Ladrón de Joule regulado: ¿por qué funciona?

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Por favor, explícame por qué este circuito me puede dar un 5V regulado? Entiendo la parte de Joule Thief, pero ¿por qué funciona la parte reguladora?

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Especialmente, ¿por qué el diodo Zener D2 es crucial para evitar que el 1117 y la MCU se fríen, y por qué la tapa C1 no debería estar completamente cargada en todo momento?

- EDIT -

Ya que ustedes están sugiriendo un diseño de bucle cerrado, ¿esto se ve mejor? (Recuérdele que la MCU no tomará demasiado bien el riel de alimentación por pulsos, por lo que simplemente mantengo el LDO allí con el mínimo espacio para lograr la regulación adecuada).

simular este circuito

El esquema anterior se modifica para incluir la resistencia recomendada por Olin.

- EDIT 2 -

¿Funcionará con menos pérdidas?

simular este circuito

Ajuste R2 en este esquema para que el JFET se apague cuando la tensión en C1 supera los 6V (suficiente altura para 1117 aquí).

    
pregunta Maxthon Chan

2 respuestas

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Eso es un circuito bastante horrible. Tenga en cuenta que el convertidor boost está ejecutando un bucle completamente abierto. No hay retroalimentación que lo apague cuando su salida sea lo suficientemente alta. No muestra cuáles son los voltajes del zener y el regulador lineal, pero lo más probable es que el zener esté ahí solo para asegurarse de que la entrada no supere lo que la tapa y el regulador lineal pueden manejar. El regulador lineal produce entonces una tensión de salida agradable y constante.

La razón por la que digo que esto es un circuito de mierda es porque es bastante inútil. Eso suele ser algo malo cuando se ejecuta desde una batería. En lugar de agregar retroalimentación al conmutador de impulso, la potencia adicional simplemente se desperdicia en el zener y el regulador lineal. Solo se necesitaría un transistor más para encenderse cuando el regulador tenga un poco más de voltaje del que realmente necesita. Este transistor eliminaría las oscilaciones de Q1 y, por lo tanto, apagaría el convertidor elevador hasta que el voltaje cayera nuevamente. Básicamente, esto es agregar algo de regulación suelta a la salida del conmutador.

Añadido:

Por los comentarios, veo que hay interés en discutir cómo regular el conmutador para que no se ejecute en bucle abierto.

Como Russell y yo mencionamos, en este caso, un transistor NPN que arrastre la base de Q1 a un nivel bajo es uno de los medios para matar las oscilaciones. Ahora el problema se convierte en encender este transistor cuando la salida del conmutador alcanza el nivel suficiente. En el contexto de este circuito, como Russell ya ha mencionado, la forma más sencilla es hacer que la parte inferior del zener entre en la base de este segundo transistor que mata las oscilaciones. También puse una resistencia de esa base a tierra para asegurarme de que este transistor no se enciende solo debido a una fuga. Cuando la salida del conmutador llega a ser lo suficientemente alta, el zener conduce, lo que enciende el nuevo transistor, que mata las oscilaciones, de modo que el conmutador deja de generar alto voltaje hasta que ese voltaje vuelva a bajar un poco.

Una forma totalmente diferente de obtener una señal de "el voltaje es lo suficientemente alto" es lo que Russell mencionó en un comentario. Esto es colocar un transistor PNP alrededor del regulador de manera que se encienda cuando la entrada del regulador es la caída B-E del transistor por encima de la salida del regulador. Ese transistor de detección de umbral se usaría entonces para encender el transistor de oscilación que mata. Entro en más detalles sobre este método de detección de umbral como respuesta a un conmutador en enlace .

Agregado 2:

Veo que ahora ha agregado un esquema actualizado. Sí, eso es exactamente de lo que Russell y yo estamos hablando.

Solo haría un pequeño refinamiento agregando una resistencia desde la base de Q2 a tierra. Esto garantiza un poco de corriente mínima a través de D2 antes de que se apague el conmutador. Si no hace esto, el voltaje en D2 podría ser significativamente menor que su calificación de Zener. Mira la hoja de datos de D2. Su voltaje estará garantizado solo por encima de una corriente mínima. Sin saber nada sobre ese zener, apuntaría a unos 500 µA. Calcule que el voltaje de la base Q2 será de 600 mV, de modo que la resistencia sea de 1.2 kΩ.

    
respondido por el Olin Lathrop
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¿Puede publicar un enlace donde obtuvo las reclamaciones? El comentario re C1 no tiene pleno sentido.

Los circuitos JT (ladrón de Joule) generalmente están mal diseñados o no están realmente diseñados o muestran signos de que las personas que los produjeron no tenían una buena comprensión de lo que estaban haciendo. Este circuito está en esa clase.

El LD1117 tiene un voltaje de entrada máximo de 15V. Más alto que eso lo matará.
hoja de datos LM1117 El diodo Zener está diseñado para proteger el regulador, PERO su índice de voltaje es más bajo de lo que debería ser.

El 1N4734A es un zener de 5.6 V 1 vatio. El voltaje Zener es demasiado bajo para permitir que el regulador LM1117 tenga un espacio libre adecuado a plena corriente. Es probable que el "ladrón de Joule" no genere la potencia suficiente para que el LM1117 alcance la corriente de salida nominal completa.

El JT ejecuta "openloop". Si genera más de 1 vatio, intentará destruir el zener y luego el regulador y luego el mcu. Sin el zener, debido a que el JT es un convertidor de retorno, la tensión de salida será hasta que la energía disponible se disipe. Si la carga no está aceptando la energía disponible, entonces el voltaje continúa aumentando hasta que el LM1117 comienza a aceptar energía involuntariamente (es decir, se excedió Vin_max).

El significado de la pregunta C1 no está claro. C1 puede estar completamente cargado sin daños, siempre que los voltajes involucrados no excedan el valor nominal de otros componentes conectados.

En general, este no es un buen circuito. Hay circuitos sustancialmente mejores disponibles que no dependen de la disipación de fuerza bruta de la salida del convertidor. Además, este circuito no es especialmente "concebible": es difícil decir cuál será el rendimiento o nivel de potencia del convertidor (pero probablemente ambos sean pequeños).

    
respondido por el Russell McMahon

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