UPCONVERTER

5V-UP-CONVERTER

Auf dem Gebiete der Entwicklung kleiner kompakter Energiezellen wurden in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte erzielt. Ihre typische Anwendung finden sie z.B. in Handys und anderen elektronischen Kleingeräten. Gemeint sind die aufgrund ihrer hohen Packungsdichte und ihres geringen Eigengewichtes besonders interessanten Lithium-Ionen- ( Li-Ion ) und Lithium-Polymerzellen ( Li-Po ). Ihre nominale Zellenspannung liegt bei 3.6 oder 3.7Volt und somit sind sie bei Verwendung eines sog. Low-Drop-Spannungsreglers sogar zur direkten Versorgung von Anordnungen geeignet, die mit 3.3V betreibbar sind. Der Trend geht dabei auch eindeutig zu diesen geringen Versorgungsspannungen, aber oftmals wird halt doch noch eine Spannung von 5 Volt benötigt und viele Bausteine, die grundsätzlich auch mit z.B. 3.3V betrieben werden können, erreichen den vollem Umfang ihrer Spezifikationen erst bei 5V-Versorgung.
Im vorliegenden Fall ging es nun darum, eine mit 5V zu versorgende Einheit aus nur einer Batteriezelle obengenannter Typen betreiben zu wollen. Dazu setzt man sinnvollerweise einen Spannungs-Up-Wandler ein. Zum Aufbau derartiger Wandler gibt es auf dem Markt eine fast unüberschaubare Menge integrierter Schaltkreise. Allerdings wird der Hobbyelektroniker sehr schnell ernüchternd feststellen, daß sie entweder in kleinen Stückzahlen nur sehr schwer erhältlich oder aufgrund ihres Mini- und Micro-Gehäuses nicht leicht handelbar sind. Da es im vorliegenden Fall nicht um besondere Miniaturisierung ging, sollte ein im DIP-8-Gehäuse bei Fa. Conrad oder Segor erhältlicher Schaltkreis "LT1301" zur Anwendung kommen.
Alle ansonsten benötigten Bauteile sind leicht ( z.B. auch bei Reichelt ) erhältlich.
Abb.1 zeigt die realisierte Schaltung. Um eine stabilisierte 5V-Spannung am Ausgang zu erhalten, muss die Eingangsspannung im Bereich von etwa 1,8-4,5V liegen. Damit ist neben den obengenannten Akkutypen natürlich auch eine Versorgung aus z.B. zwei bis drei in Serie geschalteten 1,2V-Zellen möglich.
Bei höheren Eingangsspannungen als 5V geht auch die Ausgangsspannung über diesen Wert hinaus. Bei Einsatz von 3.6-3.7V-Zellen ist das jedoch nicht zu befürchten. Die Schaltung kann bei 5V Ausgangsspannung mit max. etwa 200mA belastet werden, was für die meisten Anwendungen ausreichen sollte. Gem. Datenblatt ( siehe Link unten ) stehen nach Änderung der Beschaltung eines Eingangspins aber auch 12V Ausgangsspannung mit max. 120mA Belastung zur Verfügung.

Abb.1 Abb.2

Datenblatt des LT1301: http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId=H0,C1,C1003,C1042,C1031,C1060,P1450,D3451

Nach gezahltem Lehrgeld noch ein kleiner aber wichtiger Hinweis:
Die gesamte Schaltanordnung sollte vor dem ersten Einschalten sorgfältigst geprüft werden. Das gilt besonders in Hinblick auf den Schaltkreis LT1301 und die Diode 1N5817. In meinem Fall habe ich erst nach dem zweiten zerschossenen LT1301 gemerkt, daß ich die Diode versehentlich verpolt eingelötet hatte. Da jeder Baustein mit etwa 8 Euro zu Buche schlägt, war das schon etwas ärgerlich.

Akkutyp	Nickel-Cadmium	Nickel-Metallhydrid	Lihtium-Ionen	Lithium-Polymer
Techn. Kürzel	NiCd	NiMh	LiIon	LiPo
Zellenspannung	1,2V	1,2V	3,6V oder 3,7V	3,7V
Entladeschlussspannung	0,8V	0,9V	2,5V	2,5 - 3,0V
Ladeverfahren	mehrere	mehrere	Konstantspannung	Konstantspannung
Energieeinhalt	100 Wh/l	175Wh/l	250 Wh/l	300 Wh/l
Energiedichte	40 Wh/kg	55 Wh/kg	100 Wh/kg	150 Wh/kg
Selbstentladung/Monat ( Prozent der Nennkap. )	15%	30% (!)	8%	8%
Überladung	0.1 C unendlich	0.1 C max. 100 h	untersagt	untersagt
Lebensdauer	500-1000 Zyklen	300-600 Zyklen	200-500 Zyklen	200-500 Zyklen
Temperaturbereich	-30°C bis 70°C	-20°C bis 60°C	-10°C bis 60°C	-10°C bis 60°C
optimale Lagerung	voll oder teilgeladen	voll oder teilgeladen	teilgeladen und kühl gehalten	teilgeladen und kühl gehalten
Schnellladung	3 C - 5C (12 min )	1 C - 2 C ( 30 min )	1 C - 2 C ( 60-30 min )	1 C - 2C ( 60-30 min )
Normalladung	0.2 C ( 5h )	0.1 C ( 10h )	0.5 C ( 2h )	0.5 C ( 2h )
Max. Entladestrom	20 C und mehr	bis zu 15 C	3-4 C	6-10 C