen 0,3 V und 5,5 V zulässig, wobei die Eingangsspannung nicht über der Ausgangsspannung liegen darf, d. h. bei 5 V Ausgangsspannung auch auf diesen Wert begrenzt ist (ansonsten steigt die Ausgangsspannung auf den Wert der Eingangsspannung). Mit diesen außergewöhnlichen Daten lassen sich nun interessante Energiequellen kleiner Leistung zur Spannungsversorgung nutzen.

Bild 1: Abmessungen des TPS 61200 im Vergleich zu einer Bleistiftspitze
Bild 1: Abmessungen des TPS 61200 im Vergleich zu einer Bleistiftspitze

Der verwendete Baustein ist aber ausschließlich in einer besonders kleinen SMD-Ausführung erhältlich und von Hand kaum noch zu verarbeiten. Abbildung 1 zeigt das reale IC im Größenvergleich zu einer Bleistiftspitze. Mit unserem kleinen Modul erschließt sich dieser SMD-Baustein (TPS 61200) nun auch für den Hobby-Anwender und viele weitere interessante Aufgaben.

Bild 2: Die Abmessungen des kompletten Spannungswandlers betragen nur 21 x 21 mm.
Bild 2: Die Abmessungen des kompletten Spannungswandlers betragen nur 21 x 21 mm.

Die kompletten Modulabmessungen mit externer Beschaltung betragen nur 21 x 21 mm (Abbildung 2), so dass die Unterbringung des Moduls in den meisten Anwendungen kein Problem ist, und eine Platinenbohrung kann zur Befestigung genutzt werden. Natürlich ist eine effi ziente Energienutzung nur möglich, wenn der Eigenverbrauch des Spannungswandlers entsprechend gering ist. Der Eigenverbrauch des Bausteins ist mit <55 uA spezifiziert, so dass mit einer einzigen Alkaline-Mignon- Batterie ein ununterbrochener Betrieb des Wandlers über 5 Jahre möglich ist.

Bild 3: Zur Speisung des Spannungswandlers können optimal ein oder zwei Alkaline-Zellen genutzt werden.
Bild 3: Zur Speisung des Spannungswandlers können optimal ein oder zwei Alkaline-Zellen genutzt werden.

Mit diesem Modul lässt sich die Kapazität von Alkaline-Einzelzellen optimal nutzen und es ist wirklich eine vollständige Entladung der Zellen möglich (Abbildung 3). Über einen Codierstecker (ST 1) kann ein Power-Save-Modus wahlweise aktiviert oder deaktiviert werden, der die Effi zienz bei geringer Ausgangslast weiter erhöht. Im Power-Save- Modus stoppt der Wandler, wenn der Strom durch die Speicherdrossel unter 300 mA sinkt und die Ausgangsspannung den Soll-Wert erreicht hat. Im Power-Save-Modus muss allerdings ein höherer „Ausgangsripple“ in Kauf genommen werden. Wie sich der Wirkungsgrad mit der Power-Save- Funktion verändert, ist in Abbildung 4 und 5 zu sehen.

Bild 4: Wirkungsgrad mit „Power-Save“-Funktion
Bild 4: Wirkungsgrad mit „Power-Save“-Funktion

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