Die Spannungsverdoppelung von 6 auf 12 Volt

Beim Aufbau des Gespanns haben wir aus Kostengründen darauf verzichtet, die Bordelektrik auf 12 Volt umzurüsten. Die entsprechenden Lichtmaschinen sind sehr teuer. Dennoch kann es in einigen Fällen nötig sein, mehr als 6 bis 7,2 Volt zu Verfügung zu haben. Das gilt beispiels­weise für manche elektronische Schaltungen.

Ein Beispiel: Es gibt zwar Drehzahlmesser für 6 Volt und Einzylinder–Zweitakter. Die Auswahl ist aber eingeschränkt, während Drehzahlmesser für 12 Volt und Vierzylinder–Viertakter gebraucht oft günstig (und schön!) zu haben sind. Die lassen sich auch für unsere Zweitakter verwenden. Ebenso kann das beim Einsatz von Tagfahrleuchten mit LED Sinn machen - zumal es die für 6 Volt gar nicht gibt.

Es gibt eine veraltete Version dieser Seite, wo wir noch den Eigenbau solcher Schaltungen beschrieben haben. Das ist inzwischen überholt, weil es je nach Zweck bessere, preiswertere und kleinere Lösungen gibt.

Abschnitte dieser Seite:

• Das Prinzip der Spannungsverdopplung
• Worauf ihr achten müsst
• Step-up–Wandler mit MT3608
• Step-up–Wandler mit LTC1871

Das Prinzip der Spannungsverdopplung

Wechselspannungen können problemlos mittels eines Trafos erhöht oder verringert werden. Bei Gleichspannungen geht das jedoch nicht. Also muss ein vergleichbarer Trick her, und der ist ein uralter Hut. Das Prinzip: Ein Multivibrator schaltet am Ausgang ständig zwischen Plus und Minus um. Dabei wird ein Kondensator 'mal vom einen Pol, 'mal vom anderen aufgeladen. Diese Ladungen summieren sich, weil schnelle Schottky–Dioden mit geringem Spannungsabfall den Abfluss in die falsche Richtung verhindern. Schwupps, steht am Ausgang (nicht ganz) die doppelte Spannung zur Verfügung.

Für diese Zwecke wurden früher gerne Verstärker–ICs zweckentfremdet, weil die von Haus aus bei kleinem Preis fast alles mitbringen, was es braucht. Heute gibt es dafür spezielle Chips, die mit wenigen externen Elementen auskommen, weit höher takten und viel mehr Leistung bieten. Die damit bestückten Platinen sind klein, die Schaltungen bieten dennoch reichlich Leistung bei kleineren Preisen.

Unverändert gilt, dass bei zunehmender Last am Ausgang die Effizienz sinkt (die Spannung also abfällt) und mehr Wärme entwickelt wird. Auch ist der Betriff „Spannungsverdoppler” nur bedingt richtig - „Spannungs­erhöher” trifft es etwas besser.

Worauf ihr achten müsst

Die Spannungswandler müssen zur geforderten Leistung (Stromstärke) am Ausgang passen. Wenn irgend möglich, solltet ihr Typen verwenden, die höchstens bis zur Hälfte belastet werden. Dadurch steigt die Effizienz und sinkt das Wärmeaufkommen. Beispiel: Am Ausgang werden 500 mA bis maximal 1 Ampère gebraucht: Dann sollte die Elektronik mindestens 2 Ampère am Ausgang liefern können.

Für die in der alten Version vorgestellten Wandler galt die Faustformel „Strom am Eingang etwa gleich 2 × Strom am Ausgang”. Das ist bei den effizienteren und hoch getakteten Chips nicht mehr so. Je nach Erhöhung der Spannung und Belastung kann da am Eingang der Wert bis zum sechsfachen des Ausgangs betragen. Das kann dennoch Vorteile haben.

Drittens kann es aus thermischen Gründen durchaus sinnvoll sein, solche Teile besser zu kühlen (bis hin zu elektrischen Lüftern mit bürstenlosen Motoren).

