Wie funktioniert diese Schaltung

Die Designs von Roman Black sind immer sehr angespannt – hochgradig optimiert und auf das Minimum an Komponenten reduziert, die die Aufgabe erfüllen.

In diesem Fall funktioniert die Induktivität jedoch wie in jedem Aufwärtswandler: Wenn Q1 einschaltet, wird L1 eine Zeit lang mit Strom "aufgeladen", und wenn Q1 dann ausschaltet, bewirkt die gespeicherte Energie, dass die Spannung am Punkt zu Aliegt steigen, bis D1 leitet und den Strom an CLOAD weiterleitet.

Der Oszillator (Q1 und Q2 zusammen) läuft mit einer festen Frequenz und einem festen Arbeitszyklus und zieht immer die gleiche Menge an Strom aus der Quelle. Die Regulierung wird erreicht, indem ein Shunt-Zener über den Ausgang gelegt wird, wo er jegliche Leistung abführt, die nicht von der Last verbraucht wird.

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Kurzbeschreibung des Oszillatorbetriebs:

• Beim ersten Einschalten schaltet Q1 ein und Q2 ist aus.
• Der Strom durch L1 und Q1 steigt an, ebenso die Spannung an R2.
• Wenn die Basisspannung von Q2 hoch genug ansteigt, beginnt es sich einzuschalten.
• Das Einschalten von Q2 reduziert den Basisantrieb auf Q1, wodurch dieser abgeschaltet wird.
• Das Abschalten von Q1 bewirkt, dass die Spannung am Punkt Aaufgrund der in L1 gespeicherten Energie ansteigt.
• Die Spannung am Punkt Aliefert eine positive Rückkopplung zu Q2 (über R4), um es eingeschaltet zu halten, obwohl die Spannung an R2 abgefallen ist.
• D1 leitet und Strom fließt in CLOAD. Der Strom durch L1 fällt herunter.
• Wenn der Strom durch L1 und D1 auf Null abfällt, fällt die Spannung am Punkt Awieder ab, wodurch auch die Basisspannung von Q2 abfällt.
• Wenn Q2 abzuschalten beginnt, beginnt Q1 sich einzuschalten. Dies bewirkt, dass die Spannung am Punkt Aganz auf Null abfällt, Q2 vollständig abschaltet und die Schaltung in den Ausgangszustand zurückbringt, in dem sich der gesamte Zyklus wiederholt.

Die Einschaltzeit von Q1 wird hauptsächlich durch die Versorgungsspannung, den Wert von L1 und den Widerstand des Ladepfads (L1, Q1 und R2) bestimmt.

Die Ausschaltzeit wird hauptsächlich durch die Ausgangsspannung (relativ zur Eingangsspannung) und den Wert von L1 bestimmt.

Beide Zeiten werden bis zu einem gewissen Grad durch die mit R3 und C1 verbundene Zeitkonstante beeinflusst.

Vielleicht ist es einfacher zu visualisieren, wenn die Schaltung ein wenig neu angeordnet und eine Simulation ist.

Hier ist die Schaltung:

und hier ist die LTspice-Schaltungsliste für die Sim:

Version 4
SHEET 1 880 840
WIRE -160 224 -176 224
WIRE -64 224 -160 224
WIRE 48 224 -64 224
WIRE 96 224 48 224
WIRE 224 224 176 224
WIRE 416 224 224 224
WIRE 448 224 416 224
WIRE 544 224 512 224
WIRE 624 224 544 224
WIRE 656 224 624 224
WIRE 48 272 48 224
WIRE 416 352 416 224
WIRE 48 400 48 352
WIRE 352 400 48 400
WIRE 224 432 224 224
WIRE 544 448 544 224
WIRE 656 448 656 224
WIRE -64 464 -64 224
WIRE 48 528 48 400
WIRE 224 560 224 512
WIRE 272 560 224 560
WIRE 416 560 416 448
WIRE 416 560 352 560
WIRE 224 576 224 560
WIRE 224 576 112 576
WIRE -176 608 -176 224
WIRE 416 608 416 560
WIRE 224 624 224 576
WIRE -176 736 -176 688
WIRE -64 736 -64 528
WIRE -64 736 -176 736
WIRE 48 736 48 624
WIRE 48 736 -64 736
WIRE 224 736 224 688
WIRE 224 736 48 736
WIRE 416 736 416 688
WIRE 416 736 224 736
WIRE 544 736 544 512
WIRE 544 736 416 736
WIRE 656 736 656 512
WIRE 656 736 544 736
WIRE -176 784 -176 736
FLAG -176 784 0
FLAG -160 224 Vin
FLAG 624 224 Vout
SYMBOL ind 80 240 R270
WINDOW 0 32 56 VTop 2
WINDOW 3 5 56 VBottom 2
SYMATTR InstName L1
SYMATTR Value 470µ
SYMBOL res 32 256 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 10K
SYMBOL res 208 416 R0
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 15K
SYMBOL npn 352 352 R0
SYMATTR InstName Q1
SYMATTR Value 2N2222
SYMBOL npn 112 528 M0
SYMATTR InstName Q2
SYMATTR Value 2N2222
SYMBOL cap 208 624 R0
SYMATTR InstName C1
SYMATTR Value 1n
SYMBOL res 400 592 R0
SYMATTR InstName R3
SYMATTR Value 6.8
SYMBOL cap -80 464 R0
WINDOW 0 25 2 Left 2
WINDOW 3 24 60 Left 2
SYMATTR InstName C2
SYMATTR Value 47µ
SYMBOL res 368 544 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R5
SYMATTR Value 1K
SYMBOL diode 448 240 R270
WINDOW 0 32 32 VTop 2
WINDOW 3 0 32 VBottom 2
SYMATTR InstName D1
SYMATTR Value 1N4148
SYMBOL cap 528 448 R0
SYMATTR InstName C3
SYMATTR Value 10µ
SYMBOL zener 672 512 R180
WINDOW 0 -62 30 Left 2
WINDOW 3 -101 0 Left 2
SYMATTR InstName D2
SYMATTR Value EDZV13B
SYMBOL voltage -176 592 R0
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value 5
TEXT -168 760 Left 2 !.tran .01 uic