LED-Lampe mit 555-Schaltregler    

von BB Snoopy                
   

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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.


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