受监管的焦耳小偷:为什么有效?

电器工程 促进 保护 焦耳小偷
2022-01-19 18:11:45

请向我解释为什么这个电路可以给我一个稳定的 5 V 电压?我了解焦耳小偷部分,但为什么调节器部分起作用?

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

特别是为什么稳压二极管 D2 对防止 1117 和 MCU 被烧毁至关重要,为什么电容 C1 不能一直充满电?

既然你们都在建议闭环设计,这看起来更好吗?(提醒您,MCU 不会很好地接受脉冲电源轨,因此我只是将 LDO 保持在那里,并尽可能少地留有余量以实现适当的调节。)

示意图

模拟这个电路

上面的原理图经过修改,包含了 Olin 建议的电阻器。

这会减少损失吗?

示意图

模拟这个电路

调整此原理图中的 R2,以便当 C1 两端的电压超过 6 V 时 JFET 夹断(此处为 1117 提供足够的余量。)

2个回答

这是一个非常糟糕的电路。请注意,升压转换器完全开环运行。当其输出足够高时,没有反馈将其关闭。您没有显示齐纳二极管和线性稳压器的电压是多少,但很可能齐纳二极管的存在只是为了确保输入不会超过电容和线性稳压器可以处理的电压。然后线性稳压器产生良好且稳定的输出电压。

我之所以说这是一个糟糕的电路,是因为它非常浪费。从电池运行时,这通常是一件坏事。额外的功率只是浪费在齐纳二极管和线性稳压器中,而不是向升压开关添加反馈。当稳压器的电压比实际需要的电压高一点时,只需要再打开一个晶体管即可。该晶体管将消除 Q1 的振荡,从而关闭升压转换器,直到电压再次下降。这实质上是为切换器输出增加了一些松散的调节。

添加:

我从评论中看到,人们有兴趣讨论如何调节切换器以使其不运行开环。

正如 Russell 和我都提到的,在这种情况下,将 Q1 的基极拉低的 NPN 晶体管是消除振荡的一种方法。现在问题变成了当切换器输出足够高时打开这个晶体管。在这个电路的上下文中,正如罗素已经提到的,最简单的方法是让齐纳二极管的底部进入第二个消除振荡晶体管的基极。我还会在该基极和地之间放置一个电阻器,以确保该晶体管不会仅仅由于泄漏而导通。当切换器输出变得足够高时,齐纳管导通,从而打开新晶体管,从而消除振荡,从而使切换器停止产生高电压,直到该电压再次降低一点。

获得“电压足够高”信号的一种完全不同的方式是罗素在评论中提到的。这是在稳压器周围放置一个 PNP 晶体管,这样当稳压器的输入是稳压器输出上方晶体管的 BE 压降时,它就会打开。然后,该阈值检测晶体管将用于打开振荡抑制晶体管。我在https://electronics.stackexchange.com/a/149990/4512详细介绍了这种阈值检测方法作为对切换器的反馈

添加2:

我看到您现在添加了更新的原理图。是的,这正是我和拉塞尔正在谈论的。

我只会通过从 Q2 的基极到地添加一个电阻器来做一个小的改进。这保证了在切换器关闭之前通过 D2 的一些最小电流。如果您不这样做,D2 上的电压可能会大大低于其齐纳额定值。查看 D2 的数据表。它的电压将保证仅高于某个最小电流。在不了解该齐纳二极管的情况下,我的目标是大约 500 µA。图中 Q2 基极电压为 600 mV,因此电阻为 1.2 kΩ。

你能发布一个链接到你从哪里得到索赔。关于 C1 的评论没有完全意义。

JT(焦耳窃贼)电路通常设计不佳或没有真正设计,或者显示出制作它们的人对他们在做什么没有很好的理解的迹象。该电路属于该类。

LD1117 的最大输入电压为 15V。高于此将杀死它。
LM1117 数据表 齐纳二极管旨在保护稳压器,但它的额定电压低于应有的电压。

1N4734A 是一个 5.6V 1 瓦齐纳二极管。齐纳电压太低,无法让 LM1117 稳压器在全电流下有足够的余量。“焦耳小偷”很可能不会产生足够的功率让 LM1117 达到满额定输出电流。

JT 运行“开环”。如果它的功率超过 1 瓦,它将尝试破坏齐纳二极管,然后是稳压器,然后是 MCU。如果没有齐纳二极管,因为 JT 是一个反激式转换器,所以输出电压将一直上升,直到可用能量消散为止。如果负载不接受可用能量,则电压会持续上升,直到 LM1117 开始无意中接受能量(即超过 Vin_max)。

C1 问题的含义不清楚。如果所涉及的电压不超过其他连接组件的额定值,C1 可以充满电而不会造成伤害。

总的来说,这不是一个好的电路。有明显更好的电路可用,它们不依赖于转换器输出的强力耗散。此外,该电路并不是特别“可设计”的——很难说转换器的性能与功率水平或效率有关(但两者都可能很小)。


2022 年补充:@MicroservicesOnDDD 在 2022 年(非常合理地)询问了我关于可用电路更好的评论

OP 添加的第二个电路更好,因为它提供反馈。
他的第三个电路可能是但取决于 FET Vgson。

振荡器具有更正式的滞后开启/关闭的转换器可能更有效。
如果不需要最低成本或无 IC 设计,那么有各种可用的 IC 能够更高效,因为它们可以更恰当地解决开关和调节问题。

解决低功率低启动电压应用的唯一示例 IC 是 LT3105。这是非常昂贵的,虽然在性能上并不理想,但在引入时可能代表了最先进的技术。日期为 2019 年的数据表 - 在此之前它是 Analog Devices 的产品。

我不知道 Joule Thief 电路的性能比较如何,但如果不是因为启动电压非常低,我会将 3105 的性能归类为差会很有趣。

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/3105fb.pdf