Als in 2010 viele LEDs mit immer höheren Wirkungsgrad und Leistung
aufkamen, gab es auch Taschenlampen, welche einfach mit extremem
Betriebsstrom die Batterien leerten oder durch eine kaltweiße billige
LED nur blendende Helligkeit vortäuschten. Von Bellinda Balloon kam der
Wunsch nach einer warmweißen Farbe und den Betreib für ein Wochenende
zum Lesen im Zelt. Hier kam eine neue MCE-LED von Cree auf und die
Möglichkeit, mit dem 555 einen Aufwärtswandler zu realisieren.
Taschenlampen mit Glühlämpchen bieten ausreichend Platz für einen
Schaltungseinbau, z.B. in das Gehäuse einer Varta Typ DL-2AA mit 135 mm
Länge und 40 mm Durchmesser. Sie nutzt zwei Mignonzellen, was einen
Versorgungsspannungsbereich von 2,0V bis 3,4V bringt und für leere NiMh
Akkus bis zu vollen Akalimanganzellen reicht.
Die MCE-LED war in 2010 neu, hatte eine sehr guten Wirkungsgrad
und 5,2 V bis 5,6 V bei 100 mA, wobei zwei LEDs mit je etwa
3 V unter einer Linse in Reihe geschaltet sind. LEDs mögen keine Hitze,
aber die Leistung von etwa 540 mW kann über das Gehäuse und den
Anschluss an der Leiterplatte gut abgeführt werden. Das LED-Gehäuse ist
ein SMD Gehäuse mit Linse und Beinchen zum Anlöten. Ein thermischer
Anschluss unter dem SMD Gehäuse wurde direkt senkrecht auf den
Leiterplattenrand angelötet und passte in dem Gehäusekopf der Varta Typ
DL-2AA.
Der TS555C ist ein CMOS-Oszillator und wird hier in der Pulsweite
gesteuert. Die Frequenz um die 160 kHz bis 260 kHz wird durch 139 pF
erzeugt und nicht durch 120 p oder 150 p bestimmt, da dieser Wert
eingemessen wurde. Der Arbeitsbereich ist nicht allzu groß, reicht aber
für 2,0 V bis 3,2 V. Der 555 wird von der hochgesetzten LED-Spannung
versorgt. Der Ausgang 3 des 555 schaltet einen FET. Um schnell zu
schalten sollte die Gatekapazität keiner als 700 pF sein. Der dämpfende
Ferrit SM-B5 (vgl. Würth 7427934) am Transistor ist eine Notlösung, da
ein Teil der Schaltung im fliegenden Aufbau ungewünschte Schwingen
zeigte. Die Schaltung wurde zur Hälfte im fliegenden Aufbau
zusammengelötet. Die SMD-Transistorschaltung mit dem 555 befindet sich
auf einer kleinen Leiterplatte, deren Leiterbahnen von Hand gefräst
wurden. Alles zusammen ist auf einem Reststück eines
Elektroinstallationsrohrs mit viel Zweikomponentenkleber aufgebaut,
passend in die Rundung des Gehäuses.
Die MBRS Diode würde ich heute durch eine 30V-Schottkydiode des
PMEG-Typ ersetzen. Als Referenzspannung für die Stromeinstellung des
Schaltwandlers wird die LED-Spannung selber genommen. Die Spannung über
dem Stromshuntwiderstand ist etwa 66 mV, was bei 100 mA mit 6,6 mW zu
den Verlusten beiträgt. Wenn z.B. eine Basis-Emitterspannung mit z.B.
560 mV genommen würde, hätte diese Schaltung mit 56 mW achtmal größere
Verluste. Die beiden Transistoren BCV61 vergleichen die 66 mV, und der
Kondensator mit 1µF bildet den Mittelwert für die Rückkopplung zum 555.
Neben dem Umladen der Gatekapazität benötigt der 555 auch noch seine
Betriebsleistung, so hat der 555-Wandler einen Wirkungsgrad von etwa
80%. Die Wandlerschaltung mit dem 555 gefällt mir, aber hat im Aufbau
den Nachteil, dass drei Leitungen ( +U_LED,-U_LED, +U_Batteriekontakt)
zur LED im Kopf der Taschenlampe geführt werden.
Die Schaltung wurde mit dem Simulationsprogram Micocap gezeichnet und
in einer eigengestalteten Bedienungsanleitung dokumentiert, da diese
"Sommernachtsferienzeltlesetaschenlampe" verschenkt wurde. Mit zwei
2700mAh-Akkus ist die Betriebsdauer in der Schalterstellung Hell 7
Stunden und bei Leselicht bis zu 30 Stunden. Die Lampe ist heute noch
im Einsatz.