Джоуль вор является минималистским автоколебательным напряжением умножителя , который является небольшим, недорогим и простым в сборку, как правило , используются для привода небольших нагрузок. Эта схема также известна под другими названиями, такими как блокирующий осциллятор , звонок Джоуля , вампирский факел . Он может использовать почти всю энергию одноэлементной электрической батареи , даже намного ниже напряжения, когда другие схемы считают батарею полностью разряженной (или «мертвой»); отсюда и название, которое предполагает идею о том, что схема ворует энергию или « джоули » из источника - термин является каламбуром от «похитителя драгоценностей». Схема представляет собой вариантблокирующий генератор , образующий нерегулируемый повышающий преобразователь напряжения. Выходное напряжение увеличивается за счет большего потребления тока на входе, но интегральный (средний) ток на выходе снижается и яркость свечения уменьшается.
История [ править ]
Уровень техники [ править ]
Похититель джоулей - понятие не новое. По сути, он добавляет светодиод к выходу автоколебательного усилителя напряжения, который был запатентован много десятилетий назад.
- Патент США 1949383, [1], поданный в 1930 году, « Электронное устройство », описывает схему генератора на основе вакуумной лампы для преобразования низкого напряжения в высокое.
- Патент США 2211852, [2], поданный в 1937 году, « Устройство с блокирующим генератором », описывает блокирующий генератор на основе вакуумной лампы.
- В патенте США 2745012, [3], поданном в 1951 г., « Генераторы блокировки транзисторов » описаны три версии генераторов блокировки на основе транзисторов .
- Патент США 2780767, [4], поданный в 1955 году, « Устройство схемы для преобразования низкого напряжения в высокое постоянное напряжение ».
- Патент США 2881380, [5], поданный в 1956 г., « Преобразователь напряжения ».
- Патент США 4734658, [6], поданный в 1987 г., « Схема генератора с низким напряжением », описывает схему генератора с очень низким напряжением, способную работать от всего лишь 0,1 В (более низкое напряжение, чем работает джоулевый вор). Это достигается за счет использования JFET , который не требует прямого смещения PN-перехода для его работы, поскольку он используется в режиме обеднения . Другими словами, сток-исток уже ведет, даже тогда , когда нет не приложено напряжение смещения. Этот патент был предназначен для использования с термоэлектрическими источниками энергии .
Капарник [ править ]
В ноябре 1999 года вопрос о практической электроники Everyday ( EPE ) журнала, в разделе «Изобретательность Unlimited» (читатель идеи) была идея новой схемы под названием «One Volt LED - Яркий свет» на З. Kaparnik из Суиндон , Wilts, Великобритания. Были показаны три примерные схемы для работы светодиодов от напряжения питания ниже 1,5 Вольт. Базовые схемы представляли собой преобразователь напряжения на транзисторах NPN с обратной связью по трансформатору на основе блокирующего генератора. После тестирования трех транзисторов (ZTX450 с КПД 73%, ZTX650 с 79% и BC550 с 57%) было определено, что транзистор с более низким V ce (насыщ.)дали лучшие результаты эффективности. Кроме того, резистор с более низким сопротивлением даст большой ток. [7]
Описание операции [ править ]
Схема работает за счет быстрого переключения транзистора. Первоначально ток начинает течь через резистор, вторичную обмотку и переход база-эмиттер (см. Схему), в результате чего транзистор начинает проводить ток коллектора через первичную обмотку. Поскольку две обмотки соединены в противоположных направлениях, это индуцирует положительное напряжение во вторичной обмотке (из-за полярности обмотки, см. Условное обозначение точек ), которое включает транзистор с большим смещением. Этот процесс самодействия / положительной обратной связи почти мгновенно включает транзистор с максимальной силой (помещая его в область насыщения), в результате чего путь коллектор-эмиттер выглядит, по сути, как замкнутый переключатель (поскольку V CEбудет всего около 0,1 вольт, если предположить, что базовый ток достаточно высок). Когда первичная обмотка проходит через батарею, ток увеличивается со скоростью, пропорциональной напряжению питания, деленному на индуктивность. Отключение транзистора происходит разными механизмами в зависимости от напряжения питания.
Коэффициент усиления транзистора не зависит от V CE . При низких напряжениях питания (обычно 0,75 В и ниже) транзистору требуется больший базовый ток для поддержания насыщения при увеличении тока коллектора. Следовательно, когда он достигает критического тока коллектора, доступный базовый привод становится недостаточным, и транзистор начинает защемляться, и происходит ранее описанное действие положительной обратной связи, которое резко его выключает.
