Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Крадій джоулів англ joule thief це мінімалістський автоколивальний підвищувач напруги невеликий недорогий і простий у ви

Крадій джоулів

Крадій джоулів

Крадій джоулів (англ. joule thief) — це мінімалістський автоколивальний підвищувач напруги, невеликий, недорогий і простий у виготовленні, який зазвичай використовується для живлення невеликих навантажень. Ця схема також відома під іншими назвами, як от блокінг-генератор та факел вампіра (англ. vampire torch). Він може використовувати майже всю енергію одноелементної електричної батареї, до напруги, набагато нижчої за ту, коли інші схеми вважають батарею повністю розрядженою (або «мертвою»); звідси й назва, яка вказує на те, що схема викрадає енергію або «джоулі» з джерела — цей термін є каламбуром до «крадій коштовностей». Схема є варіантом блокінг-генератора, який утворює нерегульований підвищуючий перетворювач напруги. Вихідна напруга збільшується за рахунок більшого споживання струму на вході, але інтегральний (середній) струм на виході знижується, а яскравість світіння зменшується.

image
Звичайний крадій джоулів, показано компоненти та їхнє з’єднання. У цьому прикладі використовується червоний світлодіод. Трансформатор на феритовому кільці має первинну обмотку (білий) та обмотку зворотного зв’язку (зелений). Використовується транзистор і резистор 1000 Ом.
image
Крадій джоулів із двома аксіальними дроселями, що замінюють трансформатор на феритовому кільці, зібраний на макетній платі без паяння.

Історія

Попередній рівень техніки

Крадій джоулів це не нова концепція. Він лише додає світлодіод на вихід автоколивального підвищувача напруги, який був запатентований багато десятиліть тому.

  • Патент США US1949383 «Електронний пристрій», поданий 1930 року, описує схему генератора на основі вакуумної лампи для перетворення низької напруги у високу.
  • Патент США US2211852 «Апарат блокінг-генератора», поданий 1937 року, описує блокінг-генератор на основі вакуумної лампи.
  • Патент США US2745012 «Транзисторні блокінг-генератори», поданий 1951 року, описує три версії транзисторного блокінг-генератора.
  • Патент США US2780767 «Схема для перетворення низької напруги у високу постійну напругу», поданий 1955 року.
  • Патент США US2881380 «Перетворювач напруги», поданий 1956 року.
  • Патент США US4734658 «Схема генератора з низькою робочою напругою», поданий 1987 року, описує схему генератора з дуже низькою напругою живлення, здатну працювати лише від 0,1 вольта (що нижче, ніж у крадія джоулів). Це досягається завдяки використанню польового транзистора з PN-переходом, який не вимагає прямого зміщення для своєї роботи, оскільки використовується в [en]. Канал такого транзистора проводить струм навіть якщо напруга зміщення не прикладена. Цей патент був призначений для використання з термоелектричними джерелами енергії .

Капарник

У номері журналу [en] (EPE) за листопад 1999 року в розділі «Винахідливість необмежена» (англ. Ingenuity Unlimited) була опублікована нова ідея схеми З. Капарника зі Свіндона, Вілтшир, Велика Британія, під назвою «Одновольтовий світлодіод — яскраве світло» (англ. One Volt LED — A Bright Light). Було наведено три варіанти схеми для роботи світлодіодів при напрузі живлення нижче 1,5 В. Базові схеми складалися з трансформатора зворотного зв'язку та NPN-транзистора, що утворювали перетворювач напруги на основі блокінг-генератора. Після тестування трьох транзисторів (ZTX450 з ефективністю 73%, ZTX650 з ефективністю 79% і BC550 з ефективністю 57%) було встановлено, що транзистор із меншим значенням напруги насичення Uке(нас) дає кращі результати ефективності. Окрім того, резистор із нижчим опором дасть більший струм.