Schließlich sollten die Schaltungen möglichst zweckgebunden und nahe bei den Verbrauchern eingesetzt werden und nur dann, wenn sie auch gebraucht werden. Nehmen wir an, ihr habt ein Standlicht sowie einen LED–Scheinwerfereinsatz für 12 Volt. Da das verschiedene Schaltkreise sind (eine Lichthupen–Funktion ist strafverschärfend (Symbol: zwinkern) ), solltet ihr eine kleine Schaltung für das Standlicht und eine größere für Abblend– oder Fernlicht benutzen.

Andere Verbraucher können über eine ständig mit der Zündung mitlaufende Spannungserhöhung gemeinsam versorgt werden, so eine Tagfahrleuchte und ein Drehzahlmesser.

Step-up–Wandler mit MT3608

Dieser Winzling (37 × 17 × 6 mm) kann problemlos bis 1 Ampère am Ausgang belastet werden. Bei 5 auf 12 Volt und 2 Ampère klappt's nicht mehr so richtig, auch wenn das als maximale Leistung versprochen wird. Die Schaltungen sind bei eBay^® um etwa 1,- € das Stück zu haben. Die Spannungserhöhung wird über ein Trimmpotentiometer eingestellt.

Wie schon weiter oben erwähnt, ist so eine kleine Schaltung ideal für das Standlicht, Drehzahlmesser oder Tagfahrleuchten mit nur einer High Power–LED. Sie passt noch problemlos in die Lampenschale und kann fast überall versteckt werden. Angesichts des geringen Preises kann der Mopped–Fahrer durchaus auch für den Fall der Fälle ein Ersatzexemplar auf Reisen mitnehmen. Wichtig ist hier nur, dass der Einbau gut isoliert erfolgt, ohne die Luftzufuhr oben in der Mitte einzuschränken.

Sofern keine allzu sensible Elektronik damit betrieben wird, braucht es am Ausgang weder Elkos noch Festspannungsregler zur Begrenzung. Mit einem kleinen Relais lässt sich so zum Beispiel sehr gut eine vollständige Tagfahrlicht–Schaltung aufbauen - auf kleinstem Raum.

Beim Standlicht kann die Platine so, wie sie ist, in die Zuleitungen eingeschliffen werden. Die Masse ist bei Ein– und Ausgang verbunden.

Step-up–Wandler mit LTC1871

Für mehr Leistung bietet sich dieser einbaufertige Typ an - er ist um rund 10,- € in der „Bucht” zu haben. Außerdem bietet er eine fast schon luxuriöse Ausstattung.

Die Platine ist 68 mm lang, 40,6 mm breit und 12,5 mm hoch. Sie kann mit vier 3 mm–Schrauben aufgeständert werden.

Mit einem Potentiometer kann die maximale Ausgangs­spannung nach oben eingestellt, nicht jedoch begrenzt werden. Das kann ein Nachteil sein und erfordert Vorsicht. Abhilfe können im Bedarfsfall am Ausgang nachge­schaltete Festspannungsregler bringen. Mit einem Drucktaster kann die Spannungsanzeige (3,5–stellig, 7 Segmente) von Ein– auf Ausgangs­spannung um- oder ganz ausgeschaltet werden. Zwei LED zeigen den Modus an.

Auf YouTube^® findet sich wieder ein ausführliches Testvideo. Die Erhöhung von 5 auf 12 Volt bei 2 A am Ausgang war dabei auch ohne zusätzliche Kühlung für längere Zeit gar kein Problem. Für extreme Situationen empfiehlt sich dennoch ein zusätzlicher Lüfter (offiziell kann die Schaltung noch viel mehr).

Das macht den Spannungswandler sogar geeignet, um damit bestimmte, E-geprüfte Scheinwerfer–Einsätze mit 12 Volt–LED und 5¾" Durchmesser zu betreiben. Der geeignetste Typ, „Jackson” von Highsider, ist mit rund 300,- € allerdings nicht gerade billig. Dafür wird am Ausgang jedoch nur gut 1 A gebraucht, und die kalt–weiße Lichtausbeute ist deutlich besser.