Voleur de Joule réglementé: pourquoi ça marche?

15

Veuillez m'expliquer pourquoi ce circuit peut me donner un 5V régulé? Je comprends la partie Joule Thief, mais pourquoi la partie régulateur fonctionne-t-elle?

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Surtout, pourquoi la diode Zener D2 est cruciale pour empêcher le 1117 et le MCU de frire, et pourquoi le capuchon C1 ne devrait pas être complètement chargé à tout moment?

- MODIFIER -

Puisque vous suggérez une conception en boucle fermée, est-ce que cela semble mieux? (Rappelez-vous que le MCU ne prendra pas trop bien un rail d'alimentation pulsé, je garde donc le LDO là-bas avec le moins de marge possible pour obtenir une régulation appropriée.)

schématique

simuler ce circuit

La schamétique ci-dessus est modifiée pour inclure la résistance suggérée par Olin.

- MODIFIER 2 -

Est-ce que cela fonctionnera avec moins de pertes?

schématique

simuler ce circuit

Ajustez R2 dans ce schéma de sorte que JFET se bloque lorsque la tension aux bornes de C1 dépasse 6 V (assez de marge pour 1117 ici.)

Maxthon Chan
la source
Pour améliorer encore votre question avec tous les commentaires que vous méritez déjà +1
jippie

Réponses:

10

C'est un circuit assez merdique. Notez que le convertisseur boost fonctionne en boucle complètement ouverte. Il n'y a aucune rétroaction qui l'arrête lorsque sa sortie est suffisamment élevée. Vous ne montrez pas quelles sont les tensions du zener et du régulateur linéaire, mais le zener est probablement là juste pour vous assurer que l'entrée ne dépasse pas ce que le capuchon et le régulateur linéaire peuvent gérer. Le régulateur linéaire produit alors une tension de sortie agréable et régulière.

La raison pour laquelle je dis que c'est un circuit de merde, c'est parce qu'il est assez inutile. C'est généralement une mauvaise chose lorsque vous utilisez une batterie. Au lieu d'ajouter une rétroaction au commutateur de suralimentation, la puissance supplémentaire est simplement gaspillée dans le zener et le régulateur linéaire. Il ne faudrait qu'un transistor de plus pour s'allumer lorsque le régulateur a un peu plus de tension qu'il n'en a vraiment besoin. Ce transistor tuerait les oscillations de Q1, arrêtant ainsi le convertisseur élévateur jusqu'à ce que la tension redescende. Cela ajoute essentiellement une régulation lâche à la sortie du commutateur.

Ajoutée:

Je vois dans les commentaires qu'il y a un intérêt à discuter de la façon de réguler le commutateur afin qu'il ne fonctionne pas en boucle ouverte.

Comme Russell et moi le mentionnons tous les deux, dans ce cas, un transistor NPN qui tire la base de Q1 vers le bas est un moyen de tuer les oscillations. Maintenant, le problème devient de transformer ce transistor lorsque la sortie du commutateur devient suffisamment élevée. Dans le cadre de ce circuit, comme Russell l'a déjà mentionné, la manière la plus simple est de faire rentrer le bas du zener dans la base de ce deuxième transistor destructeur d'oscillations. Je mettrais également une résistance de cette base à la masse pour m'assurer que ce transistor ne se déclenche pas uniquement en raison d'une fuite. Lorsque la sortie du commutateur devient suffisamment élevée, le zener conduit, ce qui active le nouveau transistor, ce qui tue les oscillations de sorte que le commutateur cesse de faire de la haute tension jusqu'à ce que cette tension redescende un peu plus bas.

Russell a fait allusion dans un commentaire à une manière totalement différente d'obtenir un signal «la tension est suffisamment élevée». Cela met un transistor PNP autour du régulateur de telle sorte qu'il s'allume lorsque l'entrée du régulateur est la chute BE du transistor au-dessus de la sortie du régulateur. Ce transistor de détection de seuil serait ensuite utilisé pour activer le transistor éliminateur d'oscillations. Je vais plus en détail sur cette méthode de détection de seuil en tant que rétroaction à un commutateur sur /electronics//a/149990/4512 .

Ajouté 2:

Je vois que vous avez maintenant ajouté un schéma mis à jour. Oui, c'est exactement ce dont Russell et moi parlons.

Je ne ferais qu'un petit raffinement en ajoutant une résistance de la base du Q2 à la masse. Cela garantit un courant minimum à travers D2 avant l'arrêt du commutateur. Si vous ne le faites pas, la tension aux bornes de D2 pourrait être nettement inférieure à sa cote Zener. Regardez la fiche technique du D2. Sa tension ne sera garantie qu'au-dessus d'un certain courant minimum. Sans rien savoir de ce zener, je viserais environ 500 µA. Figure la tension de base Q2 sera de 600 mV, ce qui rend la résistance 1,2 kΩ.