Принцип роботи

image
Приклад схеми крадія джоулів, що живить світлодіод. Котушка складається зі стандартного феритового кільцевого осердя з двома обмотками по 20 витків кожна, з використанням дроту діаметром 0,15 мм. Схема може використовувати вхідну напругу приблизно до 0,35 В і працювати тижнями від 1,5-вольтової батарейки AA. Використано резистор ~1 кОм, 1/4 Вт. Транзистором може бути 2N3904, BC547B, 2SC2500, BC337, 2N2222, 2N4401 або інший NPN транзистор з Vceo = 30 В, P = 0,625 Вт.

Схема працює шляхом швидкого перемикання стану транзистора. Спочатку струм починає протікати через резистор, вторинну обмотку та перехід база-емітер (див. схему), що змушує транзистор проводити колекторний струм через первинну обмотку. Оскільки дві обмотки з’єднані в протилежних напрямках, це наводить позитивну напругу у вторинній обмотці (зверніть увагу на полярності обмоток, ), що ще дужче відкриває транзистор. Цей процес позитивного зворотного зв'язку майже миттєво відкриває транзистор якомога сильно, доводячи його до насичення. Шлях колектор-емітер стає фактично схожим на замкнений перемикач (оскільки Uке буде лише близько 0,1 вольта, припускаючи, що струм бази досить високий). Коли первинна обмотка підключена до батареї, струм зростає зі швидкістю, пропорційною напрузі живлення, поділеній на індуктивність. Вимикання транзистора відбувається різними механізмами в залежності від напруги живлення.

Коефіцієнт підсилення транзистора змінюється при зміні колекторної напруги Uке. При низькій напрузі живлення (зазвичай 0,75 В і нижче) транзистор потребує більшого базового струму для підтримки насичення при збільшенні колекторного струму. Отже, коли він досягає критичного струму колектора, доступного базового струму стає недостатньо, і транзистор починає закриватися, відбувається описана раніше дія позитивного зворотного зв’язку, яка вимикає його.

Підводячи підсумок, щойно струм в обмотках з будь-якої причини припиняє збільшуватися, транзистор переходить в область відтинання (і розмикає «перемикач» колектор-емітер). Магнітне поле слабшає, наводячи необхідну напругу, щоб змусити навантаження схеми проводити, тобто щоб струм вторинної обмотки знайшов якийсь інший шлях, не через транзистор.

Коли поле зменшується до нуля, вся послідовність повторюється; батарея нарощує струм первинної обмотки, поки не ввімкнеться транзистор.

Якщо навантаження на схему дуже мале, швидкість наростання та кінцева напруга на колекторі обмежуються лише паразитними ємностями та можуть перевищувати напругу живлення більш ніж у 100 разів. З цієї причини необхідно завжди підключати навантаження, щоб не пошкодити транзистор. Оскільки Uке передається до вторинної обмотки, пошкодження транзистора через мале навантаження відбудеться через перевищення обмеження зворотної напруги Uбе для транзистора, що відбувається при значно нижчому значенні, ніж Uке(макс).

Транзистор розсіює дуже мало енергії, навіть на високих частотах коливань, оскільки він проводить більшу частину свого часу в повністю увімкненому або повністю вимкненому стані, тому або напруга, або струм через транзистор дорівнює нулю, таким чином мінімізуючи втрати на перемиканні.

Простий обмежувач напруги

image
Крадій джоулів з регульованою вихідною напругою

Проста модифікація попередньої схеми замінює світлодіод трьома компонентами для створення простого стабілізатора напруги на основі стабілітрона. Діод D1 діє як напівперіодний випрямляч, що заряджає конденсатор C лише тоді, коли на лівому по схемі виводі діода доступна вища напруга від крадія джоулів. Стабілітрон D2 обмежує вихідну напругу. Оскільки регулювання відсутнє, будь-який не спожитий навантаженням надлишок енергії буде розсіюватися в стабілітроні у вигляді тепла, зменшуючи тим ефективність перетворення.

Краще рішення показано в наступному варіанті схеми.

