Ladro regolamentato di Joule: perché funziona?


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Per favore spiegami perché questo circuito può darmi un 5V regolato? Capisco la parte di Joule Thief, ma perché la parte del regolatore funziona?

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simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab

In particolare, perché il diodo Zener D2 è cruciale per evitare che l'1117 e l'MCU vengano fritti e perché il tappo C1 non dovrebbe essere completamente carico in ogni momento?

- MODIFICA -

Dal momento che voi ragazzi state suggerendo un design a circuito chiuso, sembra migliore? (Ricorda che l'MCU non prenderà troppo bene una barra di alimentazione pulsante quindi tengo lì l'LDO con il minimo margine di manovra possibile per ottenere una regolazione adeguata.)

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simula questo circuito

Il suddetto schametic viene modificato per includere il resistore suggerito da Olin.

- MODIFICA 2 -

Funzionerà con meno perdite?

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simula questo circuito

Modifica R2 in questo schema in modo che JFET si stacchi quando la tensione attraverso C1 supera i 6 V (abbastanza spazio per la testa per 1117 qui.)


Per migliorare ulteriormente la tua domanda con tutti i feedback che meriti già +1
jippie

Risposte:


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È un circuito piuttosto schifoso. Si noti che il convertitore boost esegue un ciclo completamente aperto. Non c'è feedback che lo spenga quando il suo output diventa abbastanza alto. Non mostri quali sono le tensioni dello zener e del regolatore lineare, ma molto probabilmente lo zener è lì solo per assicurarsi che l'ingresso non superi quello che possono gestire il cappuccio e il regolatore lineare. Il regolatore lineare produce quindi una tensione di uscita gradevole e costante.

Il motivo per cui dico che questo è un circuito scadente è perché è piuttosto dispendioso. Di solito è una cosa negativa quando si esegue da una batteria. Invece di aggiungere feedback allo switcher boost, la potenza extra viene semplicemente sprecata nello zener e nel regolatore lineare. Ci vorrebbe solo un altro transistor per accendersi quando il regolatore ha un po 'più di tensione di quanto sia realmente necessario. Questo transistor ucciderebbe le oscillazioni di Q1, spegnendo così il convertitore boost fino a quando la tensione non cala di nuovo. Questo sta essenzialmente aggiungendo un po 'di regolazione libera all'uscita del commutatore.

Inserito il:

Vedo dai commenti che c'è interesse a discutere su come regolare lo switcher in modo che non esegua un ciclo aperto.

Come Russell e io menzioniamo entrambi, in questo caso un transistor NPN che tira in basso la base di Q1 è un mezzo per uccidere le oscillazioni. Ora il problema diventa l'accensione di questo transistor quando l'uscita del commutatore diventa abbastanza alta. Nel contesto di questo circuito, come ha già detto Russell, il modo più semplice è quello di far andare il fondo dello zener nella base di questo secondo transistor che uccide le oscillazioni. Metterei anche a terra un resistore da quella base per assicurarmi che questo transistor non si accenda solo a causa di una perdita. Quando l'uscita del commutatore diventa abbastanza alta, lo zener conduce, il che accende il nuovo transistor, che uccide le oscillazioni in modo che il commutatore smetta di produrre alta tensione fino a quando quella tensione non scende di nuovo leggermente.

Un modo totalmente diverso per ottenere un segnale "la tensione è abbastanza alta" è ciò a cui Russell ha accennato in un commento. Questo sta mettendo un transistor PNP attorno al regolatore in modo tale che si accenda quando l'ingresso del regolatore è la caduta BE del transistor sopra l'uscita del regolatore. Quel transistor che rileva la soglia sarebbe quindi usato per accendere il transistor che uccide le oscillazioni. Vado più in dettaglio su questo metodo di rilevamento della soglia come feedback a uno switcher su /electronics//a/149990/4512 .

Aggiunto 2:

Vedo che ora hai aggiunto uno schema aggiornato. Sì, è esattamente di questo che stiamo parlando.

Farei solo un piccolo perfezionamento aggiungendo a terra una resistenza dalla base di Q2. Ciò garantisce una corrente minima attraverso D2 prima che lo switcher venga spento. In caso contrario, la tensione attraverso D2 potrebbe essere significativamente inferiore alla sua classificazione zener. Guarda la scheda tecnica per D2. La sua tensione sarà garantita solo al di sopra di una corrente minima. Senza sapere nulla di quello zener, punterei a circa 500 µA. Figura la tensione di base Q2 sarà di 600 mV, in modo che la resistenza 1,2 kΩ.