Подводя итог, как только ток в катушках по какой-либо причине перестает увеличиваться, транзистор переходит в область отсечки (и размыкает «переключатель» коллектор-эмиттер). Магнитное поле коллапсирует, вызывая напряжение, необходимое для обеспечения проводимости нагрузки или для того, чтобы ток вторичной обмотки нашел другой путь.
Когда поле возвращается к нулю, вся последовательность повторяется; с аккумулятором, увеличивающим ток первичной обмотки до включения транзистора.
Если нагрузка на схему очень мала, скорость нарастания и предельное напряжение на коллекторе ограничивается только паразитными емкостями и может увеличиваться более чем в 100 раз по сравнению с напряжением питания. По этой причине обязательно всегда подключать нагрузку, чтобы не повредить транзистор. Поскольку V CE отражается на вторичной обмотке, отказ транзистора из-за малой нагрузки будет происходить из- за превышения обратного предела V BE для транзистора (это происходит при гораздо меньшем значении, чем V CE max).
Транзистор рассеивает очень мало энергии даже на высоких частотах колебаний, поскольку большую часть времени он проводит в полностью включенном или полностью выключенном состоянии, поэтому либо превышение напряжения, либо ток через транзистор равны нулю, что сводит к минимуму коммутационные потери.
Простое регулирование напряжения [ править ]
Простая модификация предыдущей схемы заменяет светодиод тремя компонентами для создания простого стабилизатора напряжения на основе стабилитрона . Диод D1 действует как полуволновой выпрямитель, позволяя конденсатору C заряжаться только тогда, когда более высокое напряжение доступно от похитителя джоулей на левой стороне диода D1. Стабилитрон D2 ограничивает выходное напряжение.
Лучшее решение показано в следующем схематическом примере.
Джоулевый вор с регулируемым замкнутым контуром [ править ]
Когда требуется более постоянное выходное напряжение, похитителю джоулей можно дать управление с обратной связью. В приведенной в качестве примера схеме диод Шоттки D1 блокирует заряд, накопленный на конденсаторе C1, от обратного потока на переключающий транзистор Q1 при его включении. Стабилитрон на 5,6 ВD2 и транзистор Q2 формируют управление с обратной связью: когда напряжение на конденсаторе C1 выше порогового напряжения, образованного напряжением стабилитрона D2 плюс напряжение включения база-эмиттер транзистора Q2, транзистор Q2 включается, отклоняя ток базы. переключающего транзистора Q1, препятствуя генерации и предотвращая дальнейшее повышение напряжения на конденсаторе C1. Когда напряжение на C1 падает ниже порогового значения, Q2 отключается, позволяя повторяться колебаниям. Если нагрузка требует еще более низких пульсаций, в этом примере некоторые тонкие цифровые схемы, такие как микроконтроллер, после этого можно использовать линейный регулятор, чтобы сгладить пульсации. [8]
См. Также [ править ]
- Генератор Армстронга
- Блокирующий осциллятор
- Обратный преобразователь
- Прямой конвертер
- Импульсный источник питания
Ссылки [ править ]
- ^ США 1949383 , Harold C Вебер, "Электронное устройство", выданный 1934-02-27, назначен Industrial Corp развития
- ^ US 2211852 , Geiger Max, "Блокировка устройства генератора", выданный 1940-08-20, назначен Telefunken AG
- ^ US 2745012 , Jean H Felker, "Транзистор блокинг-генератор", выданный 1956-05-08, назначен Nokia Bell Labs
- ^ США 2780767 , Janssen Питер Johanne Hubertus, «схемное для преобразования низкого напряжения в высокое постоянное напряжение», выданном 1957-02-05, назначен Хартфорд Национального банка и Trust Co
- ^ США 2881380 , Крюгер Бодо, «Преобразователь напряжения», выданные 1959-04-07, назначен США Philips Co
- ^ США 4734658 , Джон Е. Бохан, младший, «Низкое напряжение управляемого колебательный контур», выданный 1988-03-29, назначен Honeywell Inc
- ^ "Бытовая практическая электроника" (PDF) . Ноябрь 1999. с. 804.
- ^ "Регулируемый вор Джоуля: почему это работает?" . Обмен электротехнического стека .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме вора Джоуля (электроника) . |
- Моделирование и реализация
- Джоуль Вор Симулятор
- Моделирование и сравнение эффективности различных версий Joule Thief - архивировано 30 октября 2017 г. (на польском языке)
- Supercharged Joule Thief с более высокой эффективностью ( увеличенная схема )
- Джоуль вор - модифицированная версия
- видео
- Клайв Митчелл о том, как сделать своего вора Джоуля
- Видео как сделать джоуля вора (на французском)
