Selbstbau: (hochleistungs-) Spannungsverdoppler

Hallo an alle!

Ich habe mir gedacht, dass es doch nicht so schwer sein kann einen Spannungsverdoppler (klassische Ladungspumpe) von Grund auf selbst aufzubauen: 2 MOSFETS, 2 Shottkydioden und 2 Elektrolytbecher! Und es dürfte sich auch eine hohe Leistung erreichen lassen, denn die Elkos laden sich ja anfangs prinzipiell mit unendlicher Stromstärke und wenn man schnell genug schaltet kann man quasi auch unendlichen Strom abzapfen.
Also habe ich mir die Schaltung wie im Anhang aufgebaut: an "Signal" liegt ein NE555 in multivibratorbetrieb; erst lässt Q1 durch und lädt C1 während Q2 sperrt und danach andersherum: damit wird C2 mit 2*5V geladen. Ausprobiert habe ich Frequenzen von 1 bis 1kHz.
Jetzt ist es so, dass am Ausgang ~9,6V anliegen...... Aber leider nur bis ich anfange zu belasten. Bereits bei 90mA knickt alles auf 4,2V ein. Nun habe ich herausgefunden, dass 1) der NE555 länger auf +5V bleibt als auf GND und 2) dass der "5V-Zustand" an den Gates der FETs länger "nachhallt" (nachdem auf GND geschaltet wurde) als andersherum. So kommt "Q2 lässt durch" nur ziemlich kurz oder gedrosselt vor und C2 wird nicht effektiv geladen.

Sehr frustrierend, auch weil ich schon viel herumprobiert habe. Mag es an den Gatekapazitäten liegen? Allerdings tritt das Problem auch bei 1/2Hz auf und wirklich erst, wenn ich belaste. Ansonsten schalten die FETs genauso durch wie sie sollen. Ich habe schon versucht: NE555 -> H-Brücke -> FETs, leider mit genausowenig Erfolg.

Freue mich über praktische Tipps,
Markus

Wenn du wirklich Leistung brauchst, wirst du nur mit einem StepUp-Regler erfolg haben, die Elkos haben einen zu hohen Innenwiderstand, Stichwort Low-ESR, ausserdem solltest du schnelle Schottkydioden verwenden.

Hubert

Hallo Hubert!
Vergessen umzutragen: die "1N4004"s dort SIND Shottky's und zwar die SB140. Von Low-ESR Elkos hab ich noch nie gehört, sieht aber vielversprechend aus, in der nächsten Bestellung sind ein paar von denen dabei.
Trotzdem glaube ich nicht, dass diese Elkos für meine max 500mA, die ich da später für meinen Motor raushaben will einen zu hohen Innenwiederstand haben, für das Problem muss es eine andere Ursache geben.

Gruß,
Markus

Hallo,

ein Problem bei dieser Schaltung ist, dass der IRFD9024 bei einer (angenommenen) Gate-Source-Spannung von 4.5 Volt und einer Drain-Source-Spannung von 1 Volt lediglich einen Strom von ca. 0.4 A durchlässt. Wenn die Gate-Source-Spannung noch niedriger ist, dann sinkt der maximal mögliche Strom sehr stark. Man müsste also entweder die Eingangsspannung etwas erhöhen oder einen logic level Mosfet wählen.

Gruss
Jakob

Hallo Jakob!

1 Volt? Ich bewege mich da (hoffentlich) im Bereich von 5V. Wenn bei 1V nicht mehr so viel durchkommt soll mir das egal sein. Aber sobald ich L-Mosfets da habe werde ich das mal ausprobieren, danke für den Hinweis.

Ich bin gerade wieder an meiner Spannungsverdopplerschaltung am werkeln und bin mittlerweile ansatzweise verzweifelt. Er will einfach nicht auf 9,6V bleiben wenn ich ihn mit ~100A belaste und ich kann mir nicht erklären warum das so ist:
Die Mosfets lassen locker 2A durch und die 2 Elkos (ent-)laden sich sicherlich auch großzügiger als mit 200mA (immerhin springen Funken wenn ich die ausversehen kurzschließe!).
Woran liegt das? Ist meine Schaltung fehlerhaft? Hat nicht schonmal jemand hier versucht sowas zu bauen?

Gruß,
Markus

Zitat:

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Zitat von Zarathustra

Hallo Jakob!

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Woran liegt das? Ist meine Schaltung fehlerhaft? Hat nicht schonmal jemand hier versucht sowas zu bauen?

Gruß,
Markus

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Joo, fehlerhaft...., besser gesagt: das geht so einfach nicht.
Wenn das so einfach wäre , würden fertige Spannungskonverter nicht so teuer sein.
Bei diesen Stromstärken kommst du wirklich nicht um eine große Spule, Stepup-Wandler und guten Elkos nicht herum.
Ein paar Links:
http://schmidt-walter.fbe.fh-darmsta.../aww_smps.html
http://cctools.hs-control.de/download/mc/mc34063.html
Was du brauchst ist so etwas ähnliches:
http://www.national.com/appinfo/powe...68,383,00.html

Zitat:

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Zitat von Stromi

besser gesagt: das geht so einfach nicht.

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Wieso nicht? Wenn die Elkos sich mit ~1A laden und entladen und das in der richtigen Frequenz, dann müsste ich am Ausgang doch auch etwas in derselben Größenordnung abzwacken können. Das ist doch quasi idiotensicher!