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Solo per curiosità, dove sarebbe posizionato questo transistor?
Ignacio Vazquez-Abrams,

ad es. posizionare un NPN con base "sotto" D2 in modo che quando D2 conduce il transistor si accende. Emettitore a terra e collettore alla base di Q1. Quando Vout è di circa 6 V, l'unità di base del convertitore verrà deviata.
Russell McMahon,

@Ignac: ci sono vari modi in cui questo potrebbe funzionare. La mia prima reazione istintiva è quella di mettere la CE tra la BE del Q1. Quando quel secondo transistor si accende, Q1 viene trattenuto, il che ucciderebbe le oscillazioni e quindi smetterebbe di produrre alta tensione. Ciò sprecherebbe comunque un po 'di energia attraverso R1 e dovresti assicurarti che le oscillazioni si riavviino quando questo transistor di feedback si spegne. Esistono anche altri modi, come utilizzare un FET per aprire la connessione alla batteria.
Olin Lathrop,

Un'alternativa "piacevole" è quella di posizionare un transistor attraverso U1 input-output in modo che quando il regolatore ottiene circa 0,6 V headroom il transistor si accende. questo può essere NPN con emettitore a Vout e base a Vin (tramite un resistore o un PNP il contrario). Quindi lo usi per influenzare l'oscillatore in qualche modo. L'ho fatto molto tempo fa e ho spostato il rapporto mark-space dell'oscillatore e ottenne un controllo lineare molto regolare dell'azione del regolatore. Olin molto tempo fa notò anche di aver fatto qualcosa di simile - entrambi arrivammo alla Iea in modo indipendente. Il mio osillatore era un inverter trigger Schmitt 74C14 - che permetteva un SMPS economico ed efficace
Russell McMahon

- Ransistor attraverso U1 può fornire headroom> 0.6V se necessario.
Russell McMahon,

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Puoi pubblicare un link da dove hai ricevuto i reclami. Il commento su C1 non ha pieno senso.

I circuiti JT (ladro di Joule) sono generalmente mal progettati o non realmente progettati o mostrano segni che le persone che li hanno prodotti non avevano una buona comprensione di ciò che stavano facendo. Questo circuito appartiene a quella classe.

LD1117 ha una tensione di ingresso massima di 15 V. Più in alto lo ucciderà.
Scheda tecnica LM1117 Il diodo zener ha lo scopo di proteggere il regolatore MA la sua tensione nominale è inferiore a quanto dovrebbe essere.

1N4734A è uno zener da 5,6 V 1 Watt. La tensione di zener è troppo bassa per consentire al regolatore LM1117 di avere un'altezza libera adeguata a piena corrente. È probabile che il "ladro di Joule" non produrrà energia sufficiente per consentire all'LM1117 di raggiungere la massima corrente di uscita nominale.

JT esegue "openloop". Se produce più di 1 Watt proverà a distruggere lo zener e quindi il regolatore e poi il mcu. Senza lo zener, poiché JT è un convertitore flyback, la tensione di uscita sarà pari a quando l'energia disponibile viene dissipata. Se il carico non accetta l'energia disponibile, la tensione continua ad aumentare fino a quando LM1117 inizia ad accettare l'energia involontariamente (cioè Vin_max superato).

Il significato della domanda C1 non è chiaro. C1 può essere caricato completamente senza danni purché le tensioni interessate non superino il valore nominale di altri componenti collegati.

Nel complesso questo non è un buon circuito. Sono disponibili circuiti sostanzialmente migliori che non dipendono dalla dissipazione della forza bruta dell'uscita del convertitore. Inoltre, questo circuito non è particolarmente "progettabile" - è difficile dire quali saranno le prestazioni del convertitore rispetto al livello di potenza o all'efficienza (ma entrambi sono probabilmente piccoli).


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Forse ho bisogno di uno Zener con un punteggio più alto per proteggere gli ingressi. Tuttavia, puoi dirmi come controllarlo a circuito chiuso (posso usare l'MCU per fare attenzione se il circuito può avviarsi da solo, cioè avviare un ciclo aperto e quando l'MCU si avvia diventa circuito chiuso)
Maxthon Chan

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Inoltre, terrei presente l'LDO perché, almeno, alcune normative locali in quanto l'MCU non prenderà troppo bene una barra di alimentazione pulsante.
Maxthon Chan,
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