Крадій джоулів зі зворотним зв'язком

image
Крадій джоулів із замкненою петлею зворотного зв'язку

Якщо потрібна більш постійна вихідна напруга, крадія джоулів можна доповнити зворотним зв'язком. У прикладі схеми діод Шотткі D1 блокує заряд, накопичений на конденсаторі C1, від повернення назад до перемикаючого транзистора Q1, коли він відкритий. Стабілітрон D2 напругою 5,6 В і транзистор Q2 формують зворотний зв’язок: коли напруга на конденсаторі C1 перевищує порогову напругу, утворену напругою стабілітрона D2 плюс напруга база-емітер відкривання транзистора Q2, цей транзистор відкривається і відводить базовий струм перемикального транзистора Q1, перешкоджаючи коливанням та запобігаючи подальшому зростанню напруги на конденсаторі C1. Коли напруга на C1 падає нижче порогової напруги, Q2 вимикається, дозволяючи коливанням повторюватися. Ця дуже проста схема має недоліки — залежність вихідної напруги від температури через зміну Uбе транзистора Q2, а також відносно високі пульсації. Втім, пульсації можна зменшити за допомогою простого П-подібного LC-фільтра з низькими втратами. У наведеній схеми додано [en], який сприяє подальшій стабілізації вихідної напруги та знижує пульсації, але також знижує ефективність перетворення.

Див. також

Примітки

  1. US 1949383, Harold C. Weber, "Electronic device", issued 1934-02-27, assigned to Industrial Development Corp 
  2. US 2211852, Geiger Max, "Blocking oscillator apparatus", issued 1940-08-20, assigned to Telefunken AG 
  3. US 2745012, Jean H. Felker, "Transistor blocking oscillators", issued 1956-05-08, assigned to Nokia Bell Labs 
  4. US 2780767, Janssen Peter Johanne Hubertus, "Circuit arrangement for converting a low voltage into a high direct voltage", issued 1957-02-05, assigned to Hartford National Bank and Trust Co 
  5. US 2881380, Kruger Bodo, "Voltage converter", issued 1959-04-07, assigned to US Philips Corp 
  6. US 4734658, John E. Bohan, Jr., "Low voltage driven oscillator circuit", issued 1988-03-29, assigned to Honeywell Inc 
  7. Everyday Practical Electronics (PDF). November 1999. с. 804.

Посилання

Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Крадій джоулів
Симуляції та втілення
  • [Крадій джоулів — симуляція різних версій схеми] (пол.) . Архів оригіналу за 30 жовтня 2017. Процитовано 4 грудня 2022.
  • Joule Thief Conventional & Supercharged [Крадій джоулів — звичайний і покращений] (англ.) . 4 грудня 2011. Архів оригіналу за 28 червня 2022. Процитовано 4 грудня 2022.
  • [Крадій джоулів] (англ.) . Архів оригіналу за 13 листопада 2016. Процитовано 4 грудня 2022.
Відео
  • How to make an authentic Joule Thief (Як зробити автентичного крадія джоулів) (англ.) на YouTube
  • Comment fabriquer un Joule thief -- Convertisseur Boost (Як зробити крадія джоулів — підвищуючий конвертер) (фр.) на YouTube