Olin Lathrop
la source
1
Par simple curiosité, où serait placé ce transistor?
Ignacio Vazquez-Abrams
par exemple, mettre un NPN avec une base "sous" D2 de sorte que lorsque D2 conduit le transistor devient passant. Emetteur à la masse et collecteur à la base de Q1. Lorsque Vout est d'environ 6 V, le variateur de base du convertisseur sera shunté.
Russell McMahon
@Ignac: Il existe plusieurs façons de procéder. Ma première réaction instinctive est de mettre CE entre le BE de Q1. Lorsque ce deuxième transistor se met en marche, Q1 est bloqué, ce qui tuerait les oscillations et cesserait donc de créer une haute tension. Cela gaspillerait encore un peu de puissance à travers R1, et vous devriez vous assurer que les oscillations redémarrent lorsque ce transistor de rétroaction s'éteint. Il existe également d'autres moyens, comme utiliser un FET à la place pour ouvrir la connexion à la batterie.
Olin Lathrop du
Une "belle" alternative consiste à placer un transistor sur l'entrée-sortie U1 de sorte que lorsque le régulateur atteint une marge d'environ 0,6 V, le transistor se met sous tension. cela peut être NPN avec un émetteur à Vout et une base à Vin (via une résistance ou un PNP dans l'autre sens. Vous l'utilisez ensuite pour affecter l'oscillateur d'une manière ou d'une autre. Je l'ai fait il y a longtemps et j'ai déplacé le rapport espace-marque de l'oscillateur et a obtenu un très lisse contrôle linéaire de l' action du régulateur Olin depuis longtemps a également noté avoir fait similaire -.. nous avons tous deux arrivés à l'IEA indépendamment Mon osillator était un inverseur de déclenchement 74C14 Schmitt - permettant un faible coût et efficace SMPS
Russell McMahon
- La transistor à travers U1 peut fournir une marge> 0,6 V si nécessaire.
Russell McMahon
7

Pouvez-vous publier un lien vers l'origine de vos réclamations? Le commentaire concernant C1 n'a pas de sens.

Les circuits JT (Joule thief) sont généralement mal conçus ou pas vraiment conçus ou montrent des signes que les personnes qui les ont produits n'avaient pas une bonne compréhension de ce qu'ils faisaient. Ce circuit est dans cette classe.

Le LD1117 a une tension d'entrée maximale de 15V. Plus haut que cela le tuera.
Fiche technique LM1117 La diode zener est destinée à protéger le régulateur MAIS sa tension nominale est inférieure à ce qu'elle devrait être.

Le 1N4734A est un zener de 5,6 V 1 Watt. La tension zener est trop faible pour permettre au régulateur LM1117 d'avoir une hauteur libre suffisante à pleine intensité. Il est probable que le "voleur Joule" ne produira pas assez de puissance pour permettre au LM1117 d'atteindre le courant de sortie nominal maximal.

Le JT exécute "openloop". S'il fait plus de 1 Watt, il essaiera de détruire le zener puis le régulateur puis le mcu. Sans le zener, parce que le JT est un convertisseur flyback, la tension de sortie sera maintenue jusqu'à ce que l'énergie disponible soit dissipée. Si la charge n'accepte pas l'énergie disponible, la tension continue d'augmenter jusqu'à ce que le LM1117 commence à accepter de l'énergie involontairement (c.-à-d. Vin_max dépassé).

La signification de la question C1 n'est pas claire. C1 peut être entièrement chargé sans dommage à condition que les tensions impliquées ne dépassent pas la valeur nominale des autres composants connectés.

Globalement, ce n'est pas un bon circuit. Il existe des circuits sensiblement meilleurs qui ne dépendent pas de la dissipation par force brute de la sortie du convertisseur. En outre, ce circuit n'est pas spécialement "conçu" - il est difficile de dire quelles seront les performances du convertisseur par rapport au niveau de puissance ou à l'efficacité (mais les deux sont probablement de petite taille).

Russell McMahon
la source
2
J'ai peut-être besoin d'un Zener de niveau supérieur pour protéger les entrées. Cependant, pouvez-vous me dire comment le contrôler en boucle fermée (je peux utiliser le MCU pour m'en occuper si le circuit peut s'amorcer lui-même, c'est-à-dire démarrer la boucle ouverte et lorsque le MCU démarre, il devient en boucle fermée)
Maxthon Chan
1
De plus, je garderais le LDO là-dedans car, au moins, une réglementation locale car le MCU ne prendra pas trop bien un rail d'alimentation pulsé.
Maxthon Chan