Davon ab: nette Links.
Aber statt die Energie zwischenzeitlich in ein Magnetfeld zu schieben hätte ich sie lieber in nem Elko 8-[

Markus

Probiere es, ev. erfindest du ja neue Gasentladungslampen :-)
wer nicht wagt, der nicht gewinnt ;-)

Hallo,

also der N - Kanal FET ist definitiv falsch eingezeichnet. Bei einem N - Kanal FET, als low side switch, sollte Source und Bulk schon auf Masse liegen.

mfg

Hallo Markus,

vielleicht könntest Du Dir als Anregung diese Seite hier angucken: LINK

Der dort beschriebene Wandler hat scheinbar einen ganz guten Wirkungsgrad.

Viele Grüße und viel Spaß beim Basteln,
Bruno

So grundfalsch ist dieser Spannungsverdoppler sicher nicht, auch wenn er sich nur schlecht regeln lässt. Aber wenn man das nicht will, ist das ja egal.
Es gab/gibt schon länger Bausätze, bei denen ein TDA2003 oder sowas als Rechteckgenerator geschaltet ist und den Verdoppler füttert, damit lässt sich durchaus strommäßig was machen, daher sollte Deine MOSFET-Schaltung auch und sogar besser (weil weniger Verluste) funktionieren. Achte nur darauf, dass die MOSFETs während des Umschaltens querleiten, wenn die Versorgungsspannung die Summe der Threshold-Spannungen überschreitet!

PS. es gibt den Verdoppler noch, Conrad 191060. 5kHz, 1000u-Elkos und Schottky-Dioden.

Ja, das Prinzip ist grundsätzlich möglich, nur bei 5 Volt Eingangsspannung..........
Da muß man schon mal die Datenblätter von Fet's studieren, wann bzw. mit welcher Ugs die welchen Strom können. Und die Uds nicht mit der Eingangsspannung verwechseln :-)

Zitat:

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Bei einem N - Kanal FET, als low side switch, sollte Source und Bulk schon auf Masse liegen.

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So hab ich es auch geschaltet, nur wusste ich bei der Zeichnung nicht genau, was Source und Drain sein sollen. Dachte, dass Pfeil nach +5V immer gut ist...

Zitat:

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Es gab/gibt schon länger Bausätze, bei denen ein TDA2003 oder sowas als Rechteckgenerator geschaltet ist und den Verdoppler füttert

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Eben dieser Conrad-TDA'03-Verstärker hat mir bislang meine Motivation gegeben selbst einen Spannungsverdoppler zu bauen. Im Prinzip macht der TDA doch nichts anderes als zu schwingen und immer hin und her zu schalten. Eben das, was meine Mosfets + NE555 machen (sollen). Und dieser Conradverstärker kann mit Kühlkörper 2A liefern. Also müsste das meine Schaltung auch schaffen.

Zitat:

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Achte nur darauf, dass die MOSFETs während des Umschaltens querleiten, wenn die Versorgungsspannung die Summe der Threshold-Spannungen überschreitet!

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Meinst du nicht eher, dass sie NICHT querleiten sollen?
Ansonsten erklär mir das mit dem querleiten nochmal O:)

Hallo,

der Elko C1 wird quasi die hälfte der Zeit nur über die Substratdiode aufgeladen, bis sich eine positive Ugs Spannung aufbaut (Am Anfang nicht möglich, da Source quasi auf 5V über den leeren Kondensator C1 liegt). Bei anschließenden Seriellen entladen des Elkos, fließt ein Kurzschlussstrom vom Durchgeschalteten MOSFET Q2 über die Substratdiode von Q1.

Ich würde einmal versuchen, Source von Q1 auf Masse zu legen, und Drain mit dem Kondensator zu verbinden. Dadurch kann Q1 ordnungsgemäß durchschalten, und die Substratdiode verursacht keinen Kurzschluss mehr.

Mfg

Hier nochmal ein korrigierter Schaltplan, habe einiges falsch eingezeichnet. So müsste es momentan bei mir aussehen. Q1 und Q2 schalten so ideal durch, zumindest wenn ich die Gates zufuß hin und herschalte.

@locked: das mit dem falschrummen MOSFET war doch schon geklärt.
@zara: Du hast das Querleiten schon richtig verstanden denke ich, ich habe es nur genau so geschrieben, weil Du darauf achten sollst, DASS es passiert, wenn die Ub grössergleich der Summe der Ugs_th ist. Das ist ein Fakt, daran kannst Du nichts ändern, egal wie sehr Du drauf achtest. Daher sollst Du dies bedenken.
Hast Du mal irgendwann ein Oszillogramm der Spannung am Zusammenschluss der beiden Drains gemacht? Ich schätze mal, unter Last liegt da alles andere als das erwartete 5Vss-Rechteck an.

shaun,
jetzt verstehe ich, was du meinst. Allerdings ließe sich selbst das mit (komplizierten) Verzögerungen der Schaltspannungen umgehen, allerdings wäre der Aufwand viel zu hoch.
Als "Osziloskop" hab ich nur einen kleinen Piezzoschallwandler und der Brummt immernoch wenn ich die Schaltung belaste, allerdings hört es auf die Drains zu schalten wenn ich den anschließe, nicht die beste Lösung also.
Du meinst, das Signal ist zu verzerrt/verschoben unter Belastung? Könnte man das vielleicht mit einem MOSFET Treiber umgehen?

Gruß,
Markus

Zitat:

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Zitat von shaun

@locked: das mit dem falschrummen MOSFET war doch schon geklärt.

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Wenn man den Faktor Zeit in deine Überlegung mit einbezieht, wird man feststellen, dass die beiden Artikel (fast)zeitgleich erstellt wurden. Ergo wusste ich während des verfassen nichts von der Existenz der zwischenzeitlich erstellten Antwort. Dieses Forumphänomen sollte aber bekannt sein...
Ich möchte deutlich darauf hinweisen, dass dies keineswegs als beleidigende Antwort zu werten ist, sondern lediglich der Richtigstellung deiner Feststellung dient. 8-[

Mfg