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Kradij dzhouliv angl joule thief ce minimalistskij avtokolivalnij pidvishuvach naprugi nevelikij nedorogij i prostij u vigotovlenni yakij zazvichaj vikoristovuyetsya dlya zhivlennya nevelikih navantazhen Cya shema takozh vidoma pid inshimi nazvami yak ot bloking generator ta fakel vampira angl vampire torch Vin mozhe vikoristovuvati majzhe vsyu energiyu odnoelementnoyi elektrichnoyi batareyi do naprugi nabagato nizhchoyi za tu koli inshi shemi vvazhayut batareyu povnistyu rozryadzhenoyu abo mertvoyu zvidsi j nazva yaka vkazuye na te sho shema vikradaye energiyu abo dzhouli z dzherela cej termin ye kalamburom do kradij koshtovnostej Shema ye variantom bloking generatora yakij utvoryuye neregulovanij pidvishuyuchij peretvoryuvach naprugi Vihidna napruga zbilshuyetsya za rahunok bilshogo spozhivannya strumu na vhodi ale integralnij serednij strum na vihodi znizhuyetsya a yaskravist svitinnya zmenshuyetsya Zvichajnij kradij dzhouliv pokazano komponenti ta yihnye z yednannya U comu prikladi vikoristovuyetsya chervonij svitlodiod Transformator na feritovomu kilci maye pervinnu obmotku bilij ta obmotku zvorotnogo zv yazku zelenij Vikoristovuyetsya tranzistor i rezistor 1000 Om Kradij dzhouliv iz dvoma aksialnimi droselyami sho zaminyuyut transformator na feritovomu kilci zibranij na maketnij plati bez payannya IstoriyaPoperednij riven tehniki Kradij dzhouliv ce ne nova koncepciya Vin lishe dodaye svitlodiod na vihid avtokolivalnogo pidvishuvacha naprugi yakij buv zapatentovanij bagato desyatilit tomu Patent SShA US1949383 Elektronnij pristrij podanij 1930 roku opisuye shemu generatora na osnovi vakuumnoyi lampi dlya peretvorennya nizkoyi naprugi u visoku Patent SShA US2211852 Aparat bloking generatora podanij 1937 roku opisuye bloking generator na osnovi vakuumnoyi lampi Patent SShA US2745012 Tranzistorni bloking generatori podanij 1951 roku opisuye tri versiyi tranzistornogo bloking generatora Patent SShA US2780767 Shema dlya peretvorennya nizkoyi naprugi u visoku postijnu naprugu podanij 1955 roku Patent SShA US2881380 Peretvoryuvach naprugi podanij 1956 roku Patent SShA US4734658 Shema generatora z nizkoyu robochoyu naprugoyu podanij 1987 roku opisuye shemu generatora z duzhe nizkoyu naprugoyu zhivlennya zdatnu pracyuvati lishe vid 0 1 volta sho nizhche nizh u kradiya dzhouliv Ce dosyagayetsya zavdyaki vikoristannyu polovogo tranzistora z PN perehodom yakij ne vimagaye pryamogo zmishennya dlya svoyeyi roboti oskilki vikoristovuyetsya v en Kanal takogo tranzistora provodit strum navit yaksho napruga zmishennya ne prikladena Cej patent buv priznachenij dlya vikoristannya z termoelektrichnimi dzherelami energiyi Kaparnik U nomeri zhurnalu en EPE za listopad 1999 roku v rozdili Vinahidlivist neobmezhena angl Ingenuity Unlimited bula opublikovana nova ideya shemi Z Kaparnika zi Svindona Viltshir Velika Britaniya pid nazvoyu Odnovoltovij svitlodiod yaskrave svitlo angl One Volt LED A Bright Light Bulo navedeno tri varianti shemi dlya roboti svitlodiodiv pri napruzi zhivlennya nizhche 1 5 V Bazovi shemi skladalisya z transformatora zvorotnogo zv yazku ta NPN tranzistora sho utvoryuvali peretvoryuvach naprugi na osnovi bloking generatora Pislya testuvannya troh tranzistoriv ZTX450 z efektivnistyu 73 ZTX650 z efektivnistyu 79 i BC550 z efektivnistyu 57 bulo vstanovleno sho tranzistor iz menshim znachennyam naprugi nasichennya Uke nas daye krashi rezultati efektivnosti Okrim togo rezistor iz nizhchim oporom dast bilshij strum Princip robotiPriklad shemi kradiya dzhouliv sho zhivit svitlodiod Kotushka skladayetsya zi standartnogo feritovogo kilcevogo oserdya z dvoma obmotkami po 20 vitkiv kozhna z vikoristannyam drotu diametrom 0 15 mm Shema mozhe vikoristovuvati vhidnu naprugu priblizno do 0 35 V i pracyuvati tizhnyami vid 1 5 voltovoyi batarejki AA Vikoristano rezistor 1 kOm 1 4 Vt Tranzistorom mozhe buti 2N3904 BC547B 2SC2500 BC337 2N2222 2N4401 abo inshij NPN tranzistor z Vceo 30 V P 0 625 Vt Oscilograma roboti kradiya dzhouliv demonstruye impulsi z progalnistyu 30 na chastoti blizko 40 kHz Shema pracyuye shlyahom shvidkogo peremikannya stanu tranzistora Spochatku strum pochinaye protikati cherez rezistor vtorinnu obmotku ta perehid baza emiter div shemu sho zmushuye tranzistor provoditi kolektornij strum cherez pervinnu obmotku Oskilki dvi obmotki z yednani v protilezhnih napryamkah ce navodit pozitivnu naprugu u vtorinnij obmotci zvernit uvagu na polyarnosti obmotok sho she duzhche vidkrivaye tranzistor Cej proces pozitivnogo zvorotnogo zv yazku majzhe mittyevo vidkrivaye tranzistor yakomoga silno dovodyachi jogo do nasichennya Shlyah kolektor emiter staye faktichno shozhim na zamknenij peremikach oskilki Uke bude lishe blizko 0 1 volta pripuskayuchi sho strum bazi dosit visokij Koli pervinna obmotka pidklyuchena do batareyi strum zrostaye zi shvidkistyu proporcijnoyu napruzi zhivlennya podilenij na induktivnist Vimikannya tranzistora vidbuvayetsya riznimi mehanizmami v zalezhnosti vid naprugi zhivlennya Koeficiyent pidsilennya tranzistora zminyuyetsya pri zmini kolektornoyi naprugi Uke Pri nizkij napruzi zhivlennya zazvichaj 0 75 V i nizhche tranzistor potrebuye bilshogo bazovogo strumu dlya pidtrimki nasichennya pri zbilshenni kolektornogo strumu Otzhe koli vin dosyagaye kritichnogo strumu kolektora dostupnogo bazovogo strumu staye nedostatno i tranzistor pochinaye zakrivatisya vidbuvayetsya opisana ranishe diya pozitivnogo zvorotnogo zv yazku yaka vimikaye jogo Pidvodyachi pidsumok shojno strum v obmotkah z bud yakoyi prichini pripinyaye zbilshuvatisya tranzistor perehodit v oblast vidtinannya i rozmikaye peremikach kolektor emiter Magnitne pole slabshaye navodyachi neobhidnu naprugu shob zmusiti navantazhennya shemi provoditi tobto shob strum vtorinnoyi obmotki znajshov yakijs inshij shlyah ne cherez tranzistor Koli pole zmenshuyetsya do nulya vsya poslidovnist povtoryuyetsya batareya naroshuye strum pervinnoyi obmotki poki ne vvimknetsya tranzistor Yaksho navantazhennya na shemu duzhe male shvidkist narostannya ta kinceva napruga na kolektori obmezhuyutsya lishe parazitnimi yemnostyami ta mozhut perevishuvati naprugu zhivlennya bilsh nizh u 100 raziv Z ciyeyi prichini neobhidno zavzhdi pidklyuchati navantazhennya shob ne poshkoditi tranzistor Oskilki Uke peredayetsya do vtorinnoyi obmotki poshkodzhennya tranzistora cherez male navantazhennya vidbudetsya cherez perevishennya obmezhennya zvorotnoyi naprugi Ube dlya tranzistora sho vidbuvayetsya pri znachno nizhchomu znachenni nizh Uke maks Tranzistor rozsiyuye duzhe malo energiyi navit na visokih chastotah kolivan oskilki vin provodit bilshu chastinu svogo chasu v povnistyu uvimknenomu abo povnistyu vimknenomu stani tomu abo napruga abo strum cherez tranzistor dorivnyuye nulyu takim chinom minimizuyuchi vtrati na peremikanni Prostij obmezhuvach naprugi Kradij dzhouliv z regulovanoyu vihidnoyu naprugoyu Prosta modifikaciya poperednoyi shemi zaminyuye svitlodiod troma komponentami dlya stvorennya prostogo stabilizatora naprugi na osnovi stabilitrona Diod D1 diye yak napivperiodnij vipryamlyach sho zaryadzhaye kondensator C lishe todi koli na livomu po shemi vivodi dioda dostupna visha napruga vid kradiya dzhouliv Stabilitron D2 obmezhuye vihidnu naprugu Oskilki regulyuvannya vidsutnye bud yakij ne spozhitij navantazhennyam nadlishok energiyi bude rozsiyuvatisya v stabilitroni u viglyadi tepla zmenshuyuchi tim efektivnist peretvorennya Krashe rishennya pokazano v nastupnomu varianti shemi Kradij dzhouliv zi zvorotnim zv yazkom Kradij dzhouliv iz zamknenoyu petleyu zvorotnogo zv yazku Yaksho potribna bilsh postijna vihidna napruga kradiya dzhouliv mozhna dopovniti zvorotnim zv yazkom U prikladi shemi diod Shottki D1 blokuye zaryad nakopichenij na kondensatori C1 vid povernennya nazad do peremikayuchogo tranzistora Q1 koli vin vidkritij Stabilitron D2 naprugoyu 5 6 V i tranzistor Q2 formuyut zvorotnij zv yazok koli napruga na kondensatori C1 perevishuye porogovu naprugu utvorenu naprugoyu stabilitrona D2 plyus napruga baza emiter vidkrivannya tranzistora Q2 cej tranzistor vidkrivayetsya i vidvodit bazovij strum peremikalnogo tranzistora Q1 pereshkodzhayuchi kolivannyam ta zapobigayuchi podalshomu zrostannyu naprugi na kondensatori C1 Koli napruga na C1 padaye nizhche porogovoyi naprugi Q2 vimikayetsya dozvolyayuchi kolivannyam povtoryuvatisya Cya duzhe prosta shema maye nedoliki zalezhnist vihidnoyi naprugi vid temperaturi cherez zminu Ube tranzistora Q2 a takozh vidnosno visoki pulsaciyi Vtim pulsaciyi mozhna zmenshiti za dopomogoyu prostogo P podibnogo LC filtra z nizkimi vtratami U navedenij shemi dodano en yakij spriyaye podalshij stabilizaciyi vihidnoyi naprugi ta znizhuye pulsaciyi ale takozh znizhuye efektivnist peretvorennya Div takozhOscilyator Armstronga Bloking generator Zvorotnohodovij peretvoryuvach Pryamohodovij peretvoryuvach Impulsnij stabilizator naprugiPrimitkiUS 1949383 Harold C Weber Electronic device issued 1934 02 27 assigned to Industrial Development Corp US 2211852 Geiger Max Blocking oscillator apparatus issued 1940 08 20 assigned to Telefunken AG US 2745012 Jean H Felker Transistor blocking oscillators issued 1956 05 08 assigned to Nokia Bell Labs US 2780767 Janssen Peter Johanne Hubertus Circuit arrangement for converting a low voltage into a high direct voltage issued 1957 02 05 assigned to Hartford National Bank and Trust Co US 2881380 Kruger Bodo Voltage converter issued 1959 04 07 assigned to US Philips Corp US 4734658 John E Bohan Jr Low voltage driven oscillator circuit issued 1988 03 29 assigned to Honeywell Inc Everyday Practical Electronics PDF November 1999 s 804 PosilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Kradij dzhouliv Simulyaciyi ta vtilennya Kradij dzhouliv simulyaciya riznih versij shemi pol Arhiv originalu za 30 zhovtnya 2017 Procitovano 4 grudnya 2022 Joule Thief Conventional amp Supercharged Kradij dzhouliv zvichajnij i pokrashenij angl 4 grudnya 2011 Arhiv originalu za 28 chervnya 2022 Procitovano 4 grudnya 2022 Kradij dzhouliv angl Arhiv originalu za 13 listopada 2016 Procitovano 4 grudnya 2022 Video How to make an authentic Joule Thief Yak zrobiti avtentichnogo kradiya dzhouliv angl na YouTube Comment fabriquer un Joule thief Convertisseur Boost Yak zrobiti kradiya dzhouliv pidvishuyuchij konverter fr na YouTube

Дата публікації:
